Enzymy

Katalizator obniża

energię aktywacji

reakcji chemicznej,

przez co zwiększa jej

szybkość.

Katalizatorami w układach biologicznych

są enzymy

Większość enzymów

to białka

Oraz kilka znanych

fragmentów RNA

Enzymy są bardzo specyficzne i charakteryzują się

dużą siłą katalityczną

Anhydraza węglanowa katalizuje reakcję:

Dzięki temu dwutlenek węgla może być skutecznie wiązany w
komórkach oraz uwalniany w płucach.

Anhydraza węglanowa jest jednym z najszybszych znanych
enzymów.

Każda cząsteczka enzymu może uwodnić 100.000 cząsteczek CO

2

w czasie jednej sekundy.

A + B

C + D

k

A + B + enzym

C + D

k

1

2

1

k

>>

k

2

Enzymy

NIE

zmieniają równowagi reakcji,

lecz służą jako katalizatory

zmniejszające energie aktywacji reakcji chemicznych.

C + D

A + B

A + B + enzym

C + D

Stan równowagi nie

zmienia się

Pierwszym etapem katalizy jest tworzenie

kompleksu enzym-substrat.

Substraty są związane z
enzymem w miejscu aktywnym
umieszczonym w szczelinie, w
której po związaniu substratu,
woda jest w zasadzie nieobecna.

S + E

ES

Model klucza i zamka

Emil Fischer

1890

Centrum aktywne - obejmuje małą część cząsteczki

- jest układem przestrzennym
- jest specyficzne, zależy od ułożenia atomów
- wiązanie S z E odbywa się przez słabe siły

Reakcja enzymatyczna zachodzi w centrum aktywnym

Model wymuszonego dopasowywania

Daniel E. Koshland 1958

Specyficzność oddziaływań enzymu z
substratem zdeterminowana jest głównie
wiązaniami

wodorowymi,

które

są

ukierunkowane, oraz kształtem miejsca
aktywnego, które nie dopuszcza cząsteczek
o

niedostatecznie

komplementarnym

kształcie.

Rozpoznanie substratów przez enzymy jest
procesem dynamicznym, któremu
towarzysza

konformacyjne

zmiany

w

miejscach aktywnych.

OKSYDOREDUKTAZY

- należą tutaj enzymy katalizujące reakcje oksydo-

redukcyjne, przemiany związane z przeniesieniem elektronów i tlenu; przenoszą
protony i elektrony z substratu na koenzymy lub odwrotnie, czasem na tlen.
Reduktazy - katalizują przeniesienie protonów i elektronów. Oksydazy - to
enzymy, które aktywują tlen cząsteczkowy. Oksygenazy i hydroksylazy -
katalizują przyłączanie tlenu do związku organicznego z przeniesieniem protonów i
elektronów, a peroksydazy działają utleniająco na związki organiczne w
obecności H

2

O

2

.

TRANSFERAZY

- enzymy te katalizują reakcje przenoszenia grup pomiędzy

poszczególnymi związkami i to zwykle z udziałem specjalnych koenzymów.
Przedstawiciele: aminotransferazy, glikozylotransferazy,kinazy.

HYDROLAZY

- enzymy tej klasy katalizują reakcje hydrolizy, czyli rozkładu wiązań

z udziałem cząsteczki wody. Ważniejsze gr. to esterazy, glikozydazy,
peptydazy, amidazy.

LIAZY

- enzymy, które odwracalnie lub nieodwracalnie katalizują odłączenie grup

od substratu, bez udziału wody.

IZOMERAZY

- tu należą enzymy katalizujące takie reakcje izomeryzacji jak:

racemizacja, epimeryzacja, izomeryzacja.

LIGAZY

- enzymy katalizujące wytwarzanie wiązań między 2- cząsteczkami co jest

związane z reakcją rozpadu bogatego w energię związku makroergicznego np. z
udziałem ATP.
W przemianach katabolicznych cukrów biorą udział enzymy katalizujące rozkład
wiązań glikozydowych.

Typy enzymów

Model Michaelisa-Menten tłumaczy właściwości kinetyczne pewnych enzymów.

W modelu tym enzym

(E)

łączy sie z substratem

(S)

tworząc kompleks enzym-

substrat

(ES)

,

który może sie przekształcać, tworząc produkt (P) lub dysocjować z

powrotem do E i S.

