Doc. RNDr. Jiří Dostál, CSc. Biochemický ústav LF MU

Slides:



Advertisements
Podobné prezentace
Enzymy – katalyzátory biochemických reakcí
Advertisements

Biokalyzátory chemických reakcí
Doc. RNDr. Jiří Dostál, CSc. Biochemický ústav LF MU
ZÁKLADY ENZYMOLOGIE – ENZYMOVÁ KINETIKA
Fotosyntéza. Co to je? o Z řeckého fótos – „světlo“ a synthesis –„skládání“ o Biochemický proces, probíhá v chloroplastech (chlorofyl) o Mění přijatou.
Základní škola a Mateřská škola Dobrá Voda u Českých Budějovic, Na Vyhlídce 6, Dobrá Voda u Českých Budějovic EU PENÍZE ŠKOLÁM Zlepšení podmínek.
Registrační číslo: CZ.1.07/1.5.00/ Název projektu: EU peníze středním školám Gymnázium a Střední odborná škola, Podbořany, příspěvková organizace.
LIPIDY (lipos = tuk) Charakteristika  látky rostlinného i živočišného původu  deriváty vyšších mastných kyselin a alkoholu  hydrofobní charakter ( odpuzují.
Ch_056_Buněčné dýchání Ch_056_Přírodní látky_Buněčné dýchání Autor: Ing. Mariana Mrázková Škola: Základní škola Slušovice, okres Zlín, příspěvková organizace.
EU peníze středním školám Název vzdělávacího materiálu: Fotosyntéza – temnostní fáze Číslo vzdělávacího materiálu: ICT10/20 Šablona: III/2 Inovace a zkvalitnění.
NÁZEV ŠKOLY: ZŠ J. E. Purkyně Libochovice AUTOR: RNDr. Adéla Lipšová NÁZEV: VY_52_INOVACE_08_FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ RYCHLOST CHEMICKÉ REAKCE TÉMA: FAKTORY.
SŠHS Kroměříž Číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ Autor Ing. Libuše Hajná Název šablonyVY_32_INOVACE CHE Název DUMuCHE E Stupeň a typ vzděláváníOdborné.
1 Hemoglobin. 2 Složená bílkovina - hemoprotein bílkovina – globin hem: tetrapyrolové jádro Fe 2+ !
Dostupné z Metodického portálu ISSN: , financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.
Trávení. -Trávení, někdy také zažívání, je metabolický biochemický proces, jehož cílem je získání živin z potravy. -V rámci trávení se potrava rozkládá.
PROTEINY-BÍLKOVINY LUCIE VÁŇOVÁ. ZÁKLADNÍ STAVEBNÍ JEDNOTKA.
Senzory pro EZS.
VY_32_INOVACE_461 Základní škola Luhačovice, příspěvková organizace
NÁZEV ŠKOLY: ZŠ J. E. Purkyně Libochovice
Výživa a hygiena potravin
© Biochemický ústav (E.T.) 2013
Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ Číslo materiálu
AMK.
Číslo projektu MŠMT: Číslo materiálu: Název školy: Ročník:
Vitamíny.
NÁZEV ŠKOLY: ČÍSLO PROJEKTU: NÁZEV MATERIÁLU: TÉMA SADY: ROČNÍK:
Enzymy 15. října 2013 VY_32_INOVACE_130311
Název projektu: Zkvalitnění výuky cizích jazyků
Aldehydy a ketony.
„Svět se skládá z atomů“
CHEMIE - Metabolismus Název školy SŠHS Kroměříž Číslo projektu
Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ Číslo materiálu
Glykolýza Glukoneogeneze
Metabolické děje I. – buněčné dýchání
Translace Proteosyntéza.
NÁZEV ŠKOLY: ZŠ J. E. Purkyně Libochovice
Metabolismus aminokyselin.
Název školy: Základní škola Karla Klíče Hostinné
Lékařská chemie Podzimní semestr 2014/2015.
Cukry (sacharidy).
VODÍK Tato práce je šířena pod licencí CC BY-SA 3.0. Odkazy a citace jsou platné k datu vytvoření této práce. VY_32_INOVACE_17_26.
KINETIKA CHEMICKÝCH REAKCÍ
Vzdělávání pro konkurenceschopnost
NÁZEV ŠKOLY: ZŠ J. E. Purkyně Libochovice
ORGANICKÉ SLOUČENINY OBSAHUJÍCÍ SÍRU
C1200 Úvod do studia biochemie 2.1 Biochemická diagnostika
1. skupina PS: Vodík Izotop H D T Výskyt: 89 % vesmír;
2. Základní chemické pojmy Obecná a anorganická chemie
Elektromagnetická slučitelnost
Obecná a anorganická chemie
Lékařská chemie Podzimní semestr 2011/2012.
NÁZEV ŠKOLY: ČÍSLO PROJEKTU: NÁZEV MATERIÁLU: TÉMA SADY: ROČNÍK:
Sekvencování DNA.
Polymerase chain reaction Polymerázová řetězová rekce
Název školy: Základní škola Městec Králové Autor: Ing. Hana Zmrhalová
Potraviny a výživa 1. ročník – kuchař, číšník, servírka
C5720 Biochemie 13-Koenzymy a vitaminy Petr Zbořil 9/18/2018.
Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ Číslo materiálu VY_32_INOVACE_04-03
Citrátový cyklus a Dýchací řetězec
F1190 Úvod do biofyziky Masarykova Univerzita Podzimní semestr 2017
Protonová teorie kyselin a zásad, vodíkový exponent pH
CYTOPLAZMATICKÁ MEMBRÁNA.
CHEMIE - Chemická vazba
Jak enzymy pracují.
Název: VY_32_INOVACE_CH_8A_15G
Buňka.
ELEKTROTECHNICKÉ MATERIÁLY
A B C c d b a e g h i f 1.1 Různé typy buněk
Název projektu: ZŠ Háj ve Slezsku – Modernizujeme školu
Jejich příprava a reaktivita
Transkript prezentace:

