Enzymy

Enzymy Katalyzují chemické reakce, kdy se mění substrát na produkt Katalytickým působením se snižuje aktivační energie reagujících molekul substrátu, tím se reakce urychlí Za přítomnosti enzymu je rychlost reakce až o šest řádů větší Z reakce vystupují v nezměněné formě Jsou vysoce účinné a úzce selektivní Účastní se všech metabolických procesů Mají bílkovinnou povahu, jsou to biopolymery

Redoxní děj v neživých a živých soustavách Redukce vodíkem ve stavu zrodu, oxidace za použití silných oxid.činidel Přítomnost alkohldehydrogenázy a koenzymu NAD+, charakteristická obousměrost a použitelnost enzymu a koenzymu v obou směrech

Enzymy jsou stereospecifické

Polypeptid obsahující dvě domény Zobrazují se jen klíčové terciární a kvarterní struktury, protože i tak je molekula již velmi veliká

Fischerova hypotéza zámku a klíče Začátek 20.století Zjistili, že navázání substrátu na enzym udělá enzym odolnějším vůči denaturaci vysokou teplotou. Věděli o specifitě enzymů. Fischerova hypotéza zámku a klíče Emil Fischer Enzym reaguje se svým substrátem a tvoří komplex E-S (jeho tepelná stabilita je vyšší než u samotného enzymu) Vysvětluje dokonalou komplementární interakci mezi enzymem a substrátem Přirovnání k zámku a klíči Zámek je aktivní místo enzymu (štěrbina, kapsa), slouží k rozpoznání a navázání substrátu, je to místo usnadňující katalytickou reakci

E + S → ES → EP → P + E Molekuly substrátů nahoře se mohou skládat z různých částí substrátu nebo i z koenzymu( nebo prostetické skupiny) a substrátu . Většina knih neuvádí systém EP, ale je logické, že tam je.

Koshlandova hypotéza indukovaného přizpůsobení Substrát, který se váže na enzym indukuje konformační změnu enzymu Ruka ( substrát) do rukavice (enzym) Dojde k vhodnému uspořádání katalytických skupin, k napnutí vazby mezi A-B a tím se usnadní rozštěpení této vazby A-B je substrát ze slajdu 7.

Vliv teploty na aktivitu enzymu Max. nejčastěji 25-37oC

Vliv pH na aktivitu enzymu Např trypsin vykazuje max.aktivitu kolem pH =7, pepsin pH = 2, arginasa pH = 10

HOLOENZYM Enzymy jsou obvykle jednoduché bílkovinné molekuly Holoenzym se skládá z apoenzymu a koenzymu nebo prostet.skupiny. Což jsou kofaktory. Je obecně v literartuře zmatek co je koenzym a co kofaktor.Někdy kofaktorem bývá označována nebílkovinná část, koenzym je složitější org. molekula. Rozhodně prostetická skupina se pevně váže kovalentní vazbou k enzymu. Enzymy jsou obvykle jednoduché bílkovinné molekuly Mohou se skládat z několika bílkovinných podjednotek Pro svoji katalytickou činnost většinou potřebují ještě další nebílkovinnou složku

Koenzymy x Prostetické skupiny KOFAKTORY Koenzymy x Prostetické skupiny Malé neproteinové molekuly a ionty kovů, účastní se katalytického působení enzymů , mohou se přímo účastnit navázání substrátu nebo mají katalytickou funkci, přinášejí do enzymu další nové funkční skupiny Holoenzym se skládá z apoenzymu a koenzymu nebo prostet.skupiny. Což jsou kofaktory. Je obecně v literartuře zmatek co je koenzym a co kofaktor. Někdy kofaktorem bývá označována nebílkovinná část, koenzym je složitější org. molekula. Rozhodně prostetická skupina se pevně váže kovalentní vazbou k enzymu.