Model Michaelisa-Menten

Szybkość

V

tworzenia produktu jest określona przez równanie Michaelisa-

Menten

V

max

- szybkość reakcji w warunkach całkowitego wysycenia enzymu substratem,

K

M

stała Michaelisa - stężenie substratu, w którym szybkość osiąga połowę wartości

maksymalnej. K

M

jest równe takiemu stężeniu substratu, dla którego szybkość

reakcji
osiąga polowe swojej wartości maksymalnej.

Szybkość maksymalna, V

max

, jest równa iloczynowi k

3

i całkowitego stężenia

enzymu.

Stała kinetyczna k

3

, nazywana liczba obrotów enzymu, jest liczba cząsteczek

substratu przekształconych w produkt reakcji w jednostce czasu przez pojedyncze
miejsce katalityczne w warunkach pełnego wysycenia enzymu substratem, Dla
większości enzymów liczba obrotów leży w granicach od 1 do 10

4

na sekundę.

8. Właściwości kinetyczne wielu E opisuje model Michaelisa -
Menten

Szybkość maksymalną reakcji V i stałą Michaelisa K

M

wyznacza się przy użyciu

metod przekształcających równanie Michaelisa-Menten z zależności hiperbolicznej
w prostoliniową.

Najczęściej stosowana jest metoda Lineweavera-Burke'a, gdzie zastosowano
odwrotność równania podstawowego

Enzymy mogą ulęgać inhibicji przez specyficzne małe cząsteczki lub jony.

W

inhibicji nieodwracalnej

inhibitor łączy sie kowalencyjnie z enzymem

lub

wiąże z nim tak silnie, ze jego dysocjacja jest bardzo powolna.

Inhibicję odwracalną

charakteryzuje szybko ustalający sie stan

równowagi między enzymem a inhibitorem.

Inhibitor kompetycyjny (konkurencyjny, współzawodniczący)

zapobiega wiązaniu sie substratu z miejscem aktywnym. Zmniejsza on

szybkość reakcji przez zmniejszenie liczby cząsteczek enzymu

związanych z substratem.

W

inhibicji niekompetycyjnej (niekonkurencyjnej

,niewspółzawodniczącej )

inhibitor zmniejsza liczbę obrotów enzymu.

Inhibicje kompetycyjna można odróżnić od niekompetycyjnej

stwierdzając, czy zwiększenie stężenia substratu znosi efekt inhibicji.

Inhibicja niekonkurencyjna

E

+

S

E

S

E

+

P

E

+

S

E

S

E

I

E

+

P

I

+

E

+

S

E

S

E

I

I

E

S

E

+

P

I

+

I

+

E

+

S

E

S

E

I

I

E

S

E

+

P

I

+

I

+

Inaktywacja

chymotrypsyny
diizopropylofluorofosforan
em (DIPF)

Inaktywacja

amidem kwasu

jodooctowego

9. Enzymy mogą ulegać procesom inhibicji (głównie kontroli biologicznej)

nieodwracalna i odwracalna

Odwracalna:

Inhibicja konkurencyjna

Cechą charakterystyczna inhibicji
kompetycyjnej jest możliwość jej
cofnięcia przez dostatecznie duże
stężenie substratu.

Substrat i inhibitor współzawodniczą
o to samo miejsce. Przy odpowiednio
dużym stężeniu substratu praktycznie
wszystkie miejsca są obsadzone
substratem i enzym jest w pełni
aktywny.

Inhibicja konkurencyjna

Inhibicja konkurencyjna

Inhibitor konkurencyjny

wykazuje strukturalne podobieństwo do

normalnego substratu danego enzymu, przez co współzawodniczy w
wiązaniu się z miejscem aktywnym enzymu. Inhibitor kompetencyjny
wiąże się z miejscem aktywnym enzymu odwracalnie.

Odwracalna:

Inhibicja niekonkurencyjna

Inhibitor niekonkurencyjny

wiąże się odwracalnie w innym miejscu

enzymu niż jego miejsce aktywne i wywołuje taką zmianę przestrzenną
struktury enzymu, która zmniejsza jego aktywność katalityczną (

inhibicja

allosteryczna

).

Inhibicji niekompetycyjnej

nie da sie przezwyciężyć

przez zwiększenie stężenia

substratu.

Enzymów allosterycznych nie obowiązuje kinetyka

Michaelisa-Menten

Inhibitor allosteryczny

przesuwa równowagę R T

w kierunku T

,

aktywator allosteryczny natomisat -

w kierunku R

.

Zarazem allosteryczny aktywator zwiększa zdolność wiązania substratu do
enzymu, natomiast allosteryczny inhibitor zdolność te zmniejsza.

Allosteryczna kontrola enzymów