Enzymy-czesc-1.doc

(110 KB) Pobierz

ENZYMY – część 1

Ogólne właściwości enzymów

Enzymy - swoiste katalizatory komórkowe przyśpieszające reakcje zachodzące w organizmie

q     charakteryzują się dużą swoistością w przyspieszaniu lub nadawaniu odpowiedniego kierunku reakcjom chemicznym

q     ciepłochwiejne białka proste lub złożone (wyjątek – rybozymy)

Kategorie enzymów ze względu na ich budowę chemiczną

q     białka proste – amylaza, ureaza, aldolaza, RNaza

q     białka złożone zawierające nieaminokwasowe grupy trwale chemicznie związane z cząsteczką enzymu (grupa prostetyczna np. hem, FAD) – oksydaza cytochromowa, katalaza, peroksydaza

q     białka złożone zawierające nieaminokwasowe grupy luźno związane z cząsteczką enzymu (koenzymy np. NAD+, NADP+)) – dehydrogenazy

apoenzym +  koenzym -> holoenzym (aktywny enzym)

 

Apoenzymy – części białkowe enzymów

Koenzymy – drobnocząsteczkowe związki organiczne lub jony nieorganiczne, których obecność w centrum aktywnym jest niezbędna do katalitycznego działania enzymu (koenzym silnie związany z cząsteczką białka = grupa prostetyczna)

Grupy prostetyczne i koenzymy (kosubstraty)

q     ulegają przemianie podczas reakcji enzymatycznej

q     powracają do pierwotnej postaci w wyniku reakcji wtórnej

Część białkowa – decyduje o:

q     specyficzności w stosunku do substratu (jaki rodzaj substratu ulega przemianie)

q     kierunku reakcji

Enzymy:

q     monomeryczne – zbudowane z pojedynczego łańcucha polipeptydowego (np. lizozym, elastaza, trypsyna, heksokinaza)

- enzymy zbudowane z dwu lub więcej łańcuchów polipeptydowych połączonych   mostkami S-S (np. chymotrypsyna)

q     oligomeryczne – zbudowane z dwu lub więcej podjednostek połączonych ze sobą za pomocą wiązań niekowalencyjnych (np. L-asparaginaza, aldolaza)

q     kompleksy wieloenzymowe (np. dehydrogenaza pirogronianowa)

 

Izoenzymy

q     zakodowane w DNA, fizycznie odmienne postacie danego enzymu – różnią się:

              - wrażliwością na temperaturę

              - wrażliwością na działanie różnych związków chemicznych

              - powinowactwem do substratu

              - ruchliwością elektroforetyczną

              - właściwościami immunologicznymi

q     katalizują tę samą reakcję

q     występują w różnych typach komórek lub komparmentach subkomórkowych

q     dehydrogenazy, oksydazy, aminotransferazy, fosfatazy, enzymy proteolityczne

 

Izoformy – odmienne fizycznie postacie danego enzymu powstające w wyniku modyfikacji potranslacyjnej  (np. glikozylacja, hydroksylacja, oksydacja)

 

Reakcje enzymatyczne

q     zwiększenie szybkości reakcji 106-1011

q     centrum aktywne – zgrupowanie reszt aminokwasowych, często z odległych sekwencji łańcucha polipeptydowego, z którymi łączy się substrat

q     centrum allosteryczne – miejsce w obrębie cząsteczki enzymu, za którego pośrednictwem działają czynniki regulujące aktywność enzymu

 

Klasyfikacja i nazewnictwo enzymów

Podstawą klasyfikacji i nomenklatury enzymów jest katalizowana przez nie reakcja chemiczna.

Nazewnictwo enzymów:

q     nazwa potoczna – zwykle krótkie, tworzone od nazw substratów (amylaza, arginaza, lipaza, ureaza, pepsyna, trypsyna)

q     nazwa systematyczna

              - identyfikuje enzym i określa jego działanie

              - zgodna z zaleceniami Międzynarodowej Unii Biochemicznej z 1964 r.

q     numer klasyfikacji międzynarodowej (EC)

 

 

             

Nazwa systematyczna - dwuczęściowa

              - pierwsza część: nazwa katalizowanej reakcji + końcówka „aza” (oksydoreduktaza, transferaza, hydrolaza, liaza, izomeraza, ligaza/syntetaza)

              - druga część: nazwa substratu w dopełniaczu liczby pojedynczej (np. hydrolaza acetylocholiny) lub jeżeli w reakcji uczestniczą 2 substraty podaje się nazwy obydwu substratów w mianowniku liczby pojedynczej rozdzielone dwukropkiem (np. oksydoreduktaza alkohol : NAD)

 

Numer międzynarodowej klasyfikacji (EC) składa się z 4 członów oddzielonych kropkami:

q     człon I – oznacza numer klasy, do której należy enzym:             

q     człon II – oznacza podklasę

q     człon III – oznacza pod-podklasę

q     człon IV – oznacza kolejny numer w jego pod-podklasie

Przykład:

EC 2.6.1.1

Nazwa systematyczna:

              aminotransferaza L-asparaginian : 2-oksoglutaran

Nazwa potoczna:

              aminotransferaza asparaginianowa

Katalizowana reakcja:

L-asparaginian + 2-oksoglutaran <-> szczawiooctan + L-glutaminian

 

Oznaczanie enzymów

q     pomiar ilości enzymu – po jego wyizolowaniu z badanego materiału

q     pomiar aktywności enzymu – na podstawie szybkości katalizowanej reakcji uzyskujemy informację o ilości enzymu

