Kataliza enzymatyczna

1. Jak zbudowany jest enzym?

ENZYM - rodzaj białek występujących naturalnie w organizmach żywych, których działanie sprowadza się 
do obniżenia energii aktywacji danych reakcji biochemicznych. Enzymy stanowią największą grupę tzw. 
biokatalizatorów.
Jeżeli enzym jest białkiem złożonym, to składa się z: 
*części białkowej nazywanej apoenzymem
*części niebiałkowej nazywanej koenzymem lub grupą prostetyczną enzymu(trwale) (w zależności od 
rodzaju wiązania łączącego ją z apoenzymem)centrum aktywne.

Enzym (holoenzym) dzieli się na część białkową (apoenzym) i niebiałkową (kofektor), która może być 
trwale (grupa prostetyczna) lub nietrwale (koenzym) powiązana z holoenzymem 

2. Jaki jest mechanizm katalitycznego działania enzymów?

Reakcja katalizowana przez enzym rozpoczyna się od związania substratów przez centrum aktywne i 
powstania przejściowego kompleksu enzym – substrat (E – S). Następnie zachodzi właściwa reakcja 
połączenia cząsteczki substratów w produkt reakcji albo rozłożenie substratu na mniejsze cząsteczki. 
Reakcja kończy się uwolnieniem produktów przez enzym. Cząsteczka enzymu nie zużywa się podczas 
reakcji i po uwolnieniu produktów jest gotowa do przyłączenia nowych substratów. 

3. Co to jest energia aktywacji?

ENERGIA AKTYWACJI – energia, którą muszą mieć cząsteczki, aby były zdolne do określonej reakcji 
chemicznej; energia aktywacji wyraża się zwykle w kilodżulach na mol (kJ/mol) reagujących cząsteczek; im 
mniejsza jest energia aktywacji, tym reakcja zachodzi szybciej.

4. Jak odczyn wpływa na aktywność enzymów?

Do utrzymania aktywności katalitycznej enzymy wymagają odpowiedniego odczynu pH środowiska. Dla 
większości enzymów optymalne jest pH 5,5 – 7,4. Znane są jednak enzymy, które działają najlepiej w 
środowisku kwaśnym (np. pepsyna w pH 1,5 – 2,7) lub zasadowym (trypsyna, chymotrypsyna – pH 8-9).
Środowisko silnie kwaśne i silnie zasadowe z reguły działa na enzymy denaturująco, niszcząc 
nieodwracalnie ich aktywność. Niewielkie zmiany pH nie dezaktywują enzymu, ale obniżają szybkość 
reakcji, ponieważ wpływając na stopień jonizacji enzymu i substratu, zmieniają warunki tworzenia się 
kompleksu enzym – substrat. Dla większości enzymów optymalne jest środowisko obojętne lub słabo 
kwaśne. 

Białkowa struktura enzymów determinuje szereg i podstawowych właściwości oraz uzależnia ich działanie 
od tych samych warunków i czynników, które wpływają na stan fizykochemiczny białek.
*Wartość pH decyduje o stanie jonizacji polarnych grup białka enzymatycznego. Dla każdego enzymu 
istnieje odpowiednia wartość pH (optimum), zapewniająca zarówno najodpowiedniejszy stan jonizacji jego 
cząsteczki jak też optymalne warunki dla przekształceń chemicznych substratu. Im pH jest odleglejsze od 
punktu optymalnego, tym wolniejszy jest przebieg reakcji enzymatycznej. Przy zbyt niskim lub wysokim 
pH dochodzić może do denaturacji białka, czyli zaniku jego właściwości (inaktywacja)

5. Wymień klasy enzymów.

*oksydoreduktazy – katalizujące reakcje utleniania i redukcji
*transferazy – katalizujące reakcje przenoszenia grup funkcyjnych
*hydrolazy – katalizujące reakcje hydrolizy, czyli rozpadu wiązań z udziałem wody

*liazy – katalizujące niehydrolityczne rozrywanie wiązań
*izomerazy – katalizujące reakcje izomeryzacji, czyli przegrupowania wewnątrzcząsteczkowego
* ligazy – katalizujące tworzenie wiązań połączone z hydrolizą ATP;

6. Jakie reakcje katalizują enzymy klasy ...........?

Oksydoreduktazy  enzymy, których funkcja katalityczna polega na odszczepieniu atomów wodoru z 
odpowiedniego donora (związku oddającego H+) i przenoszeniu ich na odpowiedni akceptor (związek 
przyjmujący H+)
Transferazy  enzymy te mają zdolność do przenoszenia pewnych grup atomów (np. grupę metylowa 
CH3,karboksylową, acetylowi i inne)
Hydrolazy  klasa obejmująca enzymy katalizujące procesy hydrolizy wiązań estrowych, eterowych i 
peptydowych. Hydrolityczne rozbijanie tych wiązań zachodzi z równoczesnym dołączeniem elementów 
cząsteczki wody H+ i OH-
Liazy  enzymy rozrywające wiązania: S-C, C-N,  C-O, C-S oraz C-halogen.. w odróżnieniu od hydrolaz w 
procesie rozszczepienia wiązań przez liazy nie biorą udziału cząsteczki wody.
Ligazy  (syntetazy) katalizują wytwarzanie nowych wiązań kowalencyjnych 

7. Co oznacza cząsteczkowość reakcji chemicznej?

CZĄSTECZKOWOŚC REAKCJI – liczba cząsteczek biorących udział w najwolniejszym stadium reakcji. 
Cząsteczkowość i rząd reakcji wyznacza się tylko eksperymentalnie nie można obliczyć ich teoretycznie. 
Przez cząsteczkowość reakcji rozumiemy także ilość cząsteczek substratów biorących udział w reakcji 
elementarnej, ilość cząsteczek, które muszą się spotkać w jednym miejscu i czasie, by reakcja mogła 
nastąpić.

8. Co oznacza praktycznie rzędowość reakcji chemicznej?

RZĘDOWOŚĆ REAKCJI CHEMICZNEJ - suma wykładników potęg, w których występują stężenia 
reagentów w równaniu opisującym szybkość reakcji chemicznej.
Jest to ilość cząsteczek decydująca o szybkości reakcji.

9. Równanie Michaelisa-Menten i jego interpretacja.

Równanie te opisuje szybkość reakcji enzymatycznej V = 

Równanie to pozwala obliczyć kinetyczne parametry reakcji enzymatycznych (Km i Vmax).
Km -> stała Michaellisa odpowiada jakiemu stężeniu substratu [S] przy którym szybkość reakcji V równa 
jest połowie szybkości max w Vmax. Stanowi wartość charakterystyczną dla danego enzymu w 
odpowiednich warunkach pH i temperatury. Określa powinowactwo dla danego enzymu do substratu 
znajdując wartość Km, można tak dopierać stężenia substratu, aby osiągnąć stan nasycenia enzymu 
substratem.
Przy niskich stężeniach substratów reakcja jest pierwszego rzędu, natomiast przy wysokich stężeniach 
substratów reakcja jest rzędu zerowego.

10. Jakie korzyści wynikają z transformacji Lineweavera-Burka i 
    równania Michaelisa-Menten?
     Transformacja LB polega na linearyzacji równania MM i pozwala ona na proste wyznaczenie stałej 

Michaelisa i maksymalnej szybkości reakcji (Vmax) przy określonej ilości enzymu.

Równanie MM opisuje zależność szybkości reakcji od stężenia substratu: 

Postać K

m

 = [S] jest matematycznym zapisem definicji stałej Michaelisa. Analizując równanie Michaelisa-Menten 

można dojść do wniosku, iż przy stałym stężeniu enzymu, szybkość reakcji w pewnych granicach zależy od stęże-
nia substratu, na wykresie zależności szybkości reakcji od stężenia substratu widać że:

•

przy niewielkim stężeniu substratu w stosunku do stężenia enzymu, pojawia się zależność liniowa, między 
stężeniem substratu a szybkością reakcji, ta sytuacja odpowiada reakcji kinetycznej pierwszego rzędu opi-
sywanej równaniem v = k[A]

•

w przypadku dużego stężenia substratu, szybkość reakcji zbliża się do jej maksymalnej wartości i stężenie 
substratu nie ma wpływu na szybkość reakcji, sytuacja ta odpowiada kinetyce zerowego rzędu opisywanej 
równaniem v = k. Tego typu reakcja ma miejsce w przypadku całkowitego wysycenia enzymu substratem.