Doc. RNDr. Jiří Dostál, CSc. Biochemický ústav LF MU Enzymy Doc. RNDr. Jiří Dostál, CSc. Biochemický ústav LF MU

Obecné vlastnosti enzymů biokatalyzátory snižují energetickou bariéru reakce  urychlují reakce různé proteiny, s kovalentně vázanou prostetickou skupinou (kovem) oligomerní / multienzymové komplexy / asociované s membránami atd. tvoří izoformy - různá distribuce v těle i v buňce specifické (typ reakce, substrát), vysoce účinné fungují za mírných podmínek (pH optimum u intracelulárních enzymů většinou ~ 7, výjimky v GIT, pepsin 1-2, trypsin ~ 8) in vivo - mohou být regulovány (aktivita enzymu, množství enzymu) in vitro - citlivé na vnější podmínky (teplota - nad 50 C denaturace, pH) Enzymy jsou proteiny, které katalyzují naprostou většinu biochemických reakcí v lidském těle. Činí tak za mírných (fyziologických) podmínek živého organismu, velmi specificky a účinně. Poznámka: Existují určité výjimky, reakce katalyzované RNA (ribozymy) a reakce neenzymové. Příkladem reakce, kterou katalyzuje rRNA (na ribosomu) je vznik peptidové vazby, katalytická aktivita RNA se nazývá ribozym - peptidyltransferasa. Existuje též řada příkladů neenzymových reakcí, např. některé dekarboxylace, kovalentní modifikace proteinů (glykace), spontánní oxidace různých substrátů, interakce makromolekul navzájem či s různými ligandy apod. Jejich přehled uvádí poslední snímek přednášky. Z chemického hlediska, enzymy mohou být relativně jednoduché i malé proteiny (např. hydrolasy), nebo s kovalentně navázaným kofaktorem (flavinové dehydrogenasy s FAD, karboxylasy s biotinem), metaloenzymy s funkčním kovovým iontem (alkoholdehydrogenasa – Zn). Některé enzymy tvoří velké multienzymové komplexy s více aktivitami (synthasa mastných kyselin). V buňce jsou enzymy lokalizovány v cytosolu a /nebo v různých organelách, některé jsou vázány na buněčnou membránu, často tvoří izoformy (izoenzymy) na buněčné i orgánové úrovni. V lidském těle fungují enzymy za fyziologických, tedy mírných podmínek: teplota těla kolem 37 C, a optimální hodnota pH. Naprostá většina enzymů se vyskytuje v buňkách, pH intracelulární tekutiny je velmi blízké neutrální hodnotě (pH ~ 7). Výjimkou jsou trávicí enzymy, působící při extrémních hodnotách pH, např. v žaludku je pH 1-2 (pepsin), v tenkém střevě je naopak pH alkaličtější (7-8).

Specifičnost enzymů Substrátová Účinková z možných substrátů pro určitou reakci si vybírají jeden substrát často stereospecifické pyruvát  L-laktát, fumarát  L-malát Účinková z možných reakcí substrátu katalyzují jeden typ reakce

Názvy enzymů jsou dvojí Systematické přípona -asa obsahují informaci o substrátu a typu reakce číselný kód EC Doporučené triviální zjednodušené některé historické (pepsin, amylasa, lipasa) EC (Enzyme Commission) of International Union of Biochemistry (IUB) major class number . subclass number . sub-subclass number . enzyme number http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/

Klasifikace enzymů: šest tříd podle typu reakce [každá třída má další podtřídy] Třída enzymu Obecné schéma reakce 1. Oxidoreduktasy Ared + Box ⇄ Aox + Bred 2. Transferasy A-B + C  A + C-B 3. Hydrolasy A-B + H2O  A-H + B-OH 4. Lyasy A-B ⇄ A + B 5. Isomerasy A-B-C ⇄ A-C-B 6. Ligasy (synthetasy) A + B + ATP  A-B + ADP + Pi

1 Oxidoreduktasy katalyzují oxidaci nebo redukci substrátu podtřídy: dehydrogenasy katalyzují transfer 2 H atomů oxygenasy katalyzují zabudování jednoho nebo dvou O atomů do substrátu (monooxygenasy, dioxygenasy) oxidasy katalyzují transfer elektronů mezi substráty (cytochrom-c-oxidasa, ferroxidasa) peroxidasy katalyzují rozklad peroxidů Příklad: laktát + NAD+ ⇄ pyruvát + NADH + H+ Doporučený název: laktátdehydrogenasa Systematický název: (S)-laktát:NAD+ oxidoreduktasa

2 Transferasy katalyzují transfer skupiny za jednoho substrátu na druhý Podtřídy: aminotransferasy, methyltransferasy, glukosyltransferasy kinasy - fosforylace substrátů = transfer fosforylu PO32– z ATP na substrát (hexokinasy, proteinkinasy) Příklad: glukosa + ATP  glukosa-6-P + ADP Doporučený název: glukokinasa Systematický název: ATP:D-glukosa fosfotransferasa

3 Hydrolasy katalyzují hydrolytické štěpení esterů, glykosidů, amidů, peptidů apod. podtřídy: esterasy (lipasy, fosfolipasy, ribonukleasy, fosfatasy) glykosidasy (sacharasa, maltasa, laktasa, amylasa) proteinasy a peptidasy (pepsin, trypsin, kathepsiny, kaspasy, dipeptidasy, karboxypeptidasy, aminopeptidasy) amidasy (glutaminasa, asparaginasa) ATPasy (štěpí anhydridové vazby v ATP) Příklad: glukosa-6-P + H2O  glukosa + Pi Doporučený název: glukosa-6-fosfatasa Systematický název: glukosa-6-fosfát fosfohydrolasa

4 Lyasy katalyzují nehydrolytické štěpení nebo vznik vazeb C–C, C–O, C–N, C–S odstraněním nebo přidáním malé molekuly jako H2O, CO2, NH3 amoniak lyasy (histidinamoniaklyasa: histidin  urokanát + NH3) dekarboxylasy aminokyselin (aminokyselina  amin + CO2) aldolasy (štěpení nebo vznik aldolu) dehydratasy/hydratasy (karbonátdehydratasa: CO2 + H2O  H2CO3) Příklad: fumarát + H2O  L-malát Doporučený název: fumaráthydratasa Systematický název: (S)-maláthydrolyasa