 

Szybkość reakcji enzymatycznej (1)

q     nie zawsze jest proporcjonalna do stężenia enzymu

q     pozwala na ocenę aktywności enzymu w warunkach badania

q     jest zmienna – zależy od wielu czynników chemicznych i fizycznych, mogących przyspieszać lub hamować reakcję

q     maleje z czasem wskutek:

              - zwiększenia szybkości reakcji w kierunku przeciwnym w miarę gromadzenia się

produktów

              - hamowania aktywności enzymu przez produkt

              - stopniowej inaktywacji enzymu

 

Szybkość reakcji enzymatycznej (2)

q     odpowiednie stężenie substratu

q     temperatura – stała (25, 30, 37°C)

q     odpowiednio dobrany bufor - stałe, optymalne pH i siła jonowa

q     aktywatory i inhibitory

Szybkość reakcji enzymatycznej (3)

q     wykonujemy pomiary:

              - szybkości początkowej reakcji

              - szybkości w okresie, w którym pozostaje ona niezmieniona - przebiega zgodnie z kinetyką reakcji zerowego rzędu (stosujemy duże stężenia początkowe substratu)

q     stała Michaelisa (KM) = stężenie substratu, przy którym szybkość reakcji enzymatycznej jest równa połowie prędkości maksymalnej (Vmax)

- przy stężeniu substratu równym 10∙KM szybkość reakcji stanowi 90% szybkości maksymalnej

- przy stężeniu substratu równym 0,1∙KM szybkość reakcji stanowi 9% szybkości maksymalnej

Jeżeli stężenie substratu przekracza 100∙KM

q     reakcja staje się reakcją zerowego rzędu

q     szybkość reakcji w dużym zakresie jest proporcjonalna do ilości enzymu

 

Jednostki aktywności enzymów

v     konwencjonalne – ustalane przez autorów metod

v     jednostka aktywności enzymatycznej (katal = kat) – jest to aktywność, która przekształca 1 mol substratów w czasie 1 sekundy (mkat, nkat, pkat)

v     bezwzględna międzynarodowa jednostka standardowa enzymu (U lub IU) – jest to aktywność, która przekształca 1 mmol substratu (lub 1 mmol odpowiednich grup chemicznych) w ciągu 1 minuty, w temperaturze 30°C i w optymalnych warunkach (szczególnie pH i stężenia substratu) (U, mU, kU)

                                         

                                                        1 kat = 6∙107 U             

                                          1 U = 16,67∙10-9 kat = 16,67 nkat

             

v     w przypadku takich substratów jak białko, wielocukier  lub inna substancja, w której więcej niż jedno wiązanie ulega reakcji określenie „1 mmol substratu” zastępuje się wyrażeniem „1 mmol odpowiednich grup” – miarą szybkości reakcji jest liczba rozłożonych wiązań peptydowych czy glikozydowych, a nie liczba całkowicie zhydrolizowanych cząsteczek

v     w przypadku reakcji pomiędzy dwiema identycznymi cząsteczkami za podstawę przyjmuje się nie 1 mmol, a 2 mmol (e) danej substancji

v     aktywność enzymów  w płynach biologicznych wyraża się w ilości jednostek standardowych na 1000 mL płynu

 

SPECYFICZNOŚĆ  ENZYMU

v     absolutna - reakcja wyłącznie z jednym substratem np. glukokinaza

v     duża - możliwa reakcja z kilkoma substratami np. heksokinaza

                            - substraty: D-glukoza, D-fruktoza, D-mannoza,

                                2-deoksy-D-glukoza, D-galaktoza

                            - inhibitory kompetycyjne – inne heksozy, pentozy

                            - dwucukry i alkohole pochodne cukrów – nie hamują i                  nie reagują

v     mała - np. esterazy – hydrolizują estry organiczne do alkoholi i kwasów karboksylowych

v     grupowa – np. fosfatazy – odczepiają grupę fosforanową z większości organicznych estrów fosforanowych (z różną prędkością)

v     stereoizomeryczna – enzymy rozpoznają tylko jeden z możliwych stereoizomerów (np. D-cukry, L-aminokwasy)

 

WARUNKI REAKCJI ENZYMATYCZNEJ (1)

1. STĘŻENIE SUBSTRATU

Kinetyka reakcji enzymatycznej z jednym substratem

v     Krzywa Michaelisa-Menten

v     Wykres Lineweavera-Burka

                           

 

 

Kinetyka reakcji enzymatycznej z dwoma substratami

Mechanizmy:

1) sekwencyjne

v     substraty biorące udział w reakcji muszą być związane z enzymem przed uwolnieniem pierwszego produktu

v     mogą być:

                            - uporządkowane – przyłączanie substratów i

                               odłączanie produktów odbywa się w ściśle

                               określonej kolejności

                            - losowe

2) ping-pong  - jeden lub więcej produktów jest uwalnianych przed przyłączeniem wszystkich substratów

v     Mechanizm sekwencyjny uporządkowany reakcji typu dwa-dwa (bi-bi)              

Przykład: LDH                                         

v     Mechanizm ping-pong w reakcji typu dwa-dwa

              Przykład: AST, ALT

 

Stała Michaelisa

v     10-5-10-3 mol/l

v     Vmax dla reakcji 1- i 2-substratowych przy 100∙KM

              (dla 3-substratowych 1000∙KM) – ograniczenia:...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin