Wykład 5

17.03.2010

Inhibicja odwracalna Mozę dzielić się miedzy innymi na :

1. Inhibicję współzawodniczącą (kompetycyjna)

2. Inhibicję niewspółzawodnicząca (niekompetycyjna)

Inhibicja współzawodnicząca

Inhibitor kompetycujny jest podobny pod względem struktury do substratu. Inhibitor współzawodniczący z substratem o centrum aktywne enzymu. Inhibitor taki wiąże się z enzymem w jego centrum aktywnym. Inhibicję tę można cofnąć zwiększając stężenie substratu. Stopień zahamowania reakcji zależy od stosunku stężenia substratu do stężenia inhibitora oraz od powinowactwa enzymu do substratu i do inhibitora. Przykładami takiej inhibicji jest działanie kwasu malonowego jako inhibitora na dehydrogenazę bursztynianową której substratem jest bursztynian.

Inhibicję niewspółzawodnicząca

W tym typie inhibicji inhibitor może wiązać się z enzymem lub tez z kompleksem E-S. Inhibitor wiąże się poza centrum aktywnym, nie ma konkurencji między substratem i inhibitorem, czyli nie można znieść tej samej inhibicji zwiększając stężenie substratu. Stopień zahamowania reakcji zależy głownie od stężenia inhibitora. Inhibicję tę można cofnąć wprowadzając związek wiążący inhibitor , czyli uwalniający enzym od inhibitora. Ten związek musi charakteryzować się wysokim powinowactwem do inhibitora. Przykładem tej inhibicji jest działanie jonów metali ciężkich na większość enzymów.

Inhibicję współzawodniczącą można odróżnić od inhibicji niewspółzawodniczącej stosując wykres Lineweawera-Burka.

AKTYWCJA

Czynniki specyficzne przyspieszające reakcję nazywamy aktywatorami. Dzielą się one na:

1. Niskocząsteczkowe kofaktory w tym głównie jony metali

2. Czynniki regulujące potencjał oksyredukcyjny

3. Czynniki powodujące aktywację proteolityczną (ograniczoną proteolizę)

Ad 1.

Niskocząsteczkowe kofaktory w tym głównie jony metali mogą:

• Wchodzić w skład centrum aktywnego enzymu np. jon molibdenowy a enzym reduktaza azotanowa

• Wiązać apoenzym z koenzymem np. Zn²⁺ i enzymu dehydrogenaza alkoholowa

• Utrwalać wtórną strukturę białka enzymatycznego, np. Ca²⁺ a enzym α-amylaza

• Pośredniczyć w tworzeniu kompleksu enzymu z substratem np. Mg²⁺ a enzym syntetaza glutaminowa.

Ad 2.

Ten sposób aktywacji dotyczy głównie enzymów posiadających grupę SH cysteiny w centrum aktywnym. Takimi związkami które regulują potencjał redox są:

• Kwas askorbinowy

• Zredukowany glutation

• 2-merkaptoetanol

Ad 3.

Wiele enzymów syntezowanych jest w formie proenzymów (zymogenów). Przykłady:

- pepsyna wytwarzana jako pepsynogen

- trypsyna wytwarzana jako trypsynogen

Te formy prekursorowe przechodzą w formy aktywne w wyniku odhydrolizowania pewnych fragmentów (peptydów) od formy prekursorowej. Przykłady:

_H+

Pepsynogen → pepsyna + 5 oligopeptydów

^pepsyna

_enterokinaza

Trypsynogen → trypsyna-Ile + Lys-(Asp)₄-Val

^trypsyna

Większość enzymów funkcjonujących u żywych organizmów posiada nie tylko centrum aktywne ale również dodatkowo centrum alosteryczne. Enzymy te nazywamy enzymami alosterycznymi lub regulatorowymi a zjawisko regulacji ich aktywności nazywamy aleosterią. Enzymy regulatorowe (alosteryczne)najczęściej zbudowane są z kilku podjednostek lecz niektóre z nich mają budowę monomeryczną (jednopodjednostkową). Jeśli enzym jest monomerem wówczas zarówno centrum aktywne jaki i centrum alosteryczne muszą być zlokalizowane w tej samej podjednostce. Enzym o budowie oligometrycznej (kilkupodjednostkowy) centra aktywne posiadają w podjednostce katalitycznej a centrum alosteryczne w podjednostce regulatorowej. Związki przyłączające się do centrum alosterycznego nazywamy efektorami alosterycznymi. Efektory alosteryczne mogą działać jako inhibitory czyli są efektorami alosterycznymi negatywnymi, mogą też dziaalć jako aktywatory wówczas nazywamy je efektorami alosterycznymi pozytywnymi. Działalnie wszystkich efektorów alosterycznych polega na zmianie struktury przestrzennej białka enzymatycznego w tym głównie na zmianie w obrębie centrum aktywnego enzymu. Efektor działający pozytywnie powoduje zmianę w strukturze przestrzennej enzymów, która umożliwia powstanie kompleksu E-S. Efektor działający negatywnie również zmienia strukturę enzymu lecz zmiana ta polega na zniknięciu wcześniej istniejącego centrum aktywnego.

