Metabolismus A. Navigace B. Terminologie E. Sacharidy I. Enzymy Obecná charakteristika Specifická část Doplňky H. Patofyziologie B. Terminologie E. Sacharidy I. Enzymy C. Extracelulární principy F. Lipidy J. Opakování D. Intracelulární principy G. Proteiny K. Riskuj! I-1

Doplňky I. Úloha enzymů v Metabolismu I-2

OSNOVA PREZENTACE: Úloha enzymů v metabolismu Charakteristika enzymů Bariéra aktivační energie Substrátová specifita Regulace metabolismu Lokalizace enzymů I-3

Úloha enzymů v metabolismu Chemické reakce probíhající v organismu by normálně probíhaly jen při teplotách značně vyšších Každá reakce vyžaduje specifické zvýšení chemické reaktivity. Jak organismus ovládá probíhající reakce ? prostřednictvím enzymů → každý urychluje (katalyzuje) jen jednu reakci z mnoha možných cest Enzymově katalyzované reakce jsou spojeny za sebou → produkt jedné reakce může být výchozí látkou (substrátem) pro reakci následující. dlouhé reakční dráhy se navzájem spojují → vytvářejí labyrint vzájemně propojených reakcí → buňce umožňují přežít, růst a rozmnožovat se I-4

zkracují čas potřebný k dosažení chemické rovnováhy SNIŽUJÍ ENERGETICKÉ BARIÉRY BIOKATALYZÁTORY Zvyšují rychlost reakcí ENZYMY Patří mezi PROTEINY Z reakcí vycházejí v nezměněné podobě Vysoce selektivní zkracují čas potřebný k dosažení chemické rovnováhy Využitelnost opakovaně v reakcích I-5

Aktivační energie (EA) Bariéra aktivační energie Nekatalyzovaná reakce Energie Aktivační energie (EA) = energetická bariéra bez enzymu Katalyzovaná reakce Aktivační energie (EA) s enzymem reaktanty produkty Reakční koordináta I-6

Bariéra aktivační energie je nezbytná k udržení života Bílkoviny, DNA a ostatní složité molekuly buňky jsou bohaté na volnou energii a mají možnost se spontánně rozpadat. Při teplotě uvnitř buněk nemohou energetickou bariéru překonat. Bariéra aktivační energie musí být překonávána → buňka by se nacházela v metabolicky nečinném stavu. Teplo chemické reakce urychluje →příliš vysoká teplota denaturuje proteiny. Organismy tedy musí využívat alternativní řešení – KATALYZÁTORY. I-7

Indukované přizpůsobení Substrátová specifita Enzymy → vysoce selektivní Enzymy jsou proteiny s jedinečnou trojrozměrnou konformací a specifičnost pramení právě z jeho tvaru. Enzym obvykle katalyzuje jen jednu určitou reakci, tzn. že selektivně snižuje aktivační energii jen jedné z několika možných reakcí, které by mohly vázané molekuly substrátu podstoupit. Enzym Aktivní místo Indukované přizpůsobení Komplex enzym-substrát + Kostra udržující konfiguraci aktivního místa Produkty substrát I-8

Regulace metabolismu chaos Mechanismy regulace Pokud by byly všechny metabolické dráhy nepřetržitě aktivní chaos Látka vytvořená jednou metabolickou dráhou, by byla vzápětí rozložena druhou. Organismus přísně reguluje metabolické dráhy kontrolou enzymů, aby byly aktivní ve správnou dobu na správném místě. Mechanismy regulace regulace aktivity již vytvořených enzymů zapínání a vypínání genů, které specifické enzymy kódují I-9

Regulace metabolismu KOMPETITIVNÍ INHIBICE NEKOMPETITIVNÍ INHIBICE Inhibitory selektivně snižují aktivitu enzymů. KOMPETITIVNÍ INHIBICE NEKOMPETITIVNÍ INHIBICE inhibitor se podobá molekule substrátu → soutěží s ní o navázání do aktivního místa inhibitor zabrání v navázání substrátu do aktivního místa zvýšení koncentrace substrátu → vytěsnění inhibitoru z aktivního místa inhibitor se substrátem o aktivní místo nesoutěží inhibitor se naváže na jinou část enzymové molekuly → změna konformace enzymu aktivní místo se stane nevnímavé k substrátu I-10

A Regulace metabolismu S S S S S I KOMPETITIVNÍ INHIBICE Selektivní aktivace a inhibice enzymů molekulami přítomnými v buňkách jsou důležitým mechanismem regulace metabolismu KOMPETITIVNÍ INHIBICE NEKOMPETITIVNÍ INHIBICE S S S S S I ENZYM ENZYM Aktivní místo ENZYM I I-11

Allosterická regulace Regulační molekuly mění tvar a funkci enzymu navázáním do tzv. allosterického místa prostřednictvím slabých vazeb. STIMULACE INHIBICE aktivní forma enzymu neaktivní forma enzymu aktivní místo allosterické místo inhibitor aktivátor Stabilizace neaktivní konformace enzymu Stabilizace aktivní konformace enzymu I-12

A Regulace metabolismu Zpětnovazebná inhibice A B C X Y Z vypnutí metabolické dráhy produktem, který inhibuje některý enzym v dráze A B C Enzym 1 X koncový produkt Z inhibuje první enzym→ který ho jako jediný syntetizuje → reguluje svou vlastní koncentraci v buňce Enzym 2 Y Enzym 3 Z I-13

Lokalizace enzymů Struktury uvnitř buňky přispívají k uspořádání metabolických cest. Výskyt enzymů: jednotlivě multienzymový komplex Lokalizace enzymů: membrány buněk/organel cytoplasma organel Každý buněčný kompartment obsahuje soubor enzymů se specifickými funkcemi. I-14