11. Na czym polega inhibicja kompetycyjna?

INHIBICJA KOMPETECYJNA - sposób hamowania działania enzymu. Cząsteczka będąca inhibitorem ma 
podobną budowę do substratu hamowanego enzymu. Inhibitor wchodzi w centrum aktywne enzymu , 
blokuje centrum aktywne i uniemożliwia łączenie enzymu z substratem.

12. Na czym polega inhibicja niekompetycyjna

INHIBICJA NIEKOMPETECYJNA - mechanizm hamowania aktywności enzymu. Cząsteczka działająca jako 
inhibitor nie wchodzi w centrum aktywne enzymu, ale przyłącza się do innego miejsca na cząsteczce 
enzymu i hamuje jego działanie.

18. Jednostka aktywności enzymatycznej:

     Aktywność   enzymatyczną   mierzy   się   w   jednostkach   enzymatycznych.   Jest   to   taka   ilość   enzymu,   która 
przekształca 1 mikromol substratu w ciągu jednostki czasu w warunkach standardowych (25

0 

C, pH = 7). Mierzy się 

więc ilość enzymów.
 
19. Liczba obrotów:

   Liczba obrotów enzymu – oznacza liczbę cząsteczek substratu przekształconych w produkt reakcji na jednostkę 
czasu, w warunkach pełnego wysycenia enzymu substratem.
   np. liczba obrotów anhydrazy węglanowej wynosi 600000 obrotów na sekundę; dla większości enzymów jest w  
granicach 1 do 10

4

 na sekundę.

     Jeżeli stężenie miejsc aktywnych [ET] jest znane to szybkość maksymalna – V max – ujawnia liczbę obrotów  
enzymu (przy maksymalnym stężeniu enzymu)

                                                 V max = k

2

 [ET]

gdzie: k

2

  – stała katalityczna (wyznacznik aktywności enzymatycznej enzymu) jest liczbą cząsteczek substratu, 

przekształconych   w   reakcji   w   jednostce   czasu   przez   pojedyncze   miejsca   katalityczne   w   warunkach   pełnego 
wysycenia enzymu substratem.
20. Cechy enzymów

a) duża aktywność katalityczna:
- enzymy przyspieszają reakcje chemiczne co najmniej milionkrotnie. Przy braku enzymów większość reakcji w 
układach biologicznych zachodzi tak wolno, że są one nie zauważalne.
b) duża specyficzność działania (są specyficzne dla konkretnego substratu):
- duża specyficzność zarówno pod względem katalizowanej reakcji chemicznej jak i wyboru związków biorących w 
niej   udział,  czyli   substratów.   Jeden  enzym  katalizuje   na   ogół  pojedynczą   reakcję   chemiczną  lub   grupę   ściśle  
pokrewnych reakcji (np. reakcją katalizowaną przez enzymy proteolityczne jest hydroliza wiązania peptydowego)
c) aktywność wielu enzymów podlega regulacji:
-   niektóre   enzymy   są   syntetyzowane   w   formie   nieczynnych   prekursorów,   które   ulegają   aktywacji   dopiero   w  
zgodnym z wymaganiami fizjologicznymi czasie i miejscu;
np. enzym trawienny trypsyna jako czynny pojawia się w jelicie cienkim dopiero w wyniku hydrolizy wiązania  
peptydowego w trypsynogenie, który jako prekursor trypsyny jest syntetyzowany w trzustce.
      Inny   mechanizm   kontroli   aktywności   polega   na   kowalencyjnym   przyłączeniu   małej   grupy   chemicznej   do 
cząsteczki enzymu (modyfikacje kowalencyjne).
d) przekształcają różne rodzaje energii:
- w wielu reakcjach biologicznych energia substancji reagujących jest przekształcana z dużą wydajnością w inną 
formę energii.
np. w fotosyntezie energia świetlna jest zamieniana na energię wiązania chemicznego; w mitochondriach energia 
małych cząsteczek pochodzących z pożywienia jest kumulowana w wiązaniach chemicznych ATP.
Te przekształcanie energii przeprowadzane są przez cząsteczki enzymów.
e) nie mają wpływu na równowagę reakcji:
- enzym jest katalizatorem i nie może zmieniać stanu równowagi reakcji chemicznej (enzym zwiększa w dokładnie  
jednakowym stopniu szybkość reakcji zachodzącej w obu kierunkach).
f) obniżają energię aktywacji katalizowanych reakcji 

–

Aby   rozpocząć   reakcję   potrzebna   jest   energia   aktywacji,   której   potrzeba   mniejszą   ilość   z   użyciem 
katalizatora. Enzymy (jako katalizatory) przyspieszają reakcje przez obniżenie energii aktywacji – enzym 
obniża  barierę aktywacji poprzez stan przejściowy. Stan przejściowy to taki stan substratu, w którym 
podatny jest on na przemiany. Im więcej stanów przejściowych, tym większa możliwość, że reakcja zajdzie.

22. Regulacja aktywności enzymatycznej.

•

regulacja   aktywności   nieczynnych   prekursorów   –   niektóre   enzymy   są   syntetyzowane   w   formie 
nieczynnych prekursorów, które ulegają aktywacji dopiero w zgodnym z wymaganiami fizjologicznymi 
czasie i miejscu

•

modyfikacja kowalencyjna – mechanizm regulacji aktywności polegający na kowalencyjnym przyłączeniu 
małej grupy chemicznej (np. fosforylowej) do cząsteczki enzymu

•

hamowanie   zwrotne   –   enzym   katalizujący   pierwszy   etap   szlaku   biosyntetycznego   jest   inhibowany 
produktem końcowym (np. biosynteza izoleucyny)

•

kontrola fizjologiczna (np. synteza laktozy w gruczole mlecznym)

•

inhibicja – zahamowanie aktywności enzymatycznej przez reakcje związku (substratu) z enzymem

23. Kinetyka reakcji enzymatycznej – stała Michaelisa – Menten:

   Dla wielu enzymów szybkość katalizy zmienia się ze stężeniem substratu. Przy stałym stężeniu enzymu szybkość 
reakcji V prawie liniowo zależy od stężenia substratu [S].
     Przy dużych [S] V jest prawie niezależnie od [S]. Kinetyczne własności niektórych enzymów opisuje  model 
Michaelisa – Menten.
      W   modelu   tym   enzym   (E)   łączy   się   z   substratem   [S]   tworząc   kompleks   enzym   –   substrat   (ES);   reakcję 
charakteryzuje stała szybkość k

1

. Istnieją dwie drogi rozpadu kompleksu ES:

- może on dysocjować do E i S ze stałą szybkością k

2

 lub może tworzyć produkt (P) ze stałą szybkością k

3

                                                                k

1

               k

3

                                                 E + S

 ES  

E + P

                                                                 k

2

   Szybkość (V) tworzenia produktu podaje równanie Michaelisa – Menten: 
                                                                          [S]  
                                                 V = Vmax 
    [S] + K

M

gdzie: 
    V max – szybkość reakcji w warunkach wysycenia enzymu substratu.
    K

M

 – stała Michaelisa, jest stężeniem substratu, przy którym szybkość reakcji

osiąga   połowę   wartości 

maksymalnej.
                                                             k

2

 + k

3

                                                 K

M

 = 

k

1

Znaczenie K

M

:

 - K

M

 oznacza takie stężenie substratu, przy którym połowa miejsc aktywnych jest obsadzona.

 - K

M

 wiąże się ze stałymi szybkości, charakterystycznymi dla poszczególnych etapów katalizy.

24. Centrum aktywne enzymu:

-

miejsce   aktywne   enzymu   to   obszar,   który   wiąże   substraty   oraz   dostarcza   reszt   aminokwasowych, 
biorących bezpośredni udział w tworzeniu i zrywaniu wiązań. (Te reszty nazywa się grupami katalicznymi)

-

miejsce aktywne zajmuje stosunkowo małą część całkowitej objętości cząsteczki enzymu.

-

centrum aktywne jest układem przestrzennym, złożonym z grup chemicznych.

-

specyficzność   wiązania   zależy   od   precyzyjnie   określonego   ułożenia   atomów   w   miejscu   aktywnym. 
Substrat musi mieć odpowiedni kształt, by mógł pasować do miejsca aktywnego (dotyczy to enzymów o 
sztywnej strukturze)                                                                   

Kształt miejsca aktywnego niektórych enzymów może ulegać modyfikacji na skutek związania substratu 
(to tzw. wymuszone dopasowanie).