KOENZYMY Fungují jako recyklovatelné člunky – přenašeče skupin, které přenášejí mnoho různých substrátů z místa syntézy do místa využití Substrát je ve spojení s koenzymem stabilizován (např. stabilizace vodíkových atomů nebo hydridových iontů, které jsou ve vodním prostředí velmi nestabilní)

KOENZYM Koenzym se váže na AC enzymu společně se substrátem (stává se složkou enzym-substrátového komplexu). Při katalytických reakcích se stává donorem nebo akceptorem protonů, elektronů nebo atomových skupin. Tyto rce jsou vzájemně svázané. Např. v jedné reakci koenzym jednomu substrátu skupinu odebírá a v následující rci ji jinému substrátu odevzdává

KOENZYMY Některé koenzymy obsahují vitamíny B ( ve vodě rozpustné !), navíc adenin, ribosu a fosfátovou skupinu AMP nebo ADP Nikotinamid je součástí koenzymů NAD a NADP, které se účastní redoxních reakcí Riboflavin je součástí redoxních koenzymů FMN a FAD Pantothenová kyselina je prekurzorem koenzymu A, který slouží jako přenašeč acylových skupin Thyamin se ve formě difosfátu účastní dekarboxylace α-oxokyselin Kyselina listová je důležitá pro přenos jednouhlíkatých zbytků

Vztah koenzymů a vitamínů/1 Funkční složkou koenzymu bývá vitamín ve formě esteru s H3PO4 nebo nukleotidu. FAD je spíše pevně vázaná prostetická skupina.

Vztah koenzymů a vitamínů/2 Jiná tabulka téhož

NAD+ a NADP+ koenzymy oxidoreduktas

PROSTETICKÉ SKUPINY Pevně vázané složky enzymu Nejběžnější prostetické skupiny jsou ionty kovů –přibližně 1/3 všech enzymů obsahuje pevně vázaný iont kovu Kov v prost.skupině tvoří s enzymem komplex

FADH bývá spíše prostetickou skupinou, bývá vázán pevně

Klasifikace enzymů oxidoreduktázy – katalyzují redoxní reakce transferázy – katylyzují přenos funkčních skupin (glykosyl, methyl, fosfátová skupina) hydrolázy – katalyzují hydrolytické štěpení kovalentních vazeb v sustrátu C-C, C-O, C-N lyasy- katalyzují nehydrolytické štěpení kovalentních vazeb v sustrátu C-C, C-O, C-N za současné eliminace H a vzniku (=) vazby isomerasy-katalyzují geometrické nebostrukturní změny uvnitř jedné molekuly ligazy-katalyzují slučování dvou molekul za současné spotřeby energie-formou hydrolýzy fosfátové vazby v molekule ATP

jiné znázornění

Příklady katalyzovaných rcí

Koenzymy transferaz Podílejí se na přenosu skupin i celých molekul Mohou přenášet fosfátové skupiny – enzymy zvané kinasy. Jako koenzym mají ATP. (Podobně může fungovat i GTP, CTP, UTP) Mohou přenášet zbytky karbox.kyselin - acyly. Z nichž nejvýznamější je acetyl - zbytek kyseliny octové. Aktivní kys.octová (acetylkoenzym A – acetyl-CoA) je nezastupitelná v metabolismu Guanidintrifosfát, cytidintrofosfát, uridintrofosfát

Koenzymy oxidoreduktas Účastní se oxidoredukčních dějů Podílejí se na přenosu elektronů nebo vodíku Nejvýznamnější jsou NAD+, NADP+, FAD, FMN

NAD+ a NADP+ koenzymy oxidoreduktas Zeptat se, zda vědí, která je tedy redukovaná forma NAD+ nebo NADH+H+ (to si musí zapamatovat !!!)

Mechanizmy inhibice Kompetitivní (soutěživá) - inhibitor soutěží se substrátem (S) o vazbu na aktivním centru (AC) - je-li dostatečná koncentrace inhibitoru, vytěsní ten inhibitor S z AC. Při zvýšení koncentrace S se inhibitor může zase z AC uvolnit. Substrát a inhibitor mají podobnou strukturu. Inhibitor snižuje koncentraci volného enzymu, tudíž snižuje rychlost reakce. Alostericky se může enzym i aktivovat (v důsledku změny konformace enzymu) – zde se hovoří jen o inhibici, ale podobně je možná i aktivace. Ihibitory jsou často antibiotika, alkaloidy i pesticidy.