5 Isomerasy katalyzují intramolekulární přesmyky, příklady: epimerasy racemasy mutasy Příklad: UDP-glukosa  UDP-galaktosa Doporučený název: UDP-glukosa 4-epimerasa Systematický název: UDP-glukosa 4-epimerasa

6 Ligasy katalyzují vznik vazeb C–C, C–O, C–N za současného štěpení ATP karboxylasy synthetasy (glutaminsynthetasa: glutamát + ATP + NH3  glutamin + ADP + Pi) Příklad: pyruvát + CO2 + ATP + H2O  oxalacetát + ADP + Pi Doporučený název: pyruvátkarboxylasa Systematický název: pyruvát:CO2 ligasa

Tři různé složky v enzymové reakci kofaktormodif enzym substrát kofaktor ⇄ produkt + substrát(y) kofaktor enzym katalyzuje (= koordinuje + urychluje) reakci přímo spolu reagují Poznámky: substrát může být jeden nebo dva (dehydrogenace × transaminace) substrát může být nízko / vysokomolekulární (hexokinasa × proteinkinasa) některé reakce probíhají bez kofaktoru (např. hydrolýzy) reakce může vratná i nevratná (dehydrogenace × dekarboxylace)

Kofaktory enzymů jsou deriváty vitaminů nízkomolekulární neproteinové sloučeniny přenášejí 2 H nebo e-  oxidoreduktasy přenášejí skupiny  transferasy pevně vázané - prostetická skupina volně vázané - koenzymy (kosubstráty)

Kofaktory oxidoreduktas Oxidovaná forma Redukovaná forma Funkce kofaktoru NAD+ (niacin) NADP+ (niacin) FAD (riboflavin) Dihydrobiopterin (BH2) Molybdopterinoxid Lipoát (-S-S-) Ubichinon (Q) Hem-Fe3+ Nehem-S-Fe3+ Glutathionoxid (G-S-S-G) NADH+H+ NADPH+H+ FADH2 tetrahydrobiopterin (BH4) molybdopterinred dihydrolipoát (2 -SH) ubichinol (QH2) hem-Fe2+ nehem-S-Fe2+ glutathionred (GSH) NAD+ akceptor 2 H NADPH+H+ donor 2 H FAD akceptor 2 H BH4 donor 2 H přenos elektronů antioxidant / přenos acylu přenos 2 elektronů a 2 H+ přenos 1 elektronu 2 GSH donorem 2 H

Nikotinamid (niacin, vitamin B3) (pyridin-3-karboxylová) játra, maso, kvasnice, částečně vzniká z tryptofanu

Struktura NAD+ nikotinamidadenindinukleotid odvozen od vitaminu niacinu

NAD+ je dehydrogenační činidlo nikotinamidadenindinukleotid kofaktor dehydrogenas odnímá 2H ze substrátu jeden se jako hydridový anion H- aduje do p-polohy pyridiniového kruhu druhý se jako proton H+ váže na enzym 2 H = H– + H+

! Redoxní pár kofaktoru oxidovaná forma NAD+ redukovaná forma NADH aromatický kruh aromaticita zcela porušena čtyřvazný dusík trojvazný dusík kladný náboj na dusíku neutrální sloučenina UV absorpce při 260 nm UV absorpce při 260 a 340 nm vysoký obsah energie Je velmi zajímavé a poučné srovnat strukturní rozdíly mezi oxidovanou (NAD+) a redukovanou (NADH) formou kofaktoru. Rozdíly jsou patrné v části nikotinamidu. Oxidovaná forma obsahuje heteroaromatický kruh, se čtyřvazným kladně nabitým dusíkem (pyridinium). Oba dusíkaté aromatické heterocykly (adenin, nikotinamid) kvalitativně představují jeden chromofor, proto UV spektrum oxidované formy má jedno absorpční maximum při 260 nm (viz Semináře, obrázek na str. 18). Redukovaná forma má jeden heterocyklus, který není aromatický (nemá konjugovaný systém dvojných vazeb), s trojvazným dusíkem, bez náboje. Kladný náboj zanikl při adici hydridu: NAD+ + H- = NADH Redukcí pyridinia vznikla nová strukturní kvalita. NADH tedy obsahuje ve struktuře dva chromofory, heteroaromatický (adenin, 260 nm) a heterocyklický nearomatický (hydrogenovaný nikotinamid, absorbující při 340 nm), tedy v absorpčním spektru dvě maxima. Absorpční maximum při 340 nm se dá monitorovat v tzv. optickém testu. (Hetero)aromatické sloučeniny jsou obecně velmi stabilní, rezistentní vůči hydrogenaci. Pokud se takový stabilní systém hydrogenací naruší, vznikne nestabilní, reaktivní produkt = vysokoenergetický (makroergní) systém. Redukovaný kofaktor NADH je tedy struktura s vysokým obsahem energie, která je posléze uvolněna v dýchacím řetězci a využita na syntézu ATP.

