Enzymy Vladimíra Kvasnicová

Enzym je biokatalyzátor: reakce Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255enz/enzymology.htm (prosinec 2006)

Obrázek převzat z http://stallion. abac. peachnet Obrázek převzat z http://stallion.abac.peachnet.edu/sm/kmccrae/BIOL2050/Ch1-13/JpegArt1-13/05jpeg/05_jpeg_HTML/index.htm (prosinec 2006)

Obrázek převzat z http://fig. cox. miami Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255enz/enzymology.htm (prosinec 2006)

Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Enzymy samostudium snižují aktivační energii reakce (EA) zkracují čas dosažení rovnovážných koncentrací se nespotřebovávají, z reakce vycházejí nezměněny umožňují uskutečnění reakce při T, p a pH lidského těla jsou specifické mohou být regulovány nemění G dané reakce nemění rovnovážné koncentrace samostudium

- většina enzymů jsou proteiny Struktura a vlastnosti - většina enzymů jsou proteiny Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255enz/enzymology.htm (prosinec 2006)

Obrázek převzat z http://fig. cox. miami Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255enz/enzymology.htm (prosinec 2006)

Obrázek převzat z http://stallion. abac. peachnet Obrázek převzat z http://stallion.abac.peachnet.edu/sm/kmccrae/BIOL2050/Ch1-13/JpegArt1-13/05jpeg/05_jpeg_HTML/index.htm (prosinec 2006)

Každý enzym má teplotní optimum pH optimum určitou afinitu k substrátu Obrázek převzat z http://stallion.abac.peachnet.edu/sm/kmccrae/BIOL2050/Ch1-13/JpegArt1-13/05jpeg/05_jpeg_HTML/index.htm (prosinec 2006)

Obrázek převzat z http://www. carleton. ca/biology/2200/schedule Obrázek převzat z http://www.carleton.ca/biology/2200/schedule.html (prosinec 2006)

Některé enzymy jsou produkovány ve formě prekurzorů (= PROENZYMY nebo ZYMOGENY) Obrázek převzat z : http://wine1.sb.fsu.edu/bch4053/Lecture26/zymogen.jpg (prosinec 2006)

nebo musí být nejprve aktivovány (např. fosforylací): Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/memb/c11x11enzyme-cascade.jpg (prosinec 2006)

Izoenzymy (izozymy) jsou enzymy, které katalyzují stejnou reakci, ale liší se strukturou a fyzikálně-chemickými vlastnostmi. Izoenzymy jsou kódovány různými geny (= pravé izoenzymy) nebo vznikají různou posttranslační modifikací (= izoformy) se nachází v různých kompartmentech buňky se nachází v různých tkáních organismu mohou být oligomery různých podjednotek

př. 5 izozymů (různý poměr jednotlivých monomerů) Obrázek převzat z http://wine1.sb.fsu.edu/bch4053/Lecture26/isozymes.jpg (prosinec 2006)

multienzymové komplexy samostatné enzymy mtb dráhy Figure 17.6 z Garrett, R.H.; Grisham, C.M. Biochemistry; Saunders: Orlando,1995; str. 553, nalezený na http://www.uwsp.edu/chemistry/tzamis/enzyme_complex.html (prosinec 2006)

př. multienzymový komplex dehydrogenázy 2-oxokyselin Obrázek převzat z http://faculty.uca.edu/~johnc/pdhrxns.gif (prosinec 2006)

př. multienzymový komplex dehydrogenázy 2-oxokyselin Obrázek převzat z http://faculty.uca.edu/~johnc/pdhrxns.gif (prosinec 2006)

Alosterický enzym: a) monomerní, b) oligomerní Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

aktivátory a substráty mají vyšší afinitu k R-konformaci Alosterický enzym v T a R konformaci: modulátory ovlivňují rovnováhu reakce aktivátory a substráty mají vyšší afinitu k R-konformaci inhibitory mají vyšší afinitu k T-konformaci Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Enzymy v medicíně stanovení aktivity enzymů v krvi enzymové analytické metody enzymoterapie