-

w połączeniach substratów z enzymami w miejscu aktywnym biorą udział stosunkowo słabe siły wiązania.

-

centrum aktywne znajduje się w zagłębieniu powierzchni enzymu.

25. Kompleks enzym – substrat, dowody występowania:

     Tworzenie lub zrywanie wiązań chemicznych w obecności enzymu poprzedzone jest powstaniem kompleksu 
enzym – substrat (ES).
     Substrat ulega związania w miejscu aktywnym enzymu, tworząc kompleks ES, który może się przekształcać, 
tworząc produkt (P) lub dysocjować z powrotem do E i S:
                          

                                                             k

1                       

k

2

                                                E + S               ES             E + P
                                                             k 

-1

 
    Dowody występowania:

-

kompleksy ES obserwowano bezpośrednio, stosując mikroskopię elektronową i rentgenografię.

-

własności fizyczne enzymu (tj. rozpuszczalność lub stabilność termiczna) często ulegają zmianie na skutek 
utworzenia kompleksu ES.

-

w wyniku utworzenia kompleksu ES zmienia się charakterystyka spektralna wielu enzymów.

-

w czasie tworzenia kompleksu ES ujawnia się jego duża stereospecyficzność.

-

kompleks ES można czasem wyizolować w czystej postaci.

-

przy   odpowiednio   dużych   stężeniach   substratu   wszystkie   miejsca   katalityczne   zostają   obsadzone   i 
szybkość   reakcji   osiąga   swoje   maksimum   (dalsze   zwiększenie   stężenia   substratu   nie   powoduje 
zwiększenia szybkości reakcji).

26. Mechanizmy katalizy enzymatycznej.

Mechanizmy katalizy enzymatycznej:

a) mechanizm „klucza i zamka”  - dotyczy enzymów o strukturze sztywnej. Substrat dokładnie pasuje do enzymu, 
musi mieć odpowiedni kształt by mógł związać się z miejscem aktywnym enzymu.
b)  deformacja   geometryczna  –   np.   mechanizm   katalityczny   lizozymu.   Enzym   w   procesie   wiązania   zmusza 
substrat do przyjęcia geometrii stanu przejściowego, odpowiadającej jonowi przejściowemu. (Stan przejściowy  to 
taki   stan   substratu,   w   którym   podatny   jest   on   na   przemiany).   Czynnikami   sprzyjającymi   utworzeniu   jonu 
przejściowego i przyspieszającymi katalizę są: czynnik elektrostatyczny (obecność ujemnie naładowanej grupy 
karboksylowej) i czynnik geometryczny (zmieniona konformacja)
c)  indukowane dopasowanie  – wiązaniu substratu towarzyszą duże zmiany w strukturze samego enzymu. Np. 
mechanizm katalityczny karboksypeptydazy A: sposób wiązania substratu z karboksypeptydazą opracowano na  
podstawie badań struktury kompleksu enzymu i glicylotyrozyny. Oddziaływanie z glicylotyrozyna jest identyczne 
jak z właściwym substratem. Wiązaniu temu towarzyszą zmiany strukturalne w miejscu aktywnym enzymu.
d)deformacja   rozkładu   elektronów  –   w   miejscu   aktywnym   enzymu   znajduje   się   atom   cynku   (w   przypadku 
karboksypeptydazy   A)   i   inne   grupy   chemiczne,   które   indukują   zmiany   w   rozkładzie   elektronów   cząsteczki 
substratu, czyniąc ją bardziej podatną na hydrolizę.

27. Klasy enzymów.

W układach biologicznych reakcje chemiczne rzadko zachodzą przy braku katalizatora. Katalizatorami są 

swoiste białka – enzymy. 
Ze względu na rodzaj katalizowanej reakcji wyróżniamy następujące klasy enzymów:

•

oksydoreduktazy – przeprowadzają reakcje redukcji – utleniania

•

transferazy – katalizują wymianę grup chemicznych między związkami; biorą udział w przenoszeniu grup z 
jednego substratu na inny

•

hydrolazy – przeprowadzają rozkład związków z przyłączeniem cząsteczki wody

•

liazy – powodują rozszczepienie jednego związku chemicznego na dwa lub połączenie dwóch substancji w  
jedną

•

izomerazy  – przenoszenie grup wewnątrz cząsteczki substratu, katalizują przekształcenie substratu w 
jego izomer

•

ligazy – (synteazy) tworzą wiązania między substratami z użyciem ATP

28. Pro–enzymy (zymogeny)

Zymogeny – to enzymatycznie nieczynne (nieaktywne) prekursory enzymów proteolitycznych. Prekursory 

uzyskują pełną aktywność enzymatyczną w wyniku hydrolizy jednego lub kilku wiązań peptydowych, np. włókna 
kalogenu powstają z rozpuszczalnego prekursora prokolagenu.

Nieaktywny prekursor jest syntetyzowany w trzustce. Proces trawienia białek w dwunastnicy wymaga 

równoczesnego   współdziałania   kilku   enzymów   proteolitycznych   –   w   tym   samym   czasie   muszą   więc   ulegać 
aktywacji różne enzymy.

Aktywacja   zymogenów   odgrywa   główna   rolę   w   kontroli   procesów   krzepnięcia   krwi.   Przedwczesna 

aktywacja   zymogenów   może   prowadzić   do   śmierci   (np.   ostre   zapalenie   trzustki   polega   na   przedwczesnej 
aktywacji enzymów trzustki wewnątrz tego narządu).

31.   Witaminy/ witaminy rozpuszczalne w tłuszczach

Witaminy  to związki organiczne o zróżnicowanej budowie chemicznej, których niewielkie ilości wprowadzone 
wraz z pokarmem do organizmu warunkują prawidłowy przebieg procesów życiowych. 

  Nieodzowność   witamin   pochodzi   stad,   ze   wchodzą   one   jako   koenzymy   (aktywne   centrum   enzymu)   w   skład 
niektórych ważnych   enzymów komórkowych. Witaminy nie mogą być trawione. W razie strawienia byłyby dla 
organizmu stracone bezpowrotnie. 

Dobowe   zapotrzebowanie   człowieka   na   witaminy   jest   zróżnicowane.   Brak   witaminy   prowadzi   do   schorzenia 
zwanego awitaminozą, nadmiar także bywa szkodliwy i nosi nazwe hiperwitaminozy.
Rośliny potrafią same syntetyzować witaminy, natomiast zwierzęta i człowiek muszą je otrzymywać w postaci 
gotowej lub jako prowitaminy. Z prekursorów witamin, czyli  prowitamin,  organizm zwierzęcy może wytwarzać 
witaminę A (pod wpływem enzymów jelitowych) i witaminę D (pod wpływem promieni ultrafioletowych).
Witaminy nie podlegają trawieniu-w razie strawienia byłyby dla organizmu stracone bezpowrotnie dlatego są 
bezpośrednio wchłaniane do krwiobiegu przez ścianę jelit. Niektóre, np. z grupy B i K, są syntetyzowane przez  
bakterie żyjące w jelicie cienkim i grubym zwierząt i człowieka. Witaminy, podobnie jak enzymy, nie stanowią 
źródła energii; kwalifikuje się je do biokatalizatorów. Witaminy dzieli się na:

— rozpuszczalne w tłuszczach — witaminy A, D, E, K,
— rozpuszczalne w wodzie — witaminy Bi

1,

 B

2

, B

6

, B

12

, PP, biotyna oraz witamina C.