Typické NAD+ dehydrogenace Substrát Produkt primární alkohol sekundární alkohol hydroxykyselina aminokyselina aldehyd keton oxokyselina iminokyselina

Redukovaný kofaktor NADPH+H+ je hydrogenační činidlo donor 2H při hydrogenaci kofaktor redukčních syntéz (mastné kyseliny, cholesterol) regenerace glutathionu (GSH) v erytrocytech kofaktor hydroxylačních reakcí: cholesterol   žlučové kyseliny kalciol   kalcitriol xenobiotikum  hydroxylované xenobiotikum obecné schéma hydroxylace: R-H + O2 + NADPH+H+  R-OH + H2O + NADP+

Riboflavin obsahuje ribitol navázaný na flavin (dimethylisoalloxazin)

Struktura FAD flavinadenindinukleotid odvozen od riboflavinu dimethylisoalloxazin adenin ribitol difosfát ribosa

FAD je dehydrogenační činidlo flavinadenindinukleotid kofaktor flavinových dehydrogenas dehydrogenace -CH2-CH2- skupiny 2H se vážou na dva dusíky riboflavinu příklad: dehydrogenace sukcinátu na fumarát (CC)

Vitaminy a kofaktory transferas Přenášená skupina Pyridoxin --- Biotin Pantothenová kys. Listová kys. (folát) Kyanokobalamin Thiamin pyridoxalfosfát ATP PAPS karboxybiotin CoA-SH dihydrolipoát SAM tetrahydrofolát methylkobalamin thiamindifosfát -NH2 (transaminace) -PO32- (fosforyl) -SO32- CO2 acyl -CH3 C1 skupiny zbytek některých oxokyselin

Pyridoxalfosfát je kofaktor transaminace a dekarboxylace aminokyselin vzniká aldimin (Schiffova báze)

Karboxybiotin je kofaktor karboxylačních reakcí +

Koenzym A (CoA-SH) přenáší acyly pantoová kyselina

S-Adenosylmethionin (SAM) „aktivní methyl“, trojvazná síra  sulfoniový kation kofaktor methylačních reakcí: ethanolamin → cholin guanidinacetát → kreatin noradrenalin → adrenalin z methioninu vzniká homocystein pro remethylaci homocysteinu je nutný methyl-FH4 a B12 kofaktor

Kyselina listová je vitamin Kyselina listová je vitamin. V těle je hydrogenována na 5,6,7,8-tetrahydrofolát (FH4) amid 5 6 7 8 Tetrahydrofolát (FH4) je kofaktor pro transfer C1 skupin

B12 vitamin je kyano nebo hydroxokobalamin R = CN nebo OH korinový cyklus B12 homocystein  methionin homocystein  propionyl-CoA  sukcinyl-CoA B12

Thiamindifosfát (TDP) je kofaktorem oxidační dekarboxylace pyruvátu vazba pyruvátu a jeho dekarboxylace TDP glukosa  pyruvát  acetyl-CoA CC

Metaloenzymy obsahují funkční kovové ionty, které se přímo účastní katalyzované reakce, ionty kovu vázány poměrně pevně (Enz-M) některé enzymy potřebují ionty kovů pouze k aktivaci, v tom případě jsou vázány slabě (Enz …M), ionty dvojmocných kovů, Ca2+ (koagulační faktory), Mg2+ (kinasy)

