Enzymy - właściwości, kinetyka

i mechanizm działania.

Koenzymy

Zakład Chemii Ogólnej

Katedra Chemii i Biochemii Klinicznej

Akademia Medyczna im. K. Marcinkowskiego

60-780 Poznań, ul. Grunwaldzka 6

Enzymy

ENZYMY

Klasyfikacja, właściwości, kinetyka

1. Budowa enzymów. Nomenklatura.

2. Klasyfikacja enzymów. Izoenzymy.

3. Koenzymy. Kryteria podziału koenzymów.

4. Charakterystyka centrum aktywnego enzymów oraz modele miejsc

katalitycznych.

5. Kinetyka reakcji enzymatycznych.

6. Rodzaje inhibicji.

7. Grupy enzymów występujące w surowicy krwi.

8. Pomiar aktywności enzymatycznej jako wykładnika stanu fizjologicznego

organizmu.

Enzymy

Cechy enzymów

1. Niemal wszystkie reakcje

biochemiczne są katalizowane
przez enzymy.

2. Swoiste działania enzymów.

3. Prawie wszystkie enzymy są

białkami.

4. Każdy enzym katalizuje

niewielką liczbę reakcji, często
jedną.

Enzymy

Nomenklatura enzymów

System nomenklaturowy podany przez Międzynarodową Unię Biochemiczną (IUB)

na podstawie typu i mechanizmu reakcji

Główne zasady:

1. Reakcje i enzymy je katalizujące tworzą 6 klas, każda z nich ma
podklasy (4-13).

1. Nazwa enzymu zawiera dwie części:

• pierwsza część zakończona –

aza

wskazuje na typ katalizowanej

reakcji,

• druga wskazuje na substrat(y),
• informacja dodatkowa (może być podana w nawiasach).

2. Numer kodu enzymu (

EC

):

• nr pierwszy – klasa
• nr drugi – podklasa
• nr trzeci – pod-podklasa
• nr czwarty – nazwa określonego enzymu.

Enzymy

Przykład:

Heksokinaza EC 2.7.1.1

6-fosfotransferaza ATP:D-heksoza

ATP + D-heksoza → ADP + D-heksozo-6-fosforan

gdzie:

2 – klasa (transferaza)
7 – podklasa (fosfotransferaza, przenoszenie fosforanu)
1 – alkohol jako akceptor fosforanu
1 - oznacza heksokinazę i przeniesienie fosforanu z ATP na

D-glukozę, D-mannozę, D-fruktozę, sorbitol, D-glukozaminę
(grupę –OH przy C-6 heksozy)

Enzymy

Przykład:

Glukokinaza EC 2.7.1.2

6-fosfotransferaza ATP:D-glukoza

ATP + D-glukoza → ADP + D-glukozo-6-fosforan

gdzie:

2 – klasa (transferaza)
7 – podklasa (fosfotransferaza, przenoszenie fosforanu)
1 – alkohol jako akceptor fosforanu
1 - oznacza heksokinazę i przeniesienie fosforanu z ATP

na glukozę (grupę –OH przy C-6 glukozy)

Enzymy

Przykład:

Fruktokinaza EC 2.7.1.4

6-fosfotransferaza ATP:D-fruktoza

ATP + D-fruktoza → ADP + D-fruktozo-6-fosforan

gdzie:

2

–

klasa (transferaza)

7 – podklasa (fosfotransferaza, przenoszenie fosforanu)
1 – alkohol jako akceptor fosforanu
4 - oznacza heksokinazę i przeniesienie fosforanu z ATP na fruktozę

(grupę –OH przy C-6 fruktozy)

Enzymy

Przykład:

Mannokinaza EC 2.7.1.7

6-fosfotransferaza ATP:D-mannoza

ATP + D-mannoza → ADP + D-mannozo-6-fosforan

gdzie:

2 – klasa (transferaza)
7 – podklasa (fosfotransferaza, przenoszenie fosforanu)
1 – alkohol jako akceptor fosforanu
1 - oznacza heksokinazę i przeniesienie fosforanu z ATP na

manozę (grupę –OH przy C-6 mannozy)

Enzymy

KLASYFIKACJA ENZYMÓW

1.

Oksydoreduktazy

- dehydrogenazy
- oksydazy
- reduktazy
- peroksydazy
- katalazy
- oksygenazy
- hydroksylazy

2. Transferazy:

- transaldolazy
- transketolazy
- acylo-, metylo-, glukozylo-
i fosforylotransferazy
- kinazy
- fosfomutazy

Enzymy

3. Hydrolazy

- esterazy
- glukozydazy
- peptydazy
- fosfatazy
- fosfolipazy
- tiolazy
- deaminazy
- rybonukleazy

KLASYFIKACJA ENZYMÓW

Enzymy

4. Liazy

- dekarboksylazy
- aldolazy
- hydratazy
- dehydratazy
- syntazy
- liazy

5. Izomerazy

- racemazy
- epimerazy
- izomerazy
- mutazy (nie wszystkie)

6. Ligazy

- syntetazy
- karboksylazy

KLASYFIKACJA ENZYMÓW

Enzymy

Enzymy

Izoenzymy (izozym)

•

odmiany tego samego enzymu, które różnią się właściwościami

fizycznymi i chemicznymi,

• mają taki sam schemat budowy i aktywność katalityczną,

• różnią się sposobem regulowania aktywności katalitycznej,

• występują w różnych tkankach tego samego organizmu, różnych
typach komórek, subkomórkowych kompartmentach, mają znaczenie
diagnostyczne,

• różne tkanki mogą zawierać różne izoenzymy, a te mogą różnić się
powinowactwem do substratu.