Witamina  Rola

 

w 

organizmie 

Objawy 
awitaminozy 

Występowani
e 

1 

2 

3 

4 

A 
akseroft
ol 

warunkuje 
normalny   stan 
skóry

 

 

i 

nabłonków,   siat-
kówki       oka, 
prawidłowy 
wzrost;   wzmaga 
odporność  na  za-
każenia ropne 

ślepota 
zmierzchowa (tzw 
kurza   ślepota), 
choroby 
śluzówek, gruczo-
łów     potowych, 
łzowych 
zahamowanie 
wzrostu 

tran,           wątroba, 
mleko,

 

masło 

prowitamina 
(karoten)

 

w 

korzeniach 
marchwi,   liściach 
szpinaku,       owo-
cach,   w   tym 
pomidorów

 

i 

papryki 

D
kalcyfero
l 

prawidłowy 
rozwój

 

kości, 

wchłanianie 
jonów wapnia 

krzywica   tracenie 
zębów   łatwość 
złamań kości 

tran   rybi,   jaja. 
mleko

 

jej 

prowitaminy   w 
drożdżach, 
nowalijkach   i   w 
tkankach 
zwierzęcych 

E 
tokoferol 

prawidłowy 
przebieg   pro-
cesów 
rozmnażania, 
przebieg ciąży 

choroby   gonad 
nieprawidłowy 
rozwój

 

ciąży 

zwyrodnienie 
mięśni 

olej   lniany, sałata, 
kiełki   pszenicy 
wołowina,   jaja, 
mleko, wątroba 

K
filochino
n 

krzepnięcie   krwi, 
utlenianie 
biologiczne 

obniżenie 
krzepliwości krwi 

szpinak,   lucerna, 
kapusta   mięso, 
wątroba 

C
kwas 
askorbin
owy 

aktywator   wielu 
enzymów, 
wzmaga 
odporność   orga-
nizmu, 
uczestniczy   w 
procesach 
utleniania 
biologicznego 

szkorbut   (gnilec), 
trudne   gojenie 
ran.   obniżenie 
odporności   orga-
nizmu 

owoce   porzeczki, 
cytryny, 
pomarańczy 
kapusta       kiszona, 
ogórki,

 

liście 

pietruszki, sałaty 

H
Biotyna 
(należy 
do   grupy 

składnik 
niektórych       en-
zymów;   wpływa 
na   stan   skóry   i 

zapalenie   skóry 
wypadanie 
włosów 

mleko,   wątroba, 
jaja,   marchew, 
maliny, drożdże 

B) 

włosów 

PP
niacyna 
(należy 
do   grupy 
B) 

reguluje   procesy 
biologicznego 
utleniania 

choroby     skóry 
(pelagra), 
przewodu 
pokarmowego, 
nerwowego 

otręby,   drożdże, 
nasiona   fasoli, 
grochu   wątroba, 
nerki, ryby 

B

1 

tianina 
(należy 
do   grupy 
B)

przemiany 
węglowodanów   i 
tłuszczów, 
utlenianie 
biologiczne; 
warunkuje     pra-
widłowy   stan 
tkanki nerwowej 

choroby   układu 
nerwowego, 
serca 
beri   -   beri 
zaburzenia 
metabolizmu     

drożdże, marchew, 
pomi-dory,   jabłka 
mleko,

 

jaja, 

wątroba,   mózg, 
otręby ryżowe 

1 

2 

3 

4 

B

2

rybo/la
wina 
(należy 
do grupy 
B) 

składnik 
enzymów   oddy-
chania   podnosi 
ogólną 
odporność 
organizmu 

choroby   oczu, 
skóry   (łojo-tok, 
zajady) 
zahamowanie 
wzrostu 

drożdże   wątroba, 
nerki,   jaja   jarzyny 
ser biały 

B

6

,

(należy 
do grupy 
B) 

składnik 
enzymów, regulu-
je     przemiany 
aminokwasów 
bierze   udział   w 
procesach 
krwiotwórczych 

anemia   łojotok 
epilepsja 
schorzenia   skóry 
depresja 

kiełki       pszenicy, 
otręby   ryżowe, 
drożdże   mięso, 
wątroba, mleko 

B

12

kobalam
ina 
(należy 
do grupy 
B) 

warunkuje rozwój 
i   dojrzewanie 
erytrocytów 

anemia,   ogólne 
osłabienie 

wątroba,   mleko 
bakterie 
(Streptomyces) 

 

 

32. Kaskady enzymatyczne enzymów ich znaczenie 

 

 -(chyba o to chodzi)

 

 

Pewne enzymy oscyluja (skłaniają się raz w jedna raz w druga strone, wahac się) miedzy stanem aktywnym  

i nieaktywnym. Mogą być one syntetyzowane  w postaci nieaktywnych prekursorów, które zostają aktywowane w 
czasie i miejscu fizjologicznie właściwym. Przykładem tego typu kontroli, zwanej  aktywacją proteolityczną,  są 
enzymy trawienne. Na przykład, trypsynogen syntetyzowany jest w trzustce, a aktywowany w jelicie cienkim do 
formy aktywnej enzymu -   trypsyny - przez rozszczepienie wiązania peptydowego. Ten typ kontroli jest także 
wielokrotnie używany w sekwencji reakcji enzymatycznych prowadzących do krzepnięcia krwi. 
Nieaktywne enzymatycznie prekursory enzymów protolitycznych nazwano zymogenami (proenzymami). 

Wiele   enzymów   jest   syntetyzowanych   w   postaci   nieaktywnych   prekursorów,   które   sa   nastepnie 

aktywowane przez specyficzna hydrolizę jednego lub kilku wiązań peptydowych.

Aktywacja proteolityczna może zachodzić na zewnątrz komórki, ponieważ nie wymaga stałej obecności 

źródła energii (ATP). Aktywacja proteolityczna może zajść tylko jeden raz w życiu cząsteczki enzymu.
W układach  biologicznych  znamy wiele przykładów  enzymów i innych białek  ulegających aktywacji w wyniku 
specyficznej proteolizy. Oto kilka z nich:

1. Enzymy trawienne hydrolizujące białka syntetyzowane są w żołądku i trzustce w postaci zymogenów

                                                Zymogeny żołądka i trzustki:
Miejsce syntezy                         Zymogen                         Aktywny enzym
Żołądek                                             pepsynogen                              pepsyna
Trzustka                                            chymotrypsynogen                   chymotrypsyna
Trzustka                                            trypsynogen                              trypsyna

Trzustka                                            prokarboksypeptydaza              karboksypeptydaza
Trzustka                                            proelastaza                               elastaza

2.   Krzepnięcie krwi zachodzi dzięki kaskadowemu procesowi aktywacji proteolitycznej, który umożliwia szybką i 
wzmocnioną reakcję na uraz.
3.   Niektóre hormony białkowe są syntetyzowane w formie nieaktywnych prekursorów. Między innymi  insulina 
powstaje z proinsuliny w wyniku usunięcia peptydu podczas reakcji proteolitycznej.
4.     Włókna  kolagenu,  białka   występującego   w   skórze   i   kościach,   powstają   z   rozpuszczalnego   prekursora   — 
prokolagenu.
5.  Wiele procesów rozwojowych kontrolowanych jest przez aktywację zymogenów. 
Podczas przeobrażenia kijanki w żabę, w ciągu kilku dni duża ilość kolagenu zostaje usunięta z ogona.  Przemiana 
prokolagenazy  w  kolagenazę,  aktywną   proteazę,   jest   precyzyjnie   zsynchronizowana   z   przebiegiem   procesów 
przeobrażania.  Kokonaza,  enzym mający zasadnicze znaczenie w rozwoju owadów, jest syntetyzowana także w 
postaci nieaktywnego prekursora .

 33.  Aktywacja enzymów proteolitycznych przewodu pokarmowego.

Rozpatrzymy mechanizm aktywacji trzech głównych enzymów trawiennych -  chymotrypsyny, trypsyny 
i pepsyny.

1. Chymotrypsynogen jest aktywowany przez specyficzną hydrolizę jednego wiązania
    peptydowego
Chymotrypsyna jest enzymem trawiennym, który hydrolizuje białka w jelicie cienkim. Jej nieaktywny prekursor, 
chymotrypsynogen,  jest   syntetyzowany   w   trzustce.   Miejscem   syntezy   enzymów   i   zymogenów   są   komórki 
pęcherzykowe trzustki, gdzie są one następnie przechowywane w postaci ziaren w pęcherzykach błonowych.  
Ziarna zymogenu gromadzą się na szczycie komórki pęcherzykowej, skąd na skutek stymulacji hormonalnej lub  
pod wpływem impulsu nerwowego są wydzielane do przewodu prowadzącego do dwunastnicy.
Chymotrypsynogen, będący pojedynczym łańcuchem polipeptydowym złożonym z 245 reszt aminokwasów, jest 
całkowicie pozbawiony aktywności katalitycznej. Zamiana chymotrypsynogenu w pełni aktywny enzym następuje 
w wyniku hydrolitycznego działania trypsyny na wiązanie peptydowe, łączące argininę 15 z leucyną 16. Powstały 
wówczas   aktywny   enzym,   nazywany   chymotrypsyną  π,  oddziałuje   z   innymi   cząsteczkami   chymotrypsyny  π, 
prowadząc do ich przekształcenia w formę stabilną, chymotrypsynę  λ, a to przez usunięcie dwóch dipeptydów. 
Powstałe w ten sposób trzy łańcuchy chymotrypsyny λ są połączone ze sobą dwoma wiązaniami dwusiarczkowymi. 
Ponieważ chymotrypsyna λ jest już w pełni aktywna enzymatycznie, dodatkowe cięcia wiązań peptydowych przy 
przejściu od formy  π  do  λ  są zasadniczo zbyteczne. Cechą procesu aktywacji   chymotrypsynogenu jest fakt, że 
hydroliza jednego, określonego wiązania peptydowego prowadzi do przekształcenia białka z formy katalitycznie 
nieaktywnej w postać w pełni aktywną enzymatycznie.