Jednym ze sposobów regulacji aktywności enzymatycznej opartym na efekcie alosterycznym jest tzw. sprzężenie zwrotne gdzie końcowy produkt reakcji lub jeden z produktów pośrednich szlaku metabolicznego działa jako efektor na pierwszy enzym tego szlaku. Jednym z przykładów jest działanie izoleucyny jako końcowego produktu całego szlaku na pierwszy enzym- dehydratazę treoninową. Był to przykład negatywnego efektora natomiast przykład pozytywnego efektora jest działanie acetylo-CoA na pierwszy enzym cyklu Krebsa syntazą cytrynianową. Acetylo-CoA przyłączając się do centrum alosterycznego tego enzymu przyspiesza przemiany całego cyklu Krebsa.

Innym sposobem regulacji aktywności enzymatycznej wykorzystującym efektor alosteryczny jest działanie hormonów. Takie hormony jak np. adrenalina przyłaczają się do receptorów umieszczonych na zewnątrz powierzchni błony komórkowej i aktywuje cyklazę adelynalową, która zlokalizowana jest na wewnętrznej stronie błony naprzeciw receptora. Zaktywowana cyklaza przekształca ATP w cykliczny AMP czyli cAMP. cAMP jest uniwersalnym efektorem alosterycznym wielu enzymów w tym wielu kinaz białkowych . kinazy z kolei aktywują większość enzymów odpowiedzialnych za metabolizm. Stąd też rola hormonów w regulacji aktywności enzymów . Rola ta polega na kaskadowo działającym mechanizmie aktywacji.

SPECYFICZNOŚĆ KATALIZY ENZYMATYCZNEJ

Wyróżniamy dwa rodzaje specyficzności :

1. Specyficzność w stosunku do typu katalizowanej reakcji

2. Specyficzność w stosunku do substratu (specyficzność substratowa )

Ad 1.

Polega on na tym ze dany enzym zdolny jest do przekształcania określonego substratu w jednym kierunku, czyli że dany enzym katalizuje tylko jedną z termodynamicznie możliwych reakcji jakim może podlegać substrat wchodzący z nim w kompleks. Jeśli substrat przekształcany jest w różnych kierunkach wówczas każda z tych reakcji katalizowana jest przez inny enzym.

Ad 2.

Polega ona na zdolności enzymu do wyboru odpowiedniego substratu z którym może tworzyć E-S. Wyróżnia się:

• Specyficzność substratową absolutną np. uraza która rozkłada tylko mocznik. Tylko jeden związek może tworzyć substrat

• Specyficzność grupowa. Grupa podobnych do siebie pod względem struktury związków może stanowić substrat dla określonego enzymu np. heksokinaza wykorzystuje 6-węglowe cukry.

• Specyficzność stechiometryczna:

• Specyficzność do substratu szeregu L lub D np. syntetaza glutaminy wykorzystuje jako substrat wyłączenia L-glutaminian

• Specyficzność w stosunku do izomerów cis - trans hydroliza jabczanowa przyłącza H₂O do furamanu (do formy trans) a zupełnie inna ma aktywność w obecności malenianu (cis)

• Specyficzność w stosunku do konfiguracji α lub ß danego związku lub wiązań oglikozydowych np. α-amylaza rozkłada wyłącznie wiązania α-1,4-glikozydowe w cząsteczce skrobi.

JEDNOSTKI AKTYWNOŚCI

Wyróżnia się wiele różnych jednostek ale najważniejsze to:

1. Międzynarodowa jednostka uniwersalna (standardowa) to taka ilość enzymów która przekształca 1μmol substratu w ciągu 1 minuty w temperaturze 30^◦C przy optymalnym pH i nadmiarze substratu.

2. Katal jest to taka ilość enzymu która przekształca 1mol substratu w ciągu 1s w temperaturze 30^◦C przy optymalnym pH i nadmiarze substratu.

3. Aktywność właściwa jest to ilość jednostek uniwersalnych lub katali przeliczona na 1 mg białka. Stosuje się głównie przy oczyszczaniu enzymów i przy różnych badaniach porównawczych.

4. Liczba obrotów enzymu, która mówi o ilości moli substratu przekształconych przez 1mol enzymu w ciągu 1 minuty 30^◦C przy optymalnym pH .

---