Molybden Součást některých oxidoreduktas Součást kofaktoru – molybdopterin Xanthinoxidasa (xanthin  kys. močová) Sulfitoxidasa (SO32-  SO42-) Zdroje Mo: luštěniny, celozrnné obilniny

Zinek Mnoho enzymů Alkoholdehydrogenasa (ethanol + NAD+  acetaldehyd + NADH+H+) Karbonátdehydratasa (H2O + CO2  H2CO3) Karboxypeptidasy (štěpení polypeptidů od C-konce) Cu, Zn-superoxiddismutasa (cytosolová izoforma) (2 •O2- + 2 H+  O2 + H2O2) Zdroje Zn: červené maso, korýši, luštěniny, slunečnicová a dýňová semínka, celozrnné obilniny

Měď Četné oxidoreduktasy Ceruloplazmin (ferrooxidasa) (Fe2+  Fe3+) Cytochrom-c-oxidasa (DŘ, přenos el. na O2) Monoaminooxidasy (MAO, inaktivace biogenních aminů) Dopaminhydroxylasa (dopamin  noradrenalin) Lysyloxidasa (vyzrávání kolagenu, Lys  alLys) Zdroje Cu: játra, maso, kakao, luštěniny, ořechy

Mangan Četné hydrolasy, dekarboxylasy, transferasy Mn-superoxiddismutasa (mitochondriální izoforma) Arginasa (Arg  močovina + ornithin) Syntéza proteoglykanů + glykoproteinů Zdroje Mn: luštěniny, celozrnné obilniny, ořechy

Železo Hemové enzymy Katalasa (hem, H2O2  H2O + ½O2) Myeloperoxidasa (hem, neutrofily) H2O2 + Cl- + H+  HClO + H2O Cytochromy (hem, přenašeče elektronů v DŘ) Zdroje Fe: výrobky z vepřové, husí, kachní krve, (červené) maso, játra, žloutek, ořechy

Vazba substrátu na enzym vazba substrátu do aktivního místa vyvolá odpovídající konformační změnu molekuly enzymu (indukované přizpůsobení) vytvoří se komplex enzym-substrát (ES), který se rozpadne na produkt a enzym

Faktory ovlivňující rychlost enzymové reakce Teplota S rostoucí teplotou rychlost reakce vzrůstá, optimální je kolem 40 C, při vyšších teplotách rychlost klesá – denaturace enzymu pH Ovlivňuje stav ionizace skupin v aktivním místě enzymu a jeho okolí konstatní pH v tělesných tekutinách udržují pufrační systémy každý enzym má pH optimum, intracelulární enzymy kolem pH 7 trávicí enzymy mají odlišné: pepsin pH 2 Aktivátory Umožňují nebo urychlují enzymovou reakci Často ionty dvojmocných kovů: Ca2+, Mg2+, Zn2+, Mn2+ Inhibitory Zpomalují nebo zastavují enzymovou reakci Kompetitivní: podobné substrátu, soutěží o aktivní místo Jiné: např. ionty těžkých kovů, pevně se vážou na důležité skupiny Koncentrace substrátu Při vysoké koncentraci substrátu je enzym nasycen, reakce probíhá maximální rychlostí, graficky vyjadřuje saturační křivka

Inhibice enzymů Ireverzibilní Reverzibilní inhibitor pevně vázán na enzym (akt. místo) organofosfáty ionty těžkých kovů kyanidy Reverzibilní inhibitor volně vázán rovnováha E+I  E-I inhibitor lze odstranit (dialýza, gel. filtrace) dva základní typy: kompetitivní, nekompetitivní

Otrava methanolem se léčí ethanolem Vznik toxických produktů je inhibován ethanolem, který vytěsní methanol z vazebného místa enzymu – kompetitivní inhibice dehydrogenace methanolu

