Ještě, že ty enzymy v sobě mám

Řecky en zýme = v kvasnicích (odtud byly poprvé izolovány). Dříve nazývány fermenty Biokatalyzátory – katalyzují veškeré reakce v organismech. Historie: 1835 Berzelius – schopnost sladu štěpit škrob, první teorie katalýzy 1860 Pasteur – kvašení způsobeno fermenty, spojeno s buňkou 1897 Buchner – oddělení enzymů, katalýza i mimo buňku 1926 Summer – prokázal, že enzymy jsou bílkoviny 1986 - i RNA může mít enzymatickou funkci

Strukturně jde o proteiny - globulární struktura Katalytický účinek mají také některé molekuly RNA (mluvíme o ribozymech) Známy tisíce enzymů, předpoklad že existují miliardy V každé buňce více než 3000 enzymů Molekulová hmotnost 40 000 až 2 000 000

Reakční kinetika Rychlost reakce, její ovlivnění Rozklad H202 EA (kJ/mol) Bez katalýzy 75,4 jodid 54,4 Pt 48,6 katalasa 23 Reakční kinetika Rychlost reakce, její ovlivnění Srážková teorie, aktivační energie, energetická bariéra Enzymy – snižují aktivační energii, tím že jiný mechanismus, reakce jinou cestou E + S → E – S → E + P

A, B – výchozí látky, substráty, K – katalyzátor, enzym, AK – komplex substrát a enzym, AB – produkt, E – aktivační energie Enzym tak snižuje aktivační energii reakce.

Struktura enzymu Enzymy bílkovinné makromolekuly – reakce se neúčastní celá molekula, jen část = aktivní centrum Enzym většinou 1 aktivní centrum + regulační místa Aktivní centrum – prostorové uspořádání aminokyselin, váže se tam substrát například vodíkovými můstky (jamka, štěrbina)

Působení enzymu: Teorie zámku a klíče (lock& key, teorie komplementarity) Substrát zapadá svou strukturou přesně do aktivního centra. 2. Teorie indukovaného přizpůsobení (induced fit, ruka v rukavici) Aktivní centrum se svou strukturou přizpůsobí substrátu. Indukované přizpůsobení - video Ve snímku dochází ke vzájemné reakci 2 substrátů a přenosu skupiny z jednoho na druhý (modře a červeně). Aktivní centrum enzymu (šedě) přizpůsobuje svou strukturu.

Struktura enzymů: Enzym - bílkovina, někdy jen bílkovina, většinou ale kromě bílkoviny ještě nebílkovinná část Složitější molekuly enzymů (to je většina) se nazývají holoenzymy. Holoenzym je kompletně fungující enzym, skládá se z bílkovinné (apoenzym) a nebílkovinné části (kofaktor).

Kofaktory jsou často odvozeny od vitamínů, váží se také na aktivní centrum, stabilnější při zahřátí, nedenaturují, určují jaké atomy, skupiny se v reakci přenáší. Kofaktor (neproteinová část holoenzymu) Substrát (jeho přeměna probíhá v tzv. aktivním centru) Apoenzym (proteinová část holoenzymu)

KOFAKTORY: Prostetická skupina – kovalentně vázaná na apoenzym 2. Koenzym – vázaný slabými vazebnými interakcemi Příklady: NAD+, FAD, koenzym A, biotin

Srovnání s anorganickými katalyzátory: Stejné vlastnosti – snižují aktivační energii, zvyšují rychlost, neovlivňují rovnováhu Odlišnost 1. Účinnější (stačí menší látkové množství). Za 1 sekundu přemění 1 mlk enzymu klidně 100 tisíc mlk substrátu, jednotka 1 katal = množství katalyzátoru, který přemění 1mol substrátu za 1 sekundu, běžně μkatal 2. Specifita – enzymy katalyzují jen jednu reakci 3. Účinek enzymu lze regulovat 4. Pracují za mírných podmínek vnitřního prostředí organismu.

Specifita enzymů: Enzymy mají velkou specifitu, katalyzuje každý jen danou reakci. Specifita: reakční (účinková) – katalyzují jednu konkrétní přeměnu substrátu, jeden typ reakce, závislá na kofaktoru substrátová – vybírají specifický substrát (reaktant), který přeměňují. Závislá na apoenzymu. Sférická záležitost. Mohou vybírat i konkrétní stereoizomer (díky stavbě enzymu z L-aminokyselin), častěji jsou ale skupinově specifické (alkohol-dehydrogenáza odbourává ethanol i methanol).

Rychlost enzymově katalyzované reakce Závisí na Koncentraci substrátu Množství enzymu Fyzikálně – chemických vlastnostech prostředí Přítomnosti modifikátorů ovlivňujících činnost enzymů, aktivátory a inhibitory.

1) Množství enzymu nebo substrátu v = V [S] / [S] .Km

2) pH Většina enzymů lidského těla má pH-optimum kolem 6, výjimku tvoří enzymy trávicího traktu, na grafu je pepsin z žaludku a trypsin z dvanáctníku.