Mechanizmy inhibice Nekompetitivní - inhibitor se neváže na enzym (E), ale naváže se na komplex E-S. Tím se strukturně změní AC a E je neúčinný. Nelze ji odstranit přidáním (zvýšením koncentrace) S. Akompetitivní – inhibitor se navazuje kamkoliv mimo AC na enzym a tím se snižuje rychlost katalyzované reakce. Je jedno, jestli je již navázán S nebo ne. Smíšené inhibice - lze pozorovat i případy kompetitivní a nekompetitivní Na enzym je již substrát přivázán a ještě na tento systém se váže v AC ihibitor, nemůže vzniknout přechodný stav EP (enzym produkt), z kterrého pak vyleze Produkt a Enzym každý zvlášť.

Různé druhy inhibicí - rozdělení Allosterická - inhibitor se váže na jinou část E než je AC (na allosterické centrum), v důsledku toho se změní konformace celého E a tím i AC. Vazba S na E se tím znesnadní. Může se vázat iont nebo malá molekula (nekompetitivní a akompetitivní) Substrátem a produktem – S je hodně v nadbytku, do AC se naváže více než 1 molekula S tím se zpomalí reakce. Nebo vzniká moc produktu (P), nastane rovnovážný stav, vše může pokračovat, až se P spotřebuje Způsob, jak to probíhá

Inhibice zpětnou vazbou Produkt D působí jako alosterický inhibitor enzymu E1

Alosterická inhibice Substrát se nevejde do aktivního centra. Ruka v rukavici, enzym se substrátu přizpůsobil. Inaktivní forma enzymu.

Aktivace nebo inhibice + je katalýza (např.alosterická aktivace), - je inhibice. Enzym E1 je inhibovaný produktem, E2 je aktivovaný substrátem Popiš :

Proenzymy-zymogeny Trypsin – Enteropepsidasa ho v tenkém střevě z tripsinogenu předělá (odštěpí hexapeptid) na aktivní formu. Podobným trávicím enzymem je pepsin – pepsinogen.

Acidobazická katalýza Funkci acidobazických katalyzátorů v enzymech mají postranní řetězce zbytkových skupin AMK (Asp, Glu, His, Cys, Tyr a Lys). Funkční skupiny jsou vhodně orientovány v AC enzymu Rekce se urychlí, protože nedochází k přemisťování atomů V biochemii se uplatňuje u hydrolýzy peptidů a esterů, u reakcí fosfátových skupin (anhydridové vazby) a u tautomerizace a u adice karbonylových skupin

Hezké 

K nahlédnutí Rovnice MIchaelise-Mentenové Matematický model vztahu mezi počáteční rychlostí v1 a koncentrací substrátu [S] Koncentrace substrátu, při níž je v1 rovno právě polovině maximální rychlosti Vmax /2 se nazývá Michaelisova konstanta Km Rovnice se upravuje podle koncentrace E(enzymu) a S(substrátu) K nahlédnutí

Model Michaelise a Mentenové, kinetika enzymových reakcí

Zkus se v tom vyznat, neučit se !!! 1.Čtyřnásobná stabilizace nábojů, 2. Nukleofilní His-392 přenáší fosfátvou skupinu na His-258 a vytváří se meziprodukt FOSFÁT-ENZYM, fruktosa se uvolňuje 3. Nukleofilně vstupuje voda, vzniká anorganický fosfát 4. Anorganický fosfát se uvolňuje Zkus se v tom vyznat, neučit se !!!

Neučit se

Neučit se

Neučit se, jen se podívej Katalýza fruktosa -2,6-bisfosfatasou - náhled na složitost systému 1. Čtyřnásobná stabilizace fruktosa -2,6-bisfosfatasy pomocí kladného náboje, 2. Nukleofilní His-392 přenáší fosfátovou skupinu na His-258 a vytváří se meziprodukt FOSFÁT-ENZYM, fruktosa-6-fosfát se uvolňuje, 3. Nukleofilně vstupuje voda, vzniká anorganický fosfát, 4. Anorganický fosfát se uvolňuje Neučit se, jen se podívej