Mnohá léčiva jsou inhibitory enzymů Acetylsalicylová kyselina (cyklooxygenasa) Ibuprofen (cyklooxygenasa) Statiny (HMG-CoA reduktasa) – hypolipidemika, snižují syntézu cholesterolu (lovastatin) Inhibitory ACE (angiotensin konvertující enzym) – léčba hypertenze (enalapril) Reverzibilní inhibitory acetylcholinesterasy (neostigmin) – nervosvalové choroby, pooperační atonie střev Antibiotika inhibují bakteriální enzymy Peniciliny – inhibují transpeptidasy (výstavba buněčné stěny) Tetracykliny, makrolidy, chloramfenikol – inhibice proteosyntézy Fluorované chinolony (ciprofloxacin) – inhibice bakteriální gyrasy (topoisomerasy II) (rozplétání DNA během replikace)

Závislost na koncentraci substrátu rovnice Michaelise a Mentenové vo je počáteční rychlost (nejvyšší hodnota) Vmax = maximální rychlost (pro danou koncentraci enzymu) Km = Michaelisova konstanta

Jak zjistit množství enzymu v biologickém materiálu Jak zjistit množství enzymu v biologickém materiálu? (enzym jako analyt)

Množství enzymu v biologickém materiálu lze stanovit dvojím způsobem katalytická koncentrace μkat/l stanoví se produkt enzymové reakce většina klinicky významných enzymů hmotnostní koncentrace μg/l, ng/l, pg/l stanoví se enzym (jako antigen, imunochemicky) jen některé, např. tumorové markery

Katalytická aktivita enzymu zavedena jednotka katal, 1 kat = mol/s jeden katal je katalytická aktivita enzymu, při které se v reakci přemění jeden mol substrátu za jednu sekundu Katalytická koncentrace enzymu aktivita je vztažena na objem biologické tekutiny (krevní sérum) jednotky: mkat/l, kat/l Rozlišujte „jednotku“ a „rozměr jednotky“ Veličina Jednotka Rozměr Katalytická aktivita kat mol/s Katalytická koncentrace kat/l mol/l.s Katalytická aktivita enzymu vyjadřuje množství aktivního enzymu v určitém biologickém materiálu. Jednotka katal = mol/s. Za optimálních podmínek se zjistí, jaké látkové množství substrátu enzym přemění za jednotku času (případně jaké látkové množství určitého produktu vznikne za jednotku času). Optimální podmínky jsou uvedeny dále. Katalytická koncentrace enzymu je aktivita vztažená na objem biologické tekutiny (nejčastěji krevní sérum). Typické jednotky jsou mkat/l, μkat/l. katal. koncentrace enzymu = rychlost chemické reakce

Stanovení katalytické koncentrace enzymů v biologickém materiálu optimální podmínky (teplota, pH, kofaktory) měří se [S] nebo [P] v určitém časovém intervalu kinetika 0. řádu, [S] >> Km  nasycený enzym, rychlost je konstantní, blíží se Vmax

Dvě metody pro zjištění katalytické koncentrace Charakteristika Kinetická metoda Metoda konstantního času Co se měří [S] nebo [P] [P] Jak kontinuálně (např. po 10 s) po urč. čase (např. 10 min) je reakce inhibována Kinetická křivka hodnocena ano ne Co se stanoví počáteční rychlost vo průměrná rychlost Zhodnocení metody přesná méně přesná

Dělení enzymů podle místa vzniku Buněčné (intracelulární) enzymy mají svou funkci uvnitř buňky, v místě vzniku při poškození buňky se uvolní a dostanou se do krve, kde lze zjistit jejich zvýšenou aktivitu příklady: ALT, AST, CK, GMT, LD ... Sekreční enzymy působí jinde enzymy velkých žláz (pankreas) – lipasa, amylasa ... jaterní enzymy na export: koagulační faktory

Intracelulární lokalizace enzymů Různé typy poškození buňky vedou k tomu, že se do krve uvolňují jen enzymy z učité subcelulární struktury. Organela Enzym Cytoplazma Mitochondrie Golgi komplex, ER Lyzosom Membrána LD, ALT, cAST (30 %) mAST (70 %) CHS, AMS ACP GMT, ALP lehké poškození jater: AST/ALT < 1 těžší poškození jater: AST/ALT > 1