3) Teplota Enzymy lidského těla mají teplotní optimum lehce nad běžnou tělesnou teplotou, během nemoci, kdy se tělesná teplota zvyšuje (horečka), probíhá metabolismus intenzivněji. Nad 600C málokteré aktivní.

Aktivace enzymu Enzymy jsou často produkovány v neaktivní formě tzv. proenzymu neboli zymogenu. Aktivaci způsobí až proteolytické štěpení části apoenzymu (např. kyselé prostředí žaludku přeměňuje neaktivní pepsinogen na aktivní enzym pepsin) nebo změna aktivního místa způsobená navázáním nějaké molekuly (regulátoru) mimo aktivní centrum do tzv. allosterického centra (allosterická aktivace).

Inhibice enzymu Enzym může být zbaven své funkce (resp. může být snížen jeho katalytický účinek) pomocí molekuly tzv. inhibitoru. Kompetitivní (soutěživá, vratná) inhibice probíhá kompetice substrátu a inhibitoru o pozici v aktivním centru 2) Nekompetitivní (nevratná) inhibice reaktivní skupiny aktivního centra enzymu (-OH, -SH) jsou trvale zablokované např. kationty těžkých kovů, tzv. katalytickými jedy

Allosterická inhibice Pokud se inhibitor váže na jiné místo než je aktivní centrum enzymu, mluvíme o allosterické inhibici. Její mechanismus bude zřejmý po shlédnutí následující animace. Allosterická inhibice - video Enzym (modře) štěpí substrát (červené kuličky). Pokud přidáme allosterický inhibitor (žlutým odkazem vlevo dole), enzymatická reakce neproběhne, protože se změnilo aktivní centrum.

Názvosloví a systematika enzymů: Původně: koncovka –IN (např. trypsis, pepsin) Poté: substrát + -ASA (popř. –ÁZA), např. amyláza, lipáza nebo reakce + -ASA, -ÁZA, např. oxidáza, hydroláza Dnes: substrát + reakce + -ASA, -ÁZA, např. alkohol-dehydrogenáza

Dnes je známo přes 3000 různých enzymů, jsou klasifikovány podle reakcí, které katalyzují, do 6 enzymatických tříd, ty jsou dále děleny na podtřídy, ty na skupiny a každý enzym má své pořadové číslo. Enzymatická komise při IUPAC pak uděluje každému enzymu čtyřmístné kódové číslo. Např. E.C. 1.1.1.27 znamená: (EC je zkratka Enyme Comission), 1 na prvním místě znamená enzym 1. třídy, tedy oxidoreduktáza, 1 na 2. místě znamená podtřídu způsobující oxidaci primární alkoholové skupiny, 1 na 3. místě znamená přítomnost pyridinového koenzymu a 27 je pořadové číslo enzymu, konkrétně se jedná o laktát-dehydrogenázu.

Třídy enzymů: 2. TRANSFERÁZY: OXIDOREDUKTÁZY: způsobují mezimolekulové redox přeměny, přenos, vodíku, kyslíku, elektronů, obsahují přenašečové kofaktory, jako NAD+, NADP+, FAD, cytochromy 2. TRANSFERÁZY: katalyzují přenos nejrůznějších funkčních skupin, např. –CH3, -NH2, glukózu, fosfát,

3. HYDROLÁZY: hydrolytické štěpení vazeb, např. rozklad peptidových, glykosidických, esterových, fosfodiesterových, patří mezi ně trávicí enzymy, pracují bez kofaktorů 4. LYÁZY (SYNTÁZY): nehydrolytické nebo neoxidační štěpení vazeb, často za vzniku dvojné vazby (eliminace), popř. adice na dvojnou vazbu. Při štěpení se často odštěpuje malá molekula (H2O, CO2, NH3)

5. ISOMERÁZY: katalyzují isomerace, přesuny atomů a skupin v rámci molekuly 6. LIGÁZY (SYNTETÁZY): katalyzují vznik energeticky náročných vazeb za současného štěpení makroergních sloučenin (např. ATP)

Enzymatické reakce Procvičte si zařazování enzymů do tříd. U každé rovnice se pokuste (podle sešitu či učebnice pojmenovat reaktanty) a zařazení do jedné z 6 enzymatických tříd. Následná kliknutí vám ukážou názvy složitějších sloučenin, název třídy enzymu a v závorce i název konkrétního enzymu).

Lyáza (aldoláza)

(laktátdehydrogenáza) Oxidoreduktáza (laktátdehydrogenáza)

(triosafosfátisomeráza)

Hydroláza (lipáza)

Transferáza (hexokináza)

Isomeráza (citrátisomeráza)

Ligáza (pyruvátkarboxyláza)

(alkoholdehydrogenáza) Oxidoreduktáza (alkoholdehydrogenáza)

(porfobilinogensyntháza) Lyáza (porfobilinogensyntháza)

Ligáza (glutaminsynthetáza)

(alaninaminotransferáza)