ENZYMY – enzymová katalýza PaedDr. Vladimír Šmahaj

Charakteristika enzymů Název enzym (z řec. en zýme – v kvasnicích) pochází od W. Kühneho (1878) enzymy jsou biokatalyzátory biokatalýza se uskutečňuje v oblasti molekuly enzymu nazývané AKTIVNÍ CENTRUM látka, přeměnu které enzym katalyzuje se nazývá SUBSTRÁT téměř všechny známe enzymy jsou globulární proteiny, většinou (60 až 70%) povahy složených bílkovin (bílkovinnou povahu enzymů prokázal až J. Summer v roce 1926)

Působení enzymů účinek enzymů je specifický. Specifický ve smyslu katalyzované reakce (specifita účinku – enzym katalyzuje jedině konkrétní reakci) a ve smyslu výběru substrátu (substrátová specifita – enzym katalyzuje přeměnu jen jediného substrátu) enzymy snižuji aktivační energii reakce. Tvoří komplex ze substrátem (komplex enzym-substrát) vhodný substrát aktivní centrum prostorově vymezená malá oblast molekuly enzymu obsahující charakteristické skupiny, které umožňují substrát specificky vázat.

Rychlost enzymových reakcí Závisí na řadě faktorů, především na: koncentraci substrátu koncentraci enzymu pH prostředí – každý enzym má určitou optimální oblast pH, při které má nejvyšší účinnost. Pro většinu enzymů leží optimální hodnota pH v neutrální oblasti, např. slinná amylasa při pH 7, ale např. pepsin v žaludku při pH 1 až 2 teplotě – rychlost enzymových reakcí s rostoucí teplotou stoupá, ale při dosažení určité teploty se růst rychlosti reakce zastaví a dalším zvyšováním teploty dochází k postupné inaktivaci enzymu jeho tepelnou denaturací

Složeni enzymů ENZYM bílkovinná část enzymu – apoenzym bílkovinná část - apoenzym nebílkovinná část - kofaktor ionty kovů prostetická skupina – pevně vázaná s apoenzymem koenzym – organická látka, snadno se uvolňuje od apoenzymu bílkovinná část enzymu – apoenzym katalyticky aktívní enzym – holoenzym apoenzym + kofaktor = holoenzym kofaktory jsou nebílkovinné částice, obyčejně s nízkou molekulovou hmotnosti, které jsou nepostradatelné pro aktivitu enzymu. kofaktory: jsou kovové ionty – Zn2+, K+, Mg2+, Fe2+; plní funkci aktivátorů organické molekuly, které se dají od apoenzymu oddělit (např.. hydrolýzou) se nazývají koenzymy. Přenáší při reakci určité skupiny, nebo ionty z jednoho substrátu na druhý. kovalentně vázané na apoenzym se označuji jako prostetická skupina (např. hem)

Enzymy snižuji aktivační energii (EA) reakce (Enzymové reakce jsou 108 až 1014krát rychlejší než reakce nekatalyzované)

Mechanizmus účinku enzymů Teorie „klíče (substrát) a zámku (enzym)“, E. Fischer 1894. enzym + substrát komplex enzym-substrát E + S ES enzym + produkt komplex enzym-produkt EP E + P E + S ES EP E + P

Inhibice a aktivace enzymů Inhibice enzymu = snižovaní katalytické účinnosti enzymu Aktivace enzymu = zvyšovaní katalytické účinnosti enzymu Inhibice enzymů (lat. inhibeo – zastaviti) - podle mechanizmu účinku rozlišujeme 3 typy inhibice enzymů

A, kompetitivní (konkurenční inhibice) molekuly inhibitoru mají strukturu podobnou molekule substrátu, ale inhibitor (chemoterapeutikum, antibiotikum) má vetší afinitu k aktivnímu centru enzymu než substrát inhibitor se váže na aktivní centrum enzymu je to vratný (reversibilní) typ inhibice (účinek inhibitoru se dá tlumit zvýšením koncentrace substrátu. aktivní centrum

B, nekompetitivní (nekonkurenční inhibice) inhibitor se váže pevně na reaktívní skupiny aktivního centra enzymu (např. - SH, - OH skupiny na R- ku) je to nevratný (ireversibilní) typ inhibice příkladem jsou ionty těžkých kovů (Hg, Pb, Cu) = tzv. enzymové – katalytické jedy, nervové jedy, některá léčiva

C, allosterická inhibice alosterické centrum aktivní centrum inhibitor se váže na enzym mimo aktívního centra, na tzv. allosterické centrum, přičemž vyvolá změnu terciární a kvartérní struktury bílkoviny v aktivním centru enzymu a tak znemožňuje navázání substrátu na aktivní centrum tyto inhibitory si buňka zpravidla tvoří sama

Aktivace enzymů A, Přeměna neaktívní formy enzymu na aktívní tuto funkci plní některé kovové ionty (Mg2+, H+, Ca2+) neaktivní forma enzymu (proenzym, zymogen) se přemění na aktivní, obvykle odštěpením části polypeptidového řetězce molekuly proenzymu, která prostorově zabraňuje substrátu vázat se na aktívní centrum proenzym se může aktivovat i změnou své terciární struktury

B, Allosterická aktivace aktivní centrum aktivátor alosterické centrum substrát na allosterické centrum enzymu se váže iont nebo malá molekula, která z tohohle místa způsobí změnu terc. nebo kvartérní struktury molekuly enzymu v aktívním centru a umožní tak navázání substrátu na aktivní centrum enzymu uvedené aktivátory (i inhibitory) [společné označení EFEKTORY] si buňka tvoří sama, obvykle je to některý z meziproduktů intermediárního metabolismu látek. Tento způsob regulace využívají oligomerní enzymy, nacházející se ve význačných místech metabolických drah (na jejich začátku, v místech větvení a u nejpomalejších reakcí), a proto celé dráhy řídí

zvýšené množství produktu inhibuje činnost enzymu 1 Dodatek při přeměně substrátu na produkt, může hromaděni produktu způsobit inhibici některého z enzymů zapojených do metabolismu, avšak zvýšené množství substrátu může zvýšit aktivitu určitého enzymu, např. enzymu 2 (jedná se o typ allosterické regulace – zpětná vazba/feedback): substrát produkt zvýšené množství produktu inhibuje činnost enzymu 1

Názvosloví enzymů triviální názvy, většinou s koncovkou –in, např. pepsin, trypsin v r. 1883 byla pro názvy enzymů zvolena koncovka –asa a název byl tvořen podle substrátu, jehož přeměnu enzym katalyzoval (amylasa z řec. amylum – škrob) nebo podle charakteru katalyzované reakce (oxidasa, hydrolasa) systémové názvy enzymů (1961): název substrátu+typ katalyzované reakce+asa např. ethanoldehydrogenasa

Děkuji za pozornost! Klasifikace enzymů Základem klasifikace enzymů je jejich rozdělení do šesti hlavních tříd podle typu katalyzované reakce. Děkuji za pozornost!