                                                    

                                               Chymotrypsynogen (nieaktywny)
                                             

                                                              trypsyna
               Chymotrypsyna π (aktywna)

     

      

             chymotrypsyna  

dwa dipeptydy

              Chymotrypsyna λ (aktywna)

                                łańcuch A                 łańcuch B                    łańcuch C

Aktywacja   proteolityczna   chymotrypsygenu.   Trzy   łańcuchy   chymotrypsyny  λ  polaczone   są   dwoma 
międzyłańcuchowymi wiązaniami dwusiarczkowymi ( łancuch A z łańcuchem łańcuch, i B z C).

2. W procesie aktywacji trypsynogenu następuje uporządkowanie rejonu o rozluźnionej strukturze
W   procesie   aktywacji   trypsynogenu,cztery   rozfałdowane   odcinki   polipeptydu,   podlegają   zasadniczej   zmianie 
konformacyjnej.  Odcinki   te,   nazywane   rejonem   aktywacji,   mają   w   zymogenie   całkowicie   rozluźnioną   strukturę,  
natomiast w trypsynie przyjmują konformację wysoce uporządkowaną. Dziura oksyanionu w trypsynogenie jest zbyt 
odległa od histydyny, aby uczestniczyć w tworzeniu tetraedrycznego stanu przejściowego.

 

1                                                                                       245

1          15

16                                                   245

1           13

149         245

16               146

Proces   trawienia   białek   w   dwunastnicy   wymaga   równoczesnego   współdziałania   kilku   enzymów 

proteolitycznych. Zatem różne zymogeny muszą ulegać aktywacji w tym samym czasie. Skoordynowana kontrola 
tych procesów dokonuje się z udziałem trypsyny, która jest wspólnym aktywatorem wszystkich zymogenów trzustki  
— trypsynogenu, chymotrypsynogenu, proelastazy i prokarboksypeptydazy. Jak dochodzi do powstania trypsyny? 
Komórki   wyścielające   dwunastnicę   wytwarzają   enzym  enterokinazę,  która   po   wniknięciu   trypsynogenu   do 
dwunastnicy hydrolizuje jedyne występujące w jego sekwencji wiązanie peptydowe między lizyną i izoleucyną. 
Powstała w ten sposób niewielka ilość trypsyny aktywuje dalsze cząsteczki trypsynogenu i innych zymogenów. 
Zatem powstanie trypsyny z udziałem enterokinazy stanowi zasadniczy etap w procesie aktywacji.

3.  Aktywna pepsyna powstaje w wyniku autokatalitycznej reakcji hydrolizy pepsynogenu, zachodzącej w 
środowisku kwasowym
Pepsyna katalizuje rozkład białek w silnie kwasowym środowisku żołądka (optymalna aktywność w pH 2). Pepsyna 
zawiera w swoim miejscu aktywnym dwie reszty asparaginianu; jedną w postaci niezjonizowanej (COOH), drugą w 
postaci   zjonizowanej   (COO~).   W   części   końca   N   cząsteczki  pepsynogenu  (zymogenu)   znajduje   się   odcinek 
prekursorowy złożony z 44 reszt aminokwasowych, usuwany proteolitycznie podczas tworzenia pepsyny. Proces 
ten, jednoznaczny z aktywacją pepsynogenu, zachodzi spontanicznie poniżej pH 5. Decydujące znaczenie dla jego 
przebiegu ma hydroliza wiązania peptydowego między leucyną 16 i izoleucyną 17, które znajduje się w odcinku 
prekursorowym. Aktywacja jest wewnątrzcząsteczkowa. 

Odcinek prekursorowy jest silnie zasadowy, natomiast pepsyna ma charakter silnie kwasowy.   W cząs -

teczce pepsynogenu miejsce aktywne jest całkowicie uformowane, jednakże w pH neutralnym dostęp do niego 
jest   zablokowany   przez   reszty   aminokwasowe   należące   do   odcinka   prekursorowego   (zasadowego).   Sześć 
łańcuchów   bocznych   lizyny   i   argininy   z   odcinka   prekursorowego   tworzy   wiązania   jonowe   z   karboksylowymi 
łańcuchami   bocznymi   glutaminianu   i   asparaginianu   z   części   cząsteczki   zymogenu   tworzącej   pepsynę.   Co 
najważniejsze, łańcuch boczny lizyny odcinka prekursorowego oddziałuje elektrostatycznie z dwoma resztami 
asparaginianu w miejscu aktywnym.

  Zmniejszenie   pH   powoduje   zerwanie   wiązań   jonowych   między   odcinkiem   prekursorowym   i   częścią 

cząsteczki pepsynogenu, która tworzy pepsynę. Wywołane w ten sposób zmiany konformacyjne prowadzą do 
wyeksponowania miejsca aktywnego, które hydrolizuje wiązanie peptydowe między odcinkiem prekursorowym i 
pozostałą częścią cząsteczki pepsynogenu.

34. Chymotrypsyna

Chymotrypsyna,   jest  enzymem  trawiennym  ssaków.   Funkcja  chymotrypsyny  polega  na  prowadzeniu  hydrolizy 
białek   w   jelicie   cienkim.   Enzym   ten   działa   wybiórczo   na   wiązania   peptydowe   po  karboksylowej   stronie 
aromatycznych łańcuchów bocznych tyrozyny, tryptofanu i fenyloalaniny oraz dużych reszt hydrofobowych, takich  
jak   metionina.  Dodatkowe   znaczenie   chymotrypsyny   wynika   z   jej   przynależności   do   ważnej   rodziny   białek 
nazywanych proteazami serynowymi.
Chymotrypsyna   składa   się   z   trzech   łańcuchów   polipeptydowych   połączonych   dwoma   międzyłańcuchowymi 
wiązaniami   dwusiarczkowymi.   Syntetyzowana   jest   w   formie   pojedynczego   łańcucha   polipeptydowego,   który 
stanowi nieaktywny prekursor nazywany chymotrypsynogenem. 
Ma   ona   strukturę   upakowaną   w   kształcie   elipsy.   Kilka   fragmentów   cząsteczki   chymotrypsyny   przybiera 
konformację antyrównoległej struktury  β  a nieliczne — konformację  λ  helisy. Wszystkie naładowane grupy, z 
wyjątkiem trzech, które pełnią decydującą rolę w katalizie, znajdują się na powierzchni cząsteczki enzymu.

40.

Inhibitory enzymów

Inhibitor - Cząsteczka hamująca działanie enzymu / unieczynnienie enzymu /; enzym przestaje działać w wyniku 
nieodwracalnej reakcji chemicznej związanej z enzymem.
Rodzaje inhibicji:
Inhibicja niekompetycyjna - Mechanizm hamowania aktywności enzymu. Cząsteczka działająca jako inhibitor nie 
wchodzi w centrum aktywne enzymu, ale przyłącza się do innego miejsca na cząsteczce enzymu i hamuje jego  
działanie.
Inhibicja  kompetycyjna  - Sposób   hamowania   działania  enzymu.   Cząsteczka   będąca  inhibitorem  ma   podobną 
budowę do substratu hamowanego enzymu. Inhibitor wchodzi   w centrum aktywne enzymu, blokuje centrum  
aktywne i uniemożliwia łączenie enzymu z substratem.

Inhibicja enzymów może być procesem odwracalnym lub nieodwracalnym.                                               W  inhibicji 

nieodwracalnej inhibitor łączy się kowalencyjnie  z enzymem lub łączy się tak silnie, że jego dysocjacja jest bardzo 
powolna. Enzym przestaje działać poprzez nieodwracalną reakcję chemiczną; np.: działanie gazów paraliżujących 
układ   nerwowy,   polega   na   zatruciu   enzymu   –  acetylocholinoesterazy   –   pełniącego   ważną   rolę   w 
przekazywaniu impulsów nerwowych.

40. Inhibitory enzymów

Inhibitory   enzymów   to   substancje   hamujące   działanie   enzymów.   Enzymy   mogą   ulegać   inhibicji   przez 

specyficzne cząstki. W wyniku inhibicji enzym przestaje działać przez nieodwracalne reakcje chemiczne związku z  
enzymem.
Inhibitory enzymów mogą być:

•

nieodwracalne – inhibitor łączy się kowalencyjnie z enzymem lub tak silnie, że jego dysocjacja jest bardzo 
powolna. 

Inhibitorem nieodwracalnym jest np.diizopropylofluorofosforan.  Związek  ten  reaguje  z seryna  w centrum 
aktywnym enzymu powodując jego unieczynnienie.
Inhibitory denaturujące cząsteczkę białka – np. mocznik, sole metali ciężkich, temperatura
Inhibitory samobójcze – np. penicylina

•

odwracalne  –   charakteryzuje   je   szybkie   osiągnięcie   stanu   równowagi   przez   układ   enzym-inhibitor, 
Inhibitory   te   hamują   aktywność   enzymatyczną,   jednak   po   usunięciu   cząsteczki   hamującej   można 
przywrócić aktywność.

Inhibitory odwracalne dzielimy na:
-

kompetycyjne (konkurencyjne) – cząstka podobna do substratu tworzy kompleks z enzymem, ale nie jest 
przekształcana   do   produktu.   Wiązanie   substratu   i   inhibitora   wzajemnie   się   wykluczają.   Inhibitor 
kompetencyjny zmniejsza szybkość reakcji przez zmniejszenie liczby cząstek enzymu wiążących substrat.

-

niekompetycyjne -  reagują w innym centrum niż centrum aktywne, tak że połączenia enzymu z substratem 
nie mogą mieć miejsca. Inhibitor i substrat mogą jednocześnie wiązać się z cząsteczką enzymu. Działalność 
inhibitora niekompetycyjnego polega na zmniejszeniu liczby obrotów enzymu.

•

allosteryczne  – gdy jedno miejsce aktywne enzymu może oddziaływać na drugie miejsce aktywne tej 
samej cząsteczki enzymu

43. 

INHIBITORY  KOMPETENCYJNE / konkurencyjne / – cząsteczka, która jest podobna do substratu, tworzy 
kompleks  z enzymem, ale nie jest przekształcona do produktu; enzym jest w pełni aktywny.

Inhibicję   odwracalną  charakteryzuje     szybka   dysocjacja   kompleksu   enzym-inhibitor.   Najprostszym 

przykładem i.o. jest i. kompetencyjna, w której enzym może wiązać substrat  (tworząc kompleks ES) lub inhibitor  
(tworząc kompleks EI), ale nie oba na raz (ESI). Inhibitor kompetencyjny podobny jest do substratu i wiąże się w 
miejscu aktywnym enzymu, zapobiegając wiązaniu substratu z tym miejscem. 
Inhibitor   kompetencyjny  zmniejsza   szybkość   katalizy  przez   zmniejszanie   liczby   cząstek   enzymu   wiążących 
substrat. Inhibicję kompetencyjną  można przezwyciężyć przez zwiększanie stężenia substratu.

W inhibicji niekompetencyjnej, która jest także odwracalna, inhibiotor i substrat mogą się jednocześnie wiązać z 
cząsteczką   enzymu.   Oznacza   to,   że   ich   miejsca   wiązania   nie   zachodzą   na   siebie.   Działanie  INHIBITORA 
NIEKOMPETECYJNEGO polega na zmniejszeniu liczby obrotów enzymu, nie na  zmniejszeniu liczby cząsteczek 
enzymu  wiążących  substrat.  Inhibicji  niekompetencyjnej nie  można  przezwyciężyć  przez zwiększenie  stężenia 
substratu

41.

Inhibitory  samobójcze  

/Przykłady inhibitorów samobójczych: Penicylina; Tosylo-l-phenyloalanino-chlorometylo-keton  TPCK /

  Penicylina  hamuje wzrost bakterii, jednak w środowisku hipertonicznym bakterie podatne na działanie 

penicyliny   mogą     rosnąć   w   jej   obecności   –   komórki   w   tym   środowisku   /protoplasty/   pozbawione   są   ścian  
komórkowych. 

Penicylina  przeszkadza   w   syntezie   komórkowych   ścian   bakterii,   blokuje   ostatni   etap   biosyntezy 

bakteryjnych  ścian komórkowych, tzn.

reakcję  tworzenia wiązań poprzecznych między różnymi łańcuchami 

peptydoglikanu 

/Peptydoglikan   to   makrocząsteczka   budująca   ścianę   komórkową,   zbudowana   z     liniowych   łańcuchów 
usieciowanych przez krótkie peptydy/ 

Podczas  formowania ściany komórkowej, reakcja usieciowania  poprzez

wiązania

 

poprzeczne, 

katalizowana   jest   przez  transpeptydazę   glikopeptydową.   Penicylina   hamuje   transpeptydazę 
glikopeptydową;

łatwo   jest   przyjmowana   przez   aktywne   miejsca   transpeptydazy,   następnie   penicylina 

tworzy wiązanie kowalencyjne z seryną w miejscu aktywnym enzymu. Taki penicyloiloenzym już nie działa, a 
transpeptydaza zostaje nieodwracalnie zahamowana

Penicylina jest efektywnym inhibitorem transpept ydaz y, z powodu:

-

silnej   reaktywności   pierścienia,   który   ma   prawdopodobnie   strukturę   podobną   do   struktury   stanu

 

  

przejściowego   normalnego   substratu,   który   w   tym   właśnie   stanie   silnie   oddziałuje     z   enzymem; 
podsumowując: 

dla trasnspeptydazy penicylina jest analogiem stanu przejściowego.

42.

 Inhibitory  allosteryczne  

W 

enzymach   allosterycznych   związanie   substratu   do   jednego   miejsca   aktywnego   może   zmienić   właściwości 
drugiego miejsca aktywnego tej samej cząsteczki enzymu.

tabele 
Pomiary szybkości katalizy przy różnych stężeniach  substratu i inhibitora pozwalają odróżnić i. kompetencyjną od 
niekompetencyjnej

43.

 Rodzaj inhibicji – niekompetencyjna

W przypadku inhibicji niekompetencyjnej rozcieńczenie inhibitora z substratami nie ma znaczenia, bo substrat nie 

konkuruje z inhibitorem, wiąże się w innym miejscu, wielkość cząsteczki nie ulega zmianie.

Efekt reakcji zależy od liczby cząstek enzymów
Stężenie substratu niezależne jest od prędkości 
Inhibitor niekompetencyjny nie wpływa na K

M 

, natomiast zmniejsza  wartość Vmax

80. RODZAJ INHIBICJI – kompetencyjna / rysunek na tej samej zasadzie wg tabeli /

W przypadku inhibicji kompetencyjnej można efekt inhibitorów wyeliminować stosując nadmiar substratu.
Brak wpływu inhibitora kompetencyjnego na Vmax reakcji enzymatycznej

W   obecności   i   przy   braku   inhibitora   kompetencyjnego   Vmax   pozostaje   niezmienione,   natomiast   zwiększeniu 
ulega wartość K

M

44. 

Analogi stanu przejściowego 

Skutecznym rodzajem inhibicji kompetencyjnej jest inhibicja typu analogów stanu przejściowego.

A   B    C   D E

Substancja E nie jest podobna do substancji A albo B / inhibicja I reakcji przemiany A w B /

Enzym  obniża barierę aktywacji poprzez stabilizację substratów w postaci  stanu przejściowego; stabilizuje stany 
przejściowe – im większe stężenie substratów w stanie przejściowym,  tym większe prawdopodobieństwo, że 
reakcja zajdzie.

Związki będące analogami stanów przejściowych są doskonałymi inhibitorami kompetencyjnymi.

Przeciwciała katalityczne – są enzymami – przekształcają substrat w produkt.

Możliwości katalityczne białek wynikają z faktu, że   są one zdolne do wiązania cząsteczki biologicznej i  

stabilizacji jej stanu przejściowego.

Enzymy wykazują aktywność katalityczną w odpowiednim czasie i miejscu.

Reakcja chemiczna, w której z substratu S tworzony jest produkt P przechodzi przez stan przejściowy, 

który ma energię swobodną wyższą niż S i P.

                                                            K

±                                 

V

( substrat )   S           S

±      

    P   ( produkt )

    Stan przejściowy

/ ±  - podwójny znak plus  oznacza termodynamiczną jakość stanu przejściowego /

Stan przejściowy występuje najrzadziej w całym przebiegu reakcji, z powodu swej najwyższej wolnej energii.