Izoenzymy (izoformy) a makroenzymy katalyzují stejnou reakci ale liší se primární strukturou a/nebo posttranslačními úpravami (glykosylace), tedy fyz.-chem. a kinetickými vlastnostmi mají často různou subcelulární / tkáňovou distribuci stanovují se elektroforézou, afinitní chromatografií, imunochem. metodami makroenzymy – komplexy enzymů a imunoglobulinů, mají dlouhý poločas Kreatinkinasa (CK) je dimer a tvoří tři izoenzymy Izoenzym Výskyt Procento celk. aktivity Zvýšení CK-MM CK-MB CK-BB svaly srdce mozek 94-96 % do 6 % stopy svalové trauma infarkt poranění mozku

Trojí využití enzymů v lékařství enzymy jako indikátory patologického stavu enzymy jako analytická činidla v klin. biochemii enzymy jako léčiva

Příklady enzymů v klinické diagnostice Při poškození buněk se zvyšuje aktivita intracelulárních enzymů v extracelulární tekutině Enzym Referenční hodnoty Interpretace zvýšení ALT CK PSA do 0,9 kat/l do 4 kat/l do 4 μg/l hepatopatie myopatie, infarkt myokardu karcinom prostaty ALT alaninaminotransferasa, CK kreatinkinasa, PSA prostatický specifický antigen

Enzymy jako analytická činidla Původ enzymu Stanovení Glukosaoxidasa Peroxidasa Lipasa Cholesteroloxidasa Urikasa Bilirubinoxidasa Ureasa Laktátdehydrogenasa Taq polymerasa Aspergillus niger křen (Armoracia sp.) Candida sp. Pseudomonas sp. Myrothecium sp. bob (Canavalia sp.) Pediocus sp. Thermus aquaticus glukosa triacylglyceroly cholesterol kyselina močová bilirubin močovina ALT, AST PCR metoda

Enzymové stanovení glukosy glukosaoxidasa glukosa + O2  glukonolakton + H2O2 H2O2 + H2A  2 H2O + A peroxidasa bezbarvý chromogen barevný produkt (měří se absorbance) Princip stanovení glukosy v analyzátorech

Stanovení glukosy v kapilární krvi GLUKOMETRY Accu-Chek® - Performa Nano Glukometr One touch Ultra Postup práce s glukometrem Další typy analyzátorů: Accutrend®Plus Enzymové stanovení glukosy je využíváno též v osobních glukometrech, které jsou velmi důležité pro monitorování glykemie u diabetiků. 56

Pankreatické enzymy v terapii směs enzymů (lipasy, amylasy, proteinasy) získaná z vepřových pankreatů indikace: sekreční nedostatečnost pankreatu různé etiologie, cystická fibróza užívání: 3 × denně při jídle řada přípravků volně prodejných acidorezistentní tobolky, rozpadají se až v duodenu

Asparaginasa v terapii leukémie Katalyzuje hydrolýzu amidové skupiny asparaginu Asn + H2O  Asp + NH3 L-asparagin je nezbytný pro proteosyntézu některých nádorových buněk, Hydrolýza Asp vede k omezení proliferace Indikace: akutní lymfoblastické leukemie Enzymová fibrinolytika léčiva, která rozpouštějí krevní sraženiny v cévách urokinasa (lidská) štěpí plazminogen na plazmin – ten vyvolá degradaci fibrinu a trombolýzu indikace: žilní trombóza, plicní embolie, akutní IM

Proteasy v terapii Lokální působení: fibrinolyzin, chymotrypsin, kolagenasa po lokální aplikaci vedou k lýze nekrotické tkáně, nepoškozují zdravé buňky (obsahují inhibitory proteas) hnisavé rány, bércové vředy, diabetické gangrény, dekubity apod. Celkové působení: trypsin, chymotrypsin, rostlinné proteasy - papain (papaya), bromelain (ananas) některé studie naznačují protizánětlivý účinek, ovlivnění imunity u autoimunitních onemocnění indikace: pomocná léčiva při revmatoidní artritidě, traumatické záněty a otoky, lymfedémy, apod., volně prodejné přípravky (Wobenzym, Phlogenzym aj.)