Stanovení aktivity enzymů z diagnostických důvodů nejčastěji je vyšetřována krev (sérum, plazma)  zjištění přítomnosti a závažnosti tkáňového poškození jednotky: kat/L (= katalytická koncentrace enzymu) kat = katal 1 katal = 1 mol substrátu přeměněný enzymem za 1 sec. 1 kat = 10-6 kat

Enzymy nacházející se v plazmě: a) enzymy specifické pro plazmu (př. srážecí faktory) b) sekreční enzymy (př. amyláza, lipáza) c) buněčné enzymy Důležité je znát: 1) intracelulární lokalizaci enzymů 2) distribuci enzymů v orgánech a tkáních 3) zdroj enzymů nacházejících se v plazmě 4) cesty eliminace enzymů z krve

„ srdeční enzymy“ Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

ENZYMY Žádanka na biochemické vyšetření: http://spch.cz/kliniky/kbi/laboratorni_prirucka/zadanka_biochemie.pdf (prosinec 2006)

Názvosloví enzymů -áza nebo -asa / -in IUMB nomenklatura enzymů doporučené názvy

IUMB nomenklatura enzymů EC nomenklatura * každý enzym má své EC číslo (Enzyme Commission of IUBMB) – 6 tříd enzymů: EC 1.x.x.x oxidoreduktázy EC 2.x.x.x transferázy EC 3.x.x.x hydrolázy EC 4.x.x.x lyázy EC 5.x.x.x izomerázy EC 6.x.x.x ligázy (syntetázy) → vychází z typu enzymem katalyzované reakce

ATP + D-Glc  ADP + D-Glc-6-fosfát systematické názvy * tvoří se podle specifických pravidel, specifikují reakci katalyzovanou enzymem příklad: ATP : D-glukóza fosfotransferáza (EC 2.7.1.2)  přenáší (2) fosfát (7) na alkoholovou sk. (1) ATP + D-Glc  ADP + D-Glc-6-fosfát (Glc-6-P)

doporučené názvy (= akceptované) * jednodušší než systematické, běžně se používají * velmi důležité! příklad: EC 2.7.1.2. = glukokináza (viz výše)

staré triviální názvy * bez vztahu ke katalyzované reakci * koncovka -in (pepsin, trypsin) * používají se pro enzymy objevené již dávno (dlouho používané názvy) zkratky enzymů * běžné v medicíně př. LD, ALT, ALP

Většina názvů enzymů obsahuje koncovku -áza a) název substrátu + -áza (př. amyláza) b) typ reakce + -áza (př. dehydrogenáza) = skupinový doporučený název, nejde o název konkrétního enzymu

IUBMB Enzyme Nomenclature EC 2.7.1.1 Accepted name: hexokinase Reaction: ATP + D-hexose = ADP + D-hexose 6-phosphate Other name(s): hexokinase type IV glucokinase; hexokinase D; hexokinase type IV; hexokinase (phosphorylating); ATP-dependent hexokinase; glucose ATP phosphotransferase Systematic name: ATP:D-hexose 6-phosphotransferase Comments: D-Glucose, D-mannose, D-fructose, sorbitol and D-glucosamine can act as acceptors; ITP and dATP can act as donors. The liver isoenzyme has sometimes been called glucokinase. Příklad odkazu z databáze enzymů: http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/EC2/7/1/2.html

Doporučené (triviální) názvy enzymů (používají se v biochemii) 1) oxidoreduktázy: Aox + Bred  Ared + Box * dehydrogenáza (H- or H) * reductáza * oxidáza * peroxidáza (různé peroxidy) * oxygenáza (O2) * hydroxyláza (= monoxygenáza; -OH) * desaturáza (-CH2CH2-  -CHCH-)

