http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

3.Kataliza enzymatyczna

4.Kinetyka reakcji

enzymatycznych

Prof.dr hab. inż.Korneliusz Miksch

   

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

3. Kataliza enzymatyczna

    

1. Swoistość enzymu względem katalizowanej reakcji i

względem substratu (specyficzność reakcji i
specyficzność substratowa)

2. Budowa enzymu

Holoenzym= koenzym + apoenzym

3. Mechanizm działania enzymów

E + S ES E + P

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

3. Kataliza enzymatyczna

    

Reakcja katalizowana przez enzym rozpoczyna się od związania
substratów przez centrum aktywne enzymu i powstania
przejściowego kompleksu enzym-substrat (E-S). Następnie
zachodzi właściwa reakcja: połączenie cząsteczek 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.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

3. Kataliza enzymatyczna

    

ENERGIA AKTYWACJI to energia, którą muszą mieć
cząsteczki (jony, atomy), 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

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

3. Kataliza enzymatyczna

    

Nazewnictwo i klasyfikacja enzymów

Enzymy dawniej poznane mają tradycyjnie używane nazwy
zwyczajowe, np. pepsyna, trypsyna. Często używanym
sposobem tworzenia nazwy enzymu jest dodanie do nazwy
rozkładanego związku końcówki „aza” np.:

-         sacharoza – sacharaza

-         dehydrogenacja (odłączenie H2)  dehydrogenaza
-         dekarboksylacja (odłączenie CO2)  dekarboksylaza

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

3. Kataliza enzymatyczna

    

Klasy enzymów wg klasyfikacji międzynarodowej:

•Klasa 1: oksydoreduktazy- przenoszą ładunki (elektrony i protony) z
cząsteczki substratu na cząsteczkę akceptora: AH

2

+ B → A + BH

2

;

•Klasa 2: transferazy -przenoszą daną grupę funkcyjną z cząsteczki
jednej substancji na cząsteczkę innej substancji: AB + C → A + BC;

•Klasa 3: hydrolazy -powodują rozpad substratu pod wpływem wody
(hydroliza): AB + H

2

O → A + B;

•Klasa 4: liazy -powodują rozpad bez udziału wody: AB → A + B;
•Klasa 5: izomerazy -zmieniają wzajemne położenie grup
chemicznych wewnątrz cząsteczki związku: AB → BA;

•Klasa 6: ligazy (syntetazy) -powodują syntezę różnych cząsteczek;
powstają wiązania chemiczne: A + B → AB;

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

3. Kataliza enzymatyczna

    

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. Kinetyka reakcji enzymatycznych

    

Ilościowo

szybkość reakcji

określa się jako

zmianę molowego stężenia substratu lub

produktu w jednostce czasu.

Jeżeli mamy równanie reakcji chemicznej A

---> B + C + ...., to szybkość reakcji opisuje

równanie:

v = dc

A

/dt = k*c

A

    

lub

v = dc

B

/dt = dc

C

/dt     

gdzie: c

A

, c

B

, c

C

- stężenia molowe

substancji A, B, C,...; t – czas; dc

A

/dt -

ubytek stężenia substaratu w jednostce

czasu;dc

B

/dt, dc

C

/dt - przyrost stężenia

produktów w jednostce czasu; k -

współczynnik proporcjonalności (stała

szybkości).

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. Kinetyka reakcji enzymatycznych

    

Szybkość reakcji jest wprost proporcjonalna

do iloczynu stężeń substratów.

Jeżeli mamy równanie reakcji chemicznej aA +

bB + cC ---> dD, to szybkość reakcji opisuje

równanie;

v = k[A]

a

* [B]

b

* [C]

c

     /7-26/

gdzie: k - stała szybkości reakcji, (a, b, c) -

wykładnik potęgi, do której należy podnieść

stężenie, odpowiednio [A], [B], [C].

W przypadku reakcji gazowych często w

równaniach kinetycznych zamiast stężeń

molowych stosuje się ciśnienia cząstkowe

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. Kinetyka reakcji enzymatycznych

    

Rząd reakcji

Współczynniki potęgowe (a, b, c) przy stężeniach
poszczególnych substratów określają rząd reakcji,
który może być cząstkowy lub sumaryczny.

Cząstkowy rząd reakcji
Jeżeli a = 1, to reakcja jest pierwszego rzędu
względem A; jeżeli a = 2, to reakcja jest drugiego
rzędu względem A itp.
Cząstkowe rzędy reakcji, odpowiadają tylko
współczynnikom stechiometrycznym tych reagentów.

Sumaryczny rząd reakcji
Sumaryczny rząd reakcji chemicznej - jest to suma
wykładników potęgowych w równaniu szybkości
reakcji chemicznej
( rząd reakcji = a + b + c + .....).

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. Kinetyka reakcji enzymatycznych

    

Cząsteczkowość reakcji

Często stosuje się określenie cząsteczkowość reakcji,
którą definiuje liczba cząsteczek biorących udział w
najwolniejszym stadium reakcji.
Cząsteczkowość i rząd reakcji wyznacza się tylko
eksperymentalnie, nie można obliczyć ich teoretycznie.
Sumaryczny rząd reakcji jest przeważnie liczbą
niecałkowitą, co oznacza, że reakcja przebiega przez
etapy pośrednie, z których nawolniejszy decyduje o
sumarycznym rzędzie reakcji.
Na ogół rząd reakcji, jak i cząsteczkowość są z reguły
małymi liczbami nie przekraczającymi wartości 3.
Zagadnienie sprowadza się do tego, że równoczesne
zderzenia większej liczby cząsteczek są mało
prawdopodobne, a na sumaryczną szybkość reakcji
wpływa przede wszystkim najpowolniejszy etap pośredni
bedący przemianą elementarną i dlatego rząd reakcji
jest małą liczbą

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. R

ównanie Michaelisa-Menten    

V=szybkość początkowa (mole/litr); [S]=stężenie substratu(molowe);
Vmax=szybkość maksymalna; Km= stała Michaelisa

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. Kinetyka reakcji enzymatycznych

    

Determination of V

m

and K

m

Linear representation of the the Michaelis-Menten Equation

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. Kinetyka reakcji enzymatycznych

–

typy inhibicji

    

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. Kinetyka reakcji enzymatycznych