Rola metali

Jony metali odgrywają rolę

katalityczną i

strukturalną.

Enzymy możemy podzielić na:

1. Metaloenzymy - ponad 25% enzymów zawiera silnie

związany jon

metalu niezbędny do ich pełnej aktywności.

2. Enzymy aktywowane przez metal - wiążą metal

słabiej.

Aktywatorami są przeważnie jony metali
dwuwartościowych, np.

enzymy przekształcające ATP wymagają z reguły

obecności jonów Mg

2+

(fosforylazy, fosfohydrolazy),

jony wapnia Ca

2+

aktywują lipazy i trypsynę,

jony manganu Mn

2+

aktywują arginazę,

jony Zn

2+

i Co

2+

aktywują karboksylazy.

Enzymy działające poza komórką wymagają przeważnie
dla swojej

aktywności jonów wapnia np. enzymy krzepnięcia krwi.

Przez usuwanie jonów Ca

2+

z krwi (przez dodanie

cytrynianu,

szczawianu, wersenianu lub fluorku) można zahamować
proces

krzepnięcia krwi, co znalazło szerokie zastosowanie.

Z metali jednowartościowych do najważniejszych należą
K

+

i Na

+

np.:

K

+

- aktywuje acetylotransferazę cholinową.

Aktywatorami mogą być również aniony np.:

amylaza wymaga obecności Cl



,

SO

4

2

- aktywują sporadycznie peptydazy,

inne to Br

-

i NO

3

-

.

Metale - ułatwiają połączenie enzymu z substratem.

Mechanizm i rola metalu w działaniu enzymu:

ułatwia wytwarzanie związku pośredniego

przyłączając się

z jednej strony do apoenzymu a z drugiej do

substratu,

może sam uczestniczyć w reakcji np. w
przenoszeniu elektronów zachodzącym w
procesach oksydo-redukcyjnych
(układcytochromowy w łańcuchu oddechowym),

może stabilizować strukturę II, III i IV rzędową
białka enzymatycznego, np. α-amylaza zawierająca
wapń,

ułatwia wiązanie apoenzymu z koenzymem.

Dla kompleksów trójskładnikowych utworzonych między
miejscem aktywnym enzymu E, jonem metalu M i
substratem S możliwe są cztery schematy:

(1) Me—E—S - kompleks przez mostek enzymowy (liaza
cytrynianowa, syntetaza glutaminianowa, hydroksylaza
dopaminy).

(2,3) E—Me—S - prosty kompleks z mostkiem
metalowym lub cykliczny kompleks z mostkiem
utworzonym przez metal (kinaza pirogronianowa,
karboksylaza pirogronianowa, aldolaza, polimeraza DNA
i enolaza).

(4) E—S—Me - kompleks przez mostek substratowy
(kinaza kreatynowa, kinaza adenylanowa, kinaza
argininowa, kinaza 3-fosfoglicerynianowa).

HAMOWANIE ALLOSTERYCZNE.

ENZYMY ALLOSTERYCZNE
Posiadają dwa centra:
katalityczne i allosteryczne usytuowane
niezależnie.
Najczęściej mają budowę tetrameryczną.
Noszą nazwę enzymów regulatorowych często bowiem
od ich
aktywności zależy szybkość tworzenia się końcowego
produktu ciągu
przemian.
Katalizują zazwyczaj jedną z pierwszych reakcji danego
ciągu
reakcji.

Efektory allosteryczne mogą być dodatnie lub ujemne w

zależności od

ich działania aktywującego lub hamującego.
Efektorem enzymów może być substrat lub związek nie

będący substratem.

W zależności od rodzaju efektora enzymy allosteryczne

dzielimy na:

1. Homotropowe - cząsteczka substratu jest

jednocześnie efektorem.

Substrat łączy się z centrum katalitycznym i

allosterycznym enzymu.

2. Heterotropowe - efektorem jest cząsteczka różna od

substratu.

1. Homo-heterotropowe - efektorem jest substrat, a także

substancja
różna od substratu.

Pod wpływem efektorów dodatnich (+) przyłączonych
do centrum allosterycznego, centrum katalityczne
otwiera się i powinowactwo enzymu do substratu
wzrasta, zmniejsza się sigmoidalność i wartość S

0,5

np. cAMP jest efektorem dla kinazy białkowej.

Pod wpływem efektorów ujemnych (-) przyłączonych
do centrum allosterycznego, centrum katalityczne
zamyka się i powinowactwo enzymu do substratu maleje,
rośnie sigmoidalność i wartość S

0,5

. Efektory ujemne

wykazują podobieństwa do inhibitorów kompetycyjnych
tj. obniżają powinowactwo enzymu do substratu,