2) transferázy: A-x + B  A + B-x * skupinatransferáza (př. aminotransferáza) * kináza (= fosfotransferáza) * fosforyláza * transketoláza * transaldoláza

3) hydrolázy: A-B + H2O  A-H + B-OH * esteráza (R1-CO-O-R2) * fosfatáza (fosfát-O-R)  Pi !!! * fosfodiesteráza (R1-O-fosfát-O-R2) * nukleáza, peptidáza, glycosidáza, lipáza

4) lyázy: A-x  B + x * dekarboxyláza ( CO2) * dehydratáza ( H2O) * hydratáza (-CHCH- + H2O  -CH(OH)CH2-) * syntáza

5) izomerázy: A  izo-A * epimeráza (monosacharid  jeho epimer) * mutáza (změna polohy fosfátové skupiny v molekule)

6) ligázy: A + B + ATP  A-B + ADP + Pi * syntetáza * karboxyláza

ENZYMY Žádanka na biochemické vyšetření: http://spch.cz/kliniky/kbi/laboratorni_prirucka/zadanka_biochemie.pdf (prosinec 2006)

Doplňte třídu, do níž každý z enzymů patří: AST aspartátaminotransferáza ALT alaninaminotransferáza GMT gamaglutamyltranspeptidáza ALP alkalická fosfatáza ACP kyselá fosfatáza AMS -amyláza LPS lipáza CK kreatinkináza CHE cholinesteráza LD laktátdehydrogenáza

Kofaktory enzymů oxidoreduktázy: NAD+ nikotinamidadenindinukleotid NADP+ nikotinamidadenindinukleotid fosfát (prekurzor: niacin = kyselina nikotinová) H- FAD flavinadenindinukleotid FMN flavinmononukleotid (prekurzor: riboflavin = vitamin B2) 2 H hem Fe3+ + e-  Fe2+  e-

ATP adenosinetrifosfát / fosfát GTP guanosintrifosfát / fosfát transferázy: ATP adenosinetrifosfát / fosfát GTP guanosintrifosfát / fosfát TDP thiamindifosfát / C-fragment (prekurzor: thiamin = vitamin B1) PALP pyridoxalfosfát / -NH2 (prekurzor: pyridoxin = vitamin B6) THF tetrahydrofolate / C1-fragment (prekurzor: kyselina listová) CoA koenzym A (HS-Co-A) / acyl PAPS fosfoadenosinfosfosulfát / sulfát

3´-fosfoadenosin-5´-fosfosulfát (PAPS) přenáší sulfát do substrátu při konjugačních reakcích (sulfatace) Obrázek je převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/amino-acid-metabolism.html (leden 2007)

Koenzym A = CoA-SH Obrázky převzaty z http://lxyang.myweb.uga.edu/bcmb8010/pic/NAD+.gif a http://oregonstate.edu/instruct/bb450/stryer/ch14/Slide26.jpg (leden 2008)

Deriváty tetrahydrofolátu Obrázek převzat z http://www.dentistry.leeds.ac.uk/biochem/postgrad/thftypes.gif (leden 2008)

lyázy: PALP pyridoxalfosfát (dekarboxylázy) ligázy: ATP adenosintrifosfát  acyl-CoA-syntetázy  aminoacyl-tRNA-syntetázy biotin = vitamin H (karboxylázy)

Enzymová kinetika activita, jednotky 1 katal = 1 mol substrátu přeměněný enzymem za 1 sec. 1 IU = 1 μmol substrátu přeměněný enzymem za 1 min. 1 katal = 1 mol / 1 sec. = 106 μmol / 1 sec. = 60 x 106 μmol / 1 min (= 60 sec.) 1 katal = 6 x 107 IU

Aktivita se vztahuje na konstantní koncentraci enzymu: [E] = konstantní Obrázek převzat z http://www.steve.gb.com/science/enzymes.html (prosinec 2006)