Enzymy

Izoenzymy (izozym)

Przykład:

 surowica człowieka zawiera kilka

izoenzymów dehydrogenazy

mleczanowej (LDH)

, ich wzajemne proporcje zmieniają się znacznie

w stanach chorobowych,

 izoenzymy LDH różnią się strukturą czwartorzędową, składają się
z 4 protomerów 2 typów – H (heart) i M (muscle),

 skład podjednostek:

4H, 3HM, 2H2M, H3M, 4M

Enzymy

Izoenzymy (izozym)

Przykład:

 występuje w 5 odmianach o różnej ruchliwości elektroforetycznej,
właściwościach immunochemicznych, optymalnym stężeniu substratu
i pH, stopniu hamowania przez inibitory, wrażliwością na temperaturę,

 wzrost aktywności LDH w surowicy obserwuje się w zawale mięśnia
sercowego (LDH

1

, migruje najszybciej), w zapaleniu wątroby (LDH

5

,

migruje najwolniej), w białaczkach, nowotworach anemii złośliwej i in.

Enzymy

HOLOENZYM

(pełen układ katalityczny)

• APOENZYM (część białkowa)

• KOENZYM (wymagany dla klas 1, 2, 5, 6)

Enzymy

KOFAKTORY ENZYMÓW

•

JONY METALI:



METALOENZYMY

 AKTYWATORY

• KOENZYMY (czynniki przenoszące określone grupy
funkcyjne):



KOSUBSTRATY

(luźno związane z enzymem)



GRUPY PROSTETYCZNE

(ściśle, kowalencyjnie związane

z enzymem)

Enzymy

1.

K
o
e
n
z
y
m
y

o
k
r
e
ś
l
a
n
e

s
ą

j
a
k
o

t
e
r
m
o
s
t
a
b
i
l
n
e

m
a
ł
o
c
z
ą
s
t
e
-
c
z
k
o
w
e

k
o
m
p
o
n
e
n
t
y

o
r
g
a
n
i
c
z
n
e

w
y
m
a
g
a
n
e

d
o

a
k
t
y
w
n
o
ś
c
i

e
n
z
y
m
ó
w
.

2.

W
i
ę
k
s
z
o
ś
ć

k
o
e
n
z
y
m
ó
w

ł
ą
c
z
y

s
i
ę

z

e
n
z
y
m
e
m

z
a

p
o
m
o
c
ą

w
i
ą
z
a
ń

n
i
e
k
o
w
a
l
e
n
c
y
j
n
y
c
h
.

3.

W
i
ą
z
a
n
i
a
m
i

k
o
w
a
l
e
n
c
y
j
n
y
m
i

w
i
ą
ż
ą

s
i
ę

z

e
n
z
y
m
e
m

k
o
e
n
z
y
m
y

z
w
a
n
e

g
r
u
p
a
m
i

p
r
o
s
t
e
t
y
c
z
n
y
m
i

e
n
z
y
m
u

(
u
s
u
n
i
ę
c
i
e

p
o
w
o
d
u
j
e

u
t
r
a
t
ę

a
k
t
y
w
n
o
ś
c
i

e
n
z
y
m
u
)
.

Enzymy

4. Koenzym może być uważany za drugi substrat, a zmiany

chemiczne zachodzące w substracie (np. w reakcjach
oksydacyjno-redukcyjnych) wymagają koenzymów NAD

+

,

NADP

+

, FAD

+

.

5. Koenzymy działają jako czynniki przenoszące określone

grupy funkcyjne.

Enzymy

Podział wg pochodzenia:

• koenzymy metaboliczne, obejmują większość nukleozydów
trifosforanowych,

np. ATP, UTP, GTP,

• koenzymy wywodzące się z witamin, np. grupy B:

• nikotynamid, ryboflawina, kwas pantotenowy –
w reakcjach biologicznego utleniania i redukcji,

• kwas foliowy i koenzymy kobaminowe –
biorą udział w przemianach reszt jednowęglowych.

Enzymy

Podział w oparciu o przenoszone grupy funkcyjne:

• przenoszące wodór:

NAD

+

, NADP

+

, FMN, FAD, kwas liponowy,

koenzym Q (CoQ),

• inne niż wodór:

fosforany cukrów (UDP-glukoza),
CoA-SH, biotyna, pirofosforan tiaminy (TPP),
fosforan pirydoksalu (PLP), koenzymy folianowe,
koenzymy

kobaminowe (B

12

), kwas liponowy

Enzymy



Enzymy działają jako stereo-

specyficzne katalizatory.

 Większość enzymów wykazuje
absolutna swoistość optyczną
dla części swoich substratów.
Swoistość ta dotyczy części lub
całości cząsteczki.

 Większość substratów łączy się
z enzymami w 3 punktach.

Enzymy

Enzymy wykazują swoistość wyższego rzędu dla typu reakcji, |

które katalizują, np:

-

enzymy lityczne działają na określone ugrupowania chemiczne,

np. glikozydazy na glikozydy, pepsyna i trypsyna na wiązania
peptydowe,
esterazy na estry,

- oksydoreduktazy biorące udział w procesach biosyntezy wykorzystują
jako substrat NADPH jako reduktor, a te działające w procesach
degradacji wykorzystują NAD

+

jako utleniacz