ENZYMY

Kinetyka reakcji

enzymatycznych

• Komórka potrzebuje osobnego

katalizatora do prawie każdej reakcji
jaka w niej zachodzi. Liczba enzymów
jest więc ogromna.

• „Jakąkolwiek reakcję wymyśli chemik

organik, to w świecie ożywionym na
pewno już istnieje enzym który ją
katalizuje” – czy to na pewno
paradoks?

Przykłady zastosowania reakcji

enzymatycznych w przemyśle

• Przemysł spożywczy – prod. alkoholi,

jogurtów, serów

• Przemysł farmaceutyczny – prod.

penicyliny, hydrokortyzonu, insuliny,
witamin A, B

2

, B

12

• Ochrona środowiska – biologiczne

oczyszczalnie ścieków

• Otrzymywanie białka z ropy naftowej
• Wzbogacanie rud uranu

Co odróżnia enzymy od

„zwykłych” katalizatorów ?

• Efektywność – enzymy mogą przyspieszać niektóre reakcje nawet 10

9

raza

• Selektywność – komórka potrzebuje osobnego katalizatora do każdej reakcji

jaka w niej zachodzi

• Stereospecyficzność – np. dehydrogenaza mleczanowa katalizuje reakcję

utleniania prawoskrętnego izomeru kwasu mlekowego do kwasu pirogronowego,

a jest zupełnie nieaktywna w stosunku do izomeru lewoskrętnego tego substratu.

2(H)

CH

3

COOH

CO

+

CH

3

COOH

CH(OH)

Co odróżnia enzymy od

„zwykłych” katalizatorów ? cd.

• Specyficzna wrażliwość na zmiany temperatury.

Większość enzymów dobrze działa w przedziale

temperatur 35 – 40

O

C.

• Ogromna wrażliwość na zmiany pH

pH

100%

7.0 8.0

Zależność szybkości reakcji

enzymatycznej od stężenia

substratu

• Krzywa Michaelisa – Menten

C

substr

V

V

max

1/2 V

max

K

max

Równanie opisujące krzywą Michaelisa

]

[

]

[

S

K

S

V

V

Max

Max







Max

Max

Max

V

S

V

K

V

1

]

[

1







tg  =

K

Max

V

Max

1/V

1/[S]

1/V

Max



Mechanizm reakcji

enzymatycznej

Produkty

Kompleks

Kompleks

Enzym

Substrat







Istota reakcji enzymatycznej

• Budowa centrum aktywnego – komplementarność kształtu i

rozkładu ładunków substratu i centrum aktywnego jako
warunek działania (analogia zamek-klucz)

W jaki sposób enzym zwiększa

reaktywność substratu?

• W czasie tworzenia kompleksu cząsteczka

substratu może zostać rozciągnięta lub
zniekształcona, co ułatwia jej rozbicie.

• Dzięki precyzji kontaktu jaki substrat tworzy

z enzymem, cząsteczka może znaleźć się
trwale w korzystnej orientacji do
oddziaływania z inną.

• Efektem działania enzymu może być także

zwiększenie zagęszczenia cząsteczek
substratu w ograniczonym obszarze, co
zwiększa prawdopodobieństwo zajścia reakcji

Inhibitory enzymatyczne (1)

Niezwykła precyzja budowy centrum

aktywnego enzymu oznacza że
jakakolwiek zmiana kształtu cząsteczki w
tym miejscu przeszkodzi w utworzeniu
się kompleksu z substratem.

• Enzymy, których działanie opiera się na szczególnym

rozkładzie ładunków są łatwo hamowane przy zmianie pH.

• enzymy z grupami tiolowymi są hamowane przez jony

metali wykazujących powinowactwo do siarki np. Hg(II),
Pb(II)

• enzymy, których aktywność zależy od określonego jonu

metalu będą unieczynniane po zamianie tego jonu na
inny.

Inhibitory enzymatyczne (2).

• Inny mechanizm inhibicji wynika z tego że

również cząsteczka substratu musi dokładnie

pasować do centrum enzymu.

• Jeżeli jakaś cząsteczka istotnie różni się od substratu to

nie pasuje ona do centrum aktywnego i nie blokuje

enzymu.

• Jeżeli cząsteczka jest podobna do cząsteczki substratu,

to może ona wcisnąć się do luki strukturalnej enzymu

ale nie być wystarczająco podobna aby przereagować.

Klinuje się ona wtedy w centrum i blokuje enzym.

(analogia zamek – klucz

)

• Istnieją także inhibitory nie mające

powinowactwa do centrum aktywnego.

Wiążą się one z enzymem gdy utworzył on już kompleks

z substratem uniemożliwiając zajście reakcji

–

inhibitory

niekompetytywne.

Inhibitory enzymatyczne (3)

• Inhibicja może być odwracalna i

nieodwracalna.

W tym ostatnim przypadku mówi się o

zatruciu enzymu.

• Termin

zatrucie

nie jest tylko metaforą. Większość trucizn

to substancje blokujące określone enzymy.

• Np. sarin blokuje enzym zwany esterazą cholinową, której zdaniem jest

powstającej w organizmie silnie toksycznej acetylocholiny.

Zablokowanie enzymu powoduje zatrucie organizmu nierozłożoną

acetylocholiną

Enzymy allosteryczne

• Posiadają więcej niż jedno miejsce aktywne w

stosunku do tego samego substratu. Przyłączenie
substratu w jednym miejscu ułatwia przyłączenie w
kolejnych. (Istnieje również inhibicja allosteryczna).

Csubstr

V

Allosteria (1)

• Schemat J. Monoda, J. Wymana i J.P.Changeaux

Z

Z

Z

Z

N

N

Allosteria (2)

• Model D. Koshlanda

Podział enzymów

• Oksyreduktazy – katalizują reakcje utleniania i redukcji

• Transferazy – katalizują reakcje typu A-B + C = A + B-C

• Hydrolazy – katalizują reakcje hydrolizy i reakcje do

nich przeciwne

• Liazy – katalizują reakcje rozkladu nie polegające na

hydrolizie

• Izomerazy – przyspieszają reakcje izomeryzacji

substratu

• Ligazy – uczestniczą w tworzeniu większych cząsteczek

z ich prekursorów

Enzymy zawierające jony metali

• Enzymy z mocno związanym jonem metalu

log K > 8. Dają się wydzielić w stanie
czystym. Stanowią część grupy
prostetycznej -

metaloenzymy

• Enzymy ze słabo związanym jonem metalu

log K < 8. Podczas prób wydzielania tracą
zwykle jon metalu. Są koenzymami lub
stanowią część kenzymu –

enzymy

aktywowane jonami metali