! DŮLEŽITÉ ! Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255enz/gk3x15.gif (prosinec 2006)

Kinetika Michaelis-Mentenové průběh křivky (hyperboly) může být popsán rovnicí: Obrázek převzat z http://www.steve.gb.com/science/enzymes.html (prosinec 2006)

Km popisuje afinitu enzymu k danému substrátu ! nepřímá úměrnost! Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255enz/gk3x15.gif (prosinec 2006)

linearizace hyperboly (reciproké hodnoty): y = k x + q Obrázek převzat z http://www.steve.gb.com/science/enzymes.html (prosinec 2006)

Obrázek převzat z http://fig. cox. miami Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255enz/gk3x15.gif (prosinec 2006)

Inhibice enzymů Obrázek převzat z http://stallion.abac.peachnet.edu/sm/kmccrae/BIOL2050/Ch1-13/JpegArt1-13/05jpeg/05_jpeg_HTML/index.htm (prosinec 2006)

1) Kompetitivní inhibice inhibitor je strukturně podobný substrátu váže se do aktivního centra, ale není enzymem přeměňován zvyšuje Km ( afinity enzymu k substrátu) zvýšením koncentrace substrátu lze inhibici potlačit inhibice je vratná Obrázek převzat z http://www.steve.gb.com/science/enzymes.html (prosinec 2006)

2) Nekompetitivní inhibice inhibitor se váže na jiné místo enzymu než substrát inhibici nelze potlačit zvýšením koncentrace substrátu (nemění se Km) Vmax klesá (protože došlo ke snížení aktuální koncentrace aktivního enzymu) vratná pouze pokud se inhibitor neváže na enzym kovalentně Obrázek převzat z http://www.steve.gb.com/science/enzymes.html (prosinec 2006)

Shrnutí inhibice enzymu Obrázek převzat z http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/E/EnzymeKinetics.html (prosinec 2006)

Některé enzymy mohou být také inhibovány nadbytkem substrátu Obrázek převzat z http://www-biol.paisley.ac.uk/Kinetics/chapter_3/chapter3_6_1.html (prosinec 2006)

Inhibice léky a jedy a) vratná (reverzibilní) nebo b) nevratná (ireverzibilní)  inhibitor se váže na enzym kovalentně (pevně)

Inhibice jako regulace metabolických drah inhibice produktem nebo meziproduktem a) inhibice zpětnou vazbou (feedback regulace) b) zkřížená regulace c) regulace krokem vpřed (feedforward regulace) inhibice d) reverzibilní kovalentní modifikací (př. fosforylace / defosforylace enzymu)

Reverzibilní kovalentní modifikace: fosforylace proteinkinázou defosforylace proteinfosfatázou B) fosforylovaný enzym je buď aktivní nebo inaktivní (různé enzymy jsou ovlivňovány různě) Obrázek převzat z http://stallion.abac.peachnet.edu/sm/kmccrae/BIOL2050/Ch1-13/JpegArt1-13/05jpeg/05_jpeg_HTML/index.htm (prosinec 2006)

Inhibice enzymů využívaná při regulacích je buď kompetitivní (Km se zvyšuje nad koncentraci substrátu, který je v buňce k dispozici) nebo alosterická (dochází ke konformační změně ovlivňující aktivní centrum enzymu)

Alosterická regulace aktivátor je „pozitivním modulátorem“ inhibitor je „negativním modulátorem“ ! Křivka alosterických enzymů je sigmoidální, ne hyperbolická ! Obrázek převzat z http://www-biol.paisley.ac.uk/Kinetics/Chapter_5/chapter5_2_2.html (prosinec 2006)

Regulace aktivity enzymů SOUHRN Regulace aktivity enzymů dostupnost substrátu a jeho koncentrace indukce syntézy regulačního enzymu aktivace prekurzorů enzymu kovalentní modifikace enzymů kompetitivní inhibice alosterická regulace