Związki przypominające  stan przejściowy katalizowanej reakcji  określano  jako analogi stanu przejściowego i są 
one silnymi inhibitorami enzymów.

Drogą syntezy związków, które przypominają bardziej stan przejściowy niż sam substrat, można otrzymać silne i 
specyficzne   inhibitory   enzymów.   Siła,   z   jaką   analogi   stanu   przejściowego   działają   jako   inhibitory,   jest 
potwierdzeniem katalizy, którą jest selektywne wiązanie stanu przejściowego.

Znaczenie analogów stanu przejściowego:

-

pozwalają one na wgląd  w mechanizmy katalityczne

-

mogą służyć jako silne i specyficzne inhibitory enzymów

-

mogą być użyte jako immunogeny do wytwarzania wielu nowych katalizatorów

65. Enzymy (nukleazy) restrykcyjne.

Enzymy restrykcyjne (restryktazy) występują w komórkach bakteryjnych. Ich obecność w danej bakterii 

ogranicza wzrost pewnych wirusów bakteryjnych, zwanych bakteriofagami. Należą one do grupy endonukleaz, 
które   przecinają   DNA   w   swoistych   sekwencjach   w   obrębie   cząsteczki.   Enzymy   restrykcyjne   stanowią   część 
systemu obronnego bakterii, który chroni je przed atakiem wirusów.

Enzymy   restrykcyjne   umożliwiają   rozcinanie   DNA   w   specyficznych   miejscach.   Restryktazy   rozpoznają 

specyficzne sekwencje i rozcinają DNA pozostawiając w miejscu rozcięcia tępe jego końce. Końce fragmentów 
restrykcyjnych DNA można połączyć za pomocą ligazy, uzyskując w ten sposób nowe zrekombinowane cząsteczki 
DNA.

Enzymy restrykcyjne izoluje się z bakterii, gdzie ich rola polega na ochronie komórki gospodarza przed 

infekcją wirusową. Dotychczas wyizolowano ponad 100 enzymów restrykcyjnych. Ich trójliterowe nazwy pochodzą 
od nazw gatunków bakterii, z których zostały wyizolowane. Pierwsza litera nazwy enzymu pochodzi od pierwszej  
litery nazwy rodzaju bakterii, a następne dwie od nazwy gatunku. Każdy z nich jest oznaczony dodatkowo cyfrą 

rzymską. (np. EcoRI był pierwszym enzymem izolowanym z Escherichia coli).

Fragmenty   DNA   (nazywane  fragmentami   restrykcyjnymi)   powstające   po   rozcięciu   cząsteczki   DNA 

enzymem   restrykcyjnym  można   rozdzielić   metodą  elektroforezy   żelowej.   Elektroforeza   w   żelu 
poliakryloamidowym umożliwia rozdział małych fragmentów; do rozdziału większych fragmentów jest potrzebny 
żel agarozowy. Po elektroforezie, DNA można w żelu uwidocznić przez wybarwienie go bromkiem etydyny, który 
wiąże się z DNA i silnie fluoryzuje, emitując jasnopomarańczowe światło.

Schemat przedstawiający rozmieszczenie miejsc rozcięcia DNA przez różne enzymy restrykcyjne nazywa 

się   mapą   restrykcyjną   danej   cząsteczki   DNA.   Mapy   takie   umożliwiają   porównanie   cząsteczek   DNA   bez 
konieczności określania ich sekwencji nukleotydowych.

Aktywność enzymów w zależności od warunków środowiska.

Chatakterystyczną cechą wszystkich enzymów jest ich specyficzność względem substratu oraz aktywność 
kinetyczna. Przyspieszają reakcje chemiczne poprzez obniżenie energii aktywacji około milionkrotnie przez co 
możliwe jest zachodzenie procesów które w normalnych warunkach byłyby niezauważalne. Wpływają jednak tylko 
na te procesy które są termodynamicznie możliwe przyspieszając osiągniecie równowagi termodynamicznej do 
której jak wiemy dąży każda reakcja. Ogólny schemat reakcji katalizowanej przez enzym wygląda następująco:
                    E+S->ES-> E+P

Zdolność katalityczna enzymu, czyli jego aktywność określa wzrost szybkości reakcji w ścisle określonych 

warunkach. Zwykle oznacza zmianę stężenia produktu lub substratu reakcji w jednostce czasu. Jednostką 
aktywności enzymatycznej w układzie SI jest katal. Odpowiada on aktywności enzymu, przy której jest on zdolny 
przekształcić 1 mol substratu w produkt w czasie 1 sekundy w temperaturze 30C i pozostałych warunkach 
optymalnych. Jednak powszechnie używana jednostką jest międzynarodowa jednostka aktywności enzymu IU. 
Określa ilość enzymu potrzebnego do przekształcenia 1M substratu w produkt w czasie 1 minuty w warunkach 
optymalnych. 

Aktywność enzymów jest ściśle zależna od panujących warunków środowiska w którym zachodzi reakcja. 

Na szybkość reakcji wpływ mają takie czynniki jak:

Temperatura
pH
Siła jonowa
Stężenie substratu
Stężenie enzymu
Obecność aktywatorów
Obecność inhibitorów

Wpływ temperatury na aktywność enzymów.

Jak wiadomo z reguły Van’t Hoffa, podwyższenie temperatury o 10C powoduje dwu lub nawet trzykrotny 

wzrost szybkości większości reakcji chemicznych. Ta sama reguła obowiązuje w przypadku enzymów, jednak tylko 
w granicach temperatury poza którą następuje denaturacja białka i utrata zdolności katalitycznych. W związku z 
tym przy temperaturze 0-30C następuje wyłącznie wzrost aktywności enzymu, zgodnie z regułą Van’t Hoffa. Przy 
dalszym wzroście temperatury szybkość reakcji nadal się zwiększa jednak następuje denaturacja białka enzymu 
poprzez zrywanie wiązań niekowalencyjnych, głównie wodorowych. Następnie denaturacja postępuje tak szybko, 
że enzym traci swoje właściwości katalityczne a szybkość reakcji gwałtownie maleje.

Enzym wykazuje najwyższą aktywność w temperaturze zwanej temperaturą optymalną. Za taką uznaje się 

tą, przy której szybkość reakcji jest najwyższa i jednocześnie nie następuje proces denaturacji. Optimum jest 
różne dla różnych enzymów i zależy od ich pochodzenia. Dla enzymów zwierzęcych jest to temperatura bliska 
temperatury ciała. Dla enzymów pochodzenia roślinnego i bakteryjnego występuje duże zróżnicowanie, nawet do 
90C. Ważny jest również fakt, że dla niskich temperatur, czyli około 0C aktywność enzymów jest niska, 
natomiast wykazują dużą trwałość.

Istnieją enzymy inaktywujące dzialanie wysokiej temperatury, cechuje je wysoka termostabilność. Określa 

się ją jako najwyższą temperaturę, w której nie zachodzi termiczna inaktywacja białka.
Przykład: Polimeraza Taq wykorzystywana w PCR występuje u bakterii żyjących w gorących źródłach a więc 
przystosowana jest do optymalnej pracy w wysokich temperaturach.

Wpływ odczynu środowiska na aktywność enzymów.
Każdy enzym największą aktywność wykazuje przy optymalnym pH. Wówczas szybkość katalizowanej reakcji jest 
najwyższa. Wpływ pH na białka zależy od wielkości zmiany jego wartości optymalnej. Skrajne wartości pH 
wpływaja denaturująco i powodują nieodwracalne zahamowanie ich działania. Niewielkie odchylenia od wartości 
optymalnej obniżają aktywność enzymów, ponieważ  wpływają na stopień jonizacji substratu i enzymu oraz 
zmieniają warunki tworzenia kompleksu enzym-substrat.
(wpływ na stężenie jonów wodorowych na dysocjujące grupy aminowe i karboksylowe występujące w resztach 
aminokwasowych łańcucha peptydowego, a zwłaszcza w bezpośrednim sąsiedztwie centrum aktywnego enzymu. 
Zmiana stopnia dysocjacji tych grup pod wpływem zmiany pH roztworu powoduje zmianę układu ładunków, a tym 
samym struktury trzeciorzędowej białka, co może zmniejszych aktywność enzymu. Z drugiej strony grupy 
funkcyjne centrum aktywnego są w różnym stopniu wysycone protonami, a tylko jedna z form ma największe 
powinowadztwo do substratu.).

Zmiana pH wpływa na stopień uprotonowania grup centrum aktywnego oraz szybkość reakcji.

Optimum pH enzymów jest związane z odczynem środowiska ich naturalnego występowania. Dla 

większości zakres zbliżony jest do odczynu obojętnego lub słabo kwaśnego(6-9). Znamy jednak wiele przykładów 
takich enzymów, których optimum działania występuje w środowisku kwaśnym lub zasadowym. Na przykład 
pepsyna (enzym występujący w żołądku, enzym trawienny) optimum pH ma około2,0, proteinaza kwaśna() 3,5, 
arginaza () 10 a trypsyna() 8-11. Ponadto enzymy mogą mieć tóżne wartości optimum pH dla różnych substratów 
jak na przykład w przypadku pepsyny, która dla syntetycznego peptydu wykazuje optimum pH 2,8.

Wpływ stężenia substratu na aktywność enzymów.

Dla wielu enzymów aktywność katalityczna zmienia się wraz ze zmiana stężenia substratu. Zależność ta 

została opisana przez Michaelisa i Menten..Ich teoria, jako podstawa rozważań kinetycznych zakłada:

konieczność wytwarzania odwracalnego kompleksu enzym-substrat
Kompleks ten może rozpadać się w dwojaki sposób: na enzym i produkt lub enzym i substrat reakcji
Niemożliwa jest reakcja odwrotna, to znaczy przemiana produktu w substrat.

Szybkość reakcji katalizowanej przez enzymy podlegające kinetyce Michaelisa-Menten zależy od stężenia 
substratu. Przy niskim stężeniu substratu szybkość reakcji wzrasta proporcjonalnie do wzrostu jego stężenia. 
Jednak przy wysokim stężeniu substratu enzym ulega wysyceniu w związku z czym dalszy wzrost stężenia 
substratu powoduje tylko niewielkie zwiększenie szybkości reakcji ponieważ wszystkie cząstki enzymu posiadają 
związany substrat. 
Maksymalna szybkość reakcji zostaje osiągnięta przy takim stężeniu substratu, gdy wszystkie centra aktywne są 
wysycone substratem. 
Szybkość reakcji enzymatycznej opisuje równanie Michaelisa-Menten
V=(Vmax x S)/ Km x S
Gdzie: Km – stała Michaelisa, równa takiemu stężeniu substratu [S], przy którym szybkość reakcji V jest połową 
szybkości maksymalnej Vmax i opisywana równaniem:
Km=(k2+k3)/k1
gdzie: k1 – stała szybkosci tworzenia kompleksu enzym-substrat
k2 – stała szybkosci rozpadu kompleksu enzym substrat w kierunku uwolnienia
substratu
k3 – stała szybkosci rozpadu kompleksu enzym-substrat z wytworzeniem produktu
Stała Michaelisa-Menten jest wartością charakterystyczna dla enzymu w określonych wartościach pH i 
temperatury.
Znając wartość Km możemy dobrać tak stężenie substratu aby uzyskać stan nasycenia enzymu.

Wpływ aktywatorów i inhibitorów na aktywność enzymów.

Enzymy moga podlegac zarówno inhibicji, jak i aktywacji przez róne specyficzne czasteczki lub jony. Ma to 

szczególnie istotne znaczenie dla kontroli fizjologicznej ich działania w układach biologicznych. W ten sam sposób 
działa również wiele leków i czynników toksycznych.
Jak już wspomniano, aktywnosc enzymu w organizmie podlega kontroli
fizjologicznej. Niektóre z enzymów sa syntezowane w postaci nieczynnych prekursorów i ulegaja aktywacji w 
pożadanym czasie oraz miejscu, np. enzym trawienny – trypsyna wydzielana jest w trzustce jako trypsynogen, a 
jako czynny enzym pojawia sie w jelicie cienkim dopiero po hydrolizie wiazania peptydowego, która powoduje 
odczepienie krótkiego peptydu i przejscie proenzymy w forme aktywna.
Enzymy moga również podlegac modyfikacji kowalencyjnej. Aktywnosc jest
wówczas regulowana przez przyłaczenie małej grupy chemicznej do czasteczki enzymu, np. w wyniku fosforylacji, 
adenylacji czy rybozylacji.
Wiekszosc enzymów wymaga dla zachowania swojej aktywnosci aktywatorów.
Aktywatorami nazywamy zwiazki niskoczasteczkowe, których obecnosc w miejscu katalizy enzymatycznej 
przyspiesza przebieg reakcji. Aktywatorami enzymów moga byc jony metali (np. Mn2+, Co2+, Zn2+), aniony 
współdziałajace z białkami (np. Cl-), a także związki regulujace potencjał oksydoredukcyjny srodowiska, od których 
zależy budowa centrów aktywnych.
Inhibitory sa substancjami hamujacymi działanie enzymów. Inhibicja czasteczki
enzymu może zachodzic pod wpływem małych czasteczek lub jonów, zarówno
nieodwracalnie jak i odwracalnie.
W inhibicji nieodwracalnej inhibitor wiaże sie kowalencyjnie z enzymem tak silnie, że jego dysocjacja jest bardzo 
powolna (np. działanie gazów paraliżujacych na układ nerwowy). Te inhibitory nazywane sa czesto „truciznami 
enzymów”, ponieważ powoduja chemiczna modyfikacje aminokwasów enzymu. Najczesciej brak jest 
podobienstwa pomiedzy inhibitorem i substratem, ale jeżeli takie podobienstwo wystepuje, wówczas związanie 
substratu przez enzym działa na enzym ochronnie.
W inhibicji odwracalnej szybko osiagany jest układ enzym-inhibitor. Podstawowe
typy odwracalnej inhibicji, to:

 Inhibicja kompetycyjna, kiedy inhibitor jest podobny do substratu i wiae sie

w miejscu aktywnym enzymu, blokujac wiazanie substratu. Wówczas inhibitor
współzawodniczy z enzymem o centrum aktywne. Czesto taki typ inhibicji
wystepuje, gdy produkt reakcji jest podobny do substratu. Wówczas reakcja

enzymatyczna hamowana jest przez produkt (zjawisko sprzężenia zwrotnego).

 Inhibicja niekompetycyjna, kiedy inhibitor wiąże sie z czasteczka enzymu

w innym miejscu niż centrum aktywne enzymu. Wtedy nastepuje zmiana
konformacji enzymu, która pociaga za soba zmiane konformacji centrum
aktywnego. Aktywatory i inhibitory maja szczególne znaczenie dla podniesienia szybkości katalizy prowadzonej 
przez enzymy allosteryczne. W czasteczce takich enzymów poza centrum aktywnym wystepuje również centrum 
regulatorowe, ulokowane najczesciej na innej podjednostce białka. Przyłaczenie do tego centrum efektora (tj. 
aktywatora lub inhibitora) powoduje gwałtowna zmiane szybkosci katalizy. Proces aktywacji badz inhibicji takiego 
enzymu jest procesem odwracalnym. Enzymy takie katalizuja kluczowe reakcje szlaków metabolicznych i nie 
podlegaja kinetyce Michaelisa-Menten.

Kinetyke allosterycznych enzymów opisuje model sigmoidalny. Szybkosc reakcji katalizowana przez enzym 

allosteryczny przed zwiazaniem efektora jest bardzo niska i zmienia sie nieznacznie w zależnosci od steżenia 
substratu. Zwiazanie aktywatora powoduje gwałtowny wzrost szybkosci reakcji, aż do poziomu pełnego 
wysycenia enzymu substratem. Natomiast zwiazanie inhibitora powoduje jeszcze wieksze opóznienie uwalniania 
produktu z kompleksu przejsciowego. Charakterystyczne dla tych enzymów jest wystepowanie zjawiska 
pozytywnej kooperacji, czyli ułatwienie wiazania czasteczek substratu do kolejnych centrów aktywnych wskutek 
zmian konformacyjnych, jakie wywołane zostały w białku poprzez przyłaczenie pierwszej czasteczki substratu.

Wsród czynników, które wpływaja na szybkosc reakcji enzymatycznej należy
dodatkowo wyróżnic grupe inaktywatorów, czyli czynniki, które doprowadzaja do
niespecyficznego i nieodwracalnego hamowania enzymu poprzez jego denaturacje. Należa do nich zarówno 
czynniki chemiczne (np. niektóre rozpuszczalniki organiczne czy steżone roztwory soli metali cieżkich), jak i 
czynniki fizyczne (np. promieniowanie jonizujace lub ultradzwieki).