BUDOWA ENZYMÓW.

BUDOWA ENZYMÓW.

OGÓLNE INFORMACJE

OGÓLNE INFORMACJE

O ENZYMACH.

O ENZYMACH.

Rysunek tytułowy w: L. Stryer. 2003. Biochemia.
Rozdział 8

Monika Kurpas

Grupa AUT2

Biotechnologia

ENZYMY JAKO BIAŁKA

ENZYMY JAKO BIAŁKA



duża masa

duża masa

cząsteczkowa

cząsteczkowa



obecność

obecność

łańcuchów

łańcuchów

polipeptydowyc

polipeptydowyc

h

h



skład

skład

aminokwasowy

aminokwasowy

enzymów taki

enzymów taki

sam jak innych

sam jak innych

białek

białek

http://g.pwn.pl/f/img/h/d88i6602.jpg

Struktura trzeciorzędowa
hemoglobiny

ENZYMY JAKO

ENZYMY JAKO

KATALIZATORY

KATALIZATORY



enzymy są katalizatorami, które

enzymy są katalizatorami, które

zmieniają szybkość reakcji, same

zmieniają szybkość reakcji, same

nie ulegając zmianie

nie ulegając zmianie



enzymy są wysoce specyficzne

enzymy są wysoce specyficzne



aktywność enzymów może być

aktywność enzymów może być

regulowana

regulowana

ENZYMY JAKO

ENZYMY JAKO

KATALIZATORY c.d.

KATALIZATORY c.d.

Istotą działania enzymów jest

Istotą działania enzymów jest

katalizowanie reakcji przez

katalizowanie reakcji przez

stabilizację stanów przejściowych,

stabilizację stanów przejściowych,

które na drogach reakcji są

które na drogach reakcji są

stanami o najwyższej energii.

stanami o najwyższej energii.

Wpływ enzymów

Wpływ enzymów

na stan

na stan

przejściowy

przejściowy

reakcji

reakcji

Porównanie

Porównanie

profilu swobodnej

profilu swobodnej

energii reakcji

energii reakcji

niekatalizowanej

niekatalizowanej

(A) i

(A) i

katalizowanej (B)

katalizowanej (B)

przez enzymy

przez enzymy

Rys. 8-7. w: L. Stryer. 2003. Biochemia.

Regulacja aktywności

Regulacja aktywności

katalitycznej enzymów

katalitycznej enzymów



enzym katalizujący pierwszy etap

enzym katalizujący pierwszy etap

szlaku biosyntetycznego jest

szlaku biosyntetycznego jest

zazwyczaj hamowany produktem

zazwyczaj hamowany produktem

końcowym tego szlaku

końcowym tego szlaku



kontrola białek regulacyjnych

kontrola białek regulacyjnych



modyfikacja kowalencyjna

modyfikacja kowalencyjna

INHIBICJA ENZYMÓW

INHIBICJA ENZYMÓW

Inhibicja aktywności

Inhibicja aktywności

enzymatycznej przez specyficzne

enzymatycznej przez specyficzne

małe cząsteczki oraz jony ma

małe cząsteczki oraz jony ma

istotne znaczenie, służąc jako

istotne znaczenie, służąc jako

główny mechanizm kontroli w

główny mechanizm kontroli w

układach biologicznych. Inhibicja

układach biologicznych. Inhibicja

enzymu może być procesem

enzymu może być procesem

odwracalnym lub nieodwracalnym.

odwracalnym lub nieodwracalnym.

Typy inhibicji

Typy inhibicji

odwracalnej

odwracalnej



kompetencyjna

kompetencyjna

- inhibitor jest podobny

- inhibitor jest podobny

do substratu i wiąże się w miejscu

do substratu i wiąże się w miejscu

aktywnym enzymu, zapobiegając

aktywnym enzymu, zapobiegając

wiązaniu substratu z tym miejscem

wiązaniu substratu z tym miejscem



niekompetencyjna

niekompetencyjna

– inhibitor i substrat

– inhibitor i substrat

mogą się równocześnie wiązać z

mogą się równocześnie wiązać z

cząsteczką enzymu. Działanie inhibitora

cząsteczką enzymu. Działanie inhibitora

niekompetencyjnego polega na

niekompetencyjnego polega na

zmniejszeniu liczby obrotów enzymu, nie

zmniejszeniu liczby obrotów enzymu, nie

zaś na zmniejszeniu liczby cząsteczek

zaś na zmniejszeniu liczby cząsteczek

enzymu wiążących substrat

enzymu wiążących substrat

Typy inhibicji

Typy inhibicji

odwracalnej c.d.

odwracalnej c.d.



Inhibitor kompetencyjny (w środku)

Inhibitor kompetencyjny (w środku)

zapobiega wiązaniu substratu

zapobiega wiązaniu substratu



Inhibitor niekompetencyjny (z prawej)

Inhibitor niekompetencyjny (z prawej)

nie zapobiega wiązaniu substratu

nie zapobiega wiązaniu substratu

Rys. 8-19. w: L. Stryer. 2003. Biochemia

MIEJSCE AKTYWNE

MIEJSCE AKTYWNE

Miejsce aktywne enzymu

Miejsce aktywne enzymu

to

to

obszar, który wiąże substraty (i

obszar, który wiąże substraty (i

grupę prostetyczną, jeżeli taka

grupę prostetyczną, jeżeli taka

występuje) oraz dostarcza reszt

występuje) oraz dostarcza reszt

aminokwasowych biorących

aminokwasowych biorących

bezpośredni udział w tworzeniu i

bezpośredni udział w tworzeniu i

zrywaniu wiązań. Te reszty nazywa

zrywaniu wiązań. Te reszty nazywa

się

się

grupami katalitycznymi

grupami katalitycznymi

enzymu

enzymu

.

.

Cechy wspólne miejsc

Cechy wspólne miejsc

aktywnych enzymów

aktywnych enzymów



miejsce aktywne zajmuje stosunkowo małą część

miejsce aktywne zajmuje stosunkowo małą część

całkowitej objętości cząsteczki enzymu

całkowitej objętości cząsteczki enzymu



miejsce aktywne jest układem przestrzennym

miejsce aktywne jest układem przestrzennym

złożonym z grup chemicznych, leżących w

złożonym z grup chemicznych, leżących w

różnych pozycjach liniowej sekwencji

różnych pozycjach liniowej sekwencji

aminokwasów

aminokwasów



w połączeniach substratów z enzymami biorą

w połączeniach substratów z enzymami biorą

udział stosunkowo słabe siły wiązania

udział stosunkowo słabe siły wiązania



miejsca aktywne są zagłębieniami lub

miejsca aktywne są zagłębieniami lub

szczelinami

szczelinami



specyficzność wiązania zależy od precyzyjnie

specyficzność wiązania zależy od precyzyjnie

określonego ułożenia w miejscu aktywnym.

określonego ułożenia w miejscu aktywnym.

Substrat jest wiązany w

Substrat jest wiązany w

miejscu aktywnym przez

miejscu aktywnym przez

liczne słabe siły:

liczne słabe siły:



oddziaływania elektrostatyczne

oddziaływania elektrostatyczne



wiązania wodorowe

wiązania wodorowe



siły van der Waalsa

siły van der Waalsa



oddziaływania hydrofobowe

oddziaływania hydrofobowe



w pewnych przypadkach:

w pewnych przypadkach:

odwracalne wiązania

odwracalne wiązania

kowalencyjne

kowalencyjne

MIEJSCE AKTYWNE

MIEJSCE AKTYWNE

Modele wyjaśniające sposób, w jaki

Modele wyjaśniające sposób, w jaki

enzym wiąże swój substrat:

enzym wiąże swój substrat:



model zamka i klucza (E. Fischer;

model zamka i klucza (E. Fischer;

1984)

1984)



model dopasowania

model dopasowania

indukowanego

indukowanego

(D. E. Koshland, Jr; 1958)

(D. E. Koshland, Jr; 1958)

Model zamka i klucza

Model zamka i klucza

Rys. 8-13. w: L. Stryer. 2003. Biochemia.

Model dopasowania

Model dopasowania

indukowanego

indukowanego

Rys. 8-14. w: L. Stryer. 2003. Biochemia

SPECYFICZNOŚĆ

SPECYFICZNOŚĆ

SUBSTRATOWA

SUBSTRATOWA

O specyficzności substratowej

O specyficzności substratowej

enzymu decydują właściwości i

enzymu decydują właściwości i

przestrzenne ułożenie reszt

przestrzenne ułożenie reszt

aminokwasów tworzących miejsce

aminokwasów tworzących miejsce

aktywne.

aktywne.

KLASYFIKACJA

KLASYFIKACJA

ENZYMÓW

ENZYMÓW

Enzymy dzieli się na sześć głównych

Enzymy dzieli się na sześć głównych

grup, z których każda dzieli się na

grup, z których każda dzieli się na

pewną liczbę podklas, a te z kolei na

pewną liczbę podklas, a te z kolei na

podpodklasy zgodnie z charakterem

podpodklasy zgodnie z charakterem

katalizowanych reakcji. Każdy

katalizowanych reakcji. Każdy

enzym ma charakterystyczny

enzym ma charakterystyczny

numer klasyfikacyjny w systemie

numer klasyfikacyjny w systemie

nazewnictwa enzymów składający

nazewnictwa enzymów składający

się z czterech liczb.

się z czterech liczb.

Międzynarodowa

Międzynarodowa

klasyfikacja enzymów

klasyfikacja enzymów

Tabela 1 w:

B.D. Hames and N.M. Hooper. 1999, 2002. Krótkie wykłady –

B.D. Hames and N.M. Hooper. 1999, 2002. Krótkie wykłady –

biochemia. Rozdział C1.

biochemia. Rozdział C1.

HOLOENZYM,

HOLOENZYM,

APOENZYM I

APOENZYM I

KOFAKTOR

KOFAKTOR

Pewne enzymy, aby funkcjonować,

Pewne enzymy, aby funkcjonować,

wymagają obecności kofaktorów -

wymagają obecności kofaktorów -

małych jednostek niebiałkowych.

małych jednostek niebiałkowych.

Kofaktorami

Kofaktorami

mogą być nieorganiczne

mogą być nieorganiczne

jony lub złożone cząsteczki organiczne,

jony lub złożone cząsteczki organiczne,

nazywane koenzymami.

nazywane koenzymami.

Holoenzym

Holoenzym

jest katalitycznie aktywną

jest katalitycznie aktywną

formą enzymu z jego kofaktorem,

formą enzymu z jego kofaktorem,

natomiast

natomiast

apoenzym

apoenzym

to tylko sama

to tylko sama

jego część białkowa.

jego część białkowa.

KOENZYMY

KOENZYMY

Koenzymy

Koenzymy

są to związki organiczne,

są to związki organiczne,

przeważnie pochodne fosforanowe,

przeważnie pochodne fosforanowe,

luźno związane z białkiem lub tworzące

luźno związane z białkiem lub tworzące

kowalencyjnie dołączoną

kowalencyjnie dołączoną

grupę

grupę

prostetyczną

prostetyczną

. Funkcja koenzymu

. Funkcja koenzymu

wyraża się udziałem w katalizowanej

wyraża się udziałem w katalizowanej

reakcji – przenoszenie pewnych

reakcji – przenoszenie pewnych

określonych atomów, elektronów lub

określonych atomów, elektronów lub

grup chemicznych ze stosownego

grup chemicznych ze stosownego

donatora na odpowiedni akceptor.

donatora na odpowiedni akceptor.

GRUPY PROSTETYCZNE

GRUPY PROSTETYCZNE

Grupami prostetycznymi

Grupami prostetycznymi

mogą

mogą

być: reszta kwasu fosforowego,

być: reszta kwasu fosforowego,

grupy cukrowe, flawiny, związki

grupy cukrowe, flawiny, związki

hemu, nukleotydy lub

hemu, nukleotydy lub

karotenowce. Przeważnie grupa

karotenowce. Przeważnie grupa

prostetyczna ma związek z

prostetyczna ma związek z

czynnością katalityczną.

czynnością katalityczną.

OZNACZANIE

OZNACZANIE

ENZYMÓW

ENZYMÓW

Oznaczanie enzymu polega na pomiarze

Oznaczanie enzymu polega na pomiarze

przemiany substratu w produkt w warunkach

przemiany substratu w produkt w warunkach

obecności kofaktorów i w określonym pH oraz

obecności kofaktorów i w określonym pH oraz

temperaturze, w których enzym jest optymalnie

temperaturze, w których enzym jest optymalnie

aktywny. Używa się dużych stężeń substratu,

aktywny. Używa się dużych stężeń substratu,

przez co początkowa szybkość reakcji jest

przez co początkowa szybkość reakcji jest

proporcjonalna do stężenia enzymu. Mierzy się

proporcjonalna do stężenia enzymu. Mierzy się

albo szybkość powstawania produktu albo

albo szybkość powstawania produktu albo

szybkość zużywania substratu, często posługując

szybkość zużywania substratu, często posługując

się zmianami absorbancji mierzonymi

się zmianami absorbancji mierzonymi

spektrofotometrycznie. Do monitorowanie reakcji

spektrofotometrycznie. Do monitorowanie reakcji

enzymatycznej często używa się zredukowanego

enzymatycznej często używa się zredukowanego

dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADH)

dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADH)

oraz zredukowanego fosforanu dinukleotydu

oraz zredukowanego fosforanu dinukleotydu

nikotynoamidoadeninowego (NADPH), które

nikotynoamidoadeninowego (NADPH), które

absorbują światło przy 340 nm.

absorbują światło przy 340 nm.

POMIAR POŁĄCZONYCH

POMIAR POŁĄCZONYCH

REAKCJI

REAKCJI

ENZYMATYCZNYCH

ENZYMATYCZNYCH

Jeśli ani substrat, ani produkt reakcji

Jeśli ani substrat, ani produkt reakcji

katalizowanej enzymatycznie nie

katalizowanej enzymatycznie nie

absorbuje światła przy dostępnej dla

absorbuje światła przy dostępnej dla

pomiarów długości fali, enzym można

pomiarów długości fali, enzym można

oznaczyć wiążąc reakcję z reakcją

oznaczyć wiążąc reakcję z reakcją

katalizowaną przez inny enzym, w której

katalizowaną przez inny enzym, w której

występują zmiany absorbancji. Ten drugi

występują zmiany absorbancji. Ten drugi

enzym musi być użyty w nadmiarze,

enzym musi być użyty w nadmiarze,

przez co etapem ograniczającym w takim

przez co etapem ograniczającym w takim

połączonym pomiarze jest działanie

połączonym pomiarze jest działanie

pierwszego enzymu.

pierwszego enzymu.

IZOENZYMY

IZOENZYMY

Izoenzymy są różnymi formami

Izoenzymy są różnymi formami

danego enzymu, które katalizują

danego enzymu, które katalizują

tę samą reakcję, ale wykazują

tę samą reakcję, ale wykazują

odmienne właściwości fizyczne

odmienne właściwości fizyczne

lub kinetyczne.

lub kinetyczne.

Bibliografia

Bibliografia



B.D. Hames and N.M. Hooper.

B.D. Hames and N.M. Hooper.

1999, 2002. Krótkie wykłady –

1999, 2002. Krótkie wykłady –

biochemia.

biochemia.



Zespół pod red. Edwarda

Zespół pod red. Edwarda

Szczeklika. 1974. Enzymologia

Szczeklika. 1974. Enzymologia

kliniczna.

kliniczna.



L. Stryer. 2003. Biochemia.

L. Stryer. 2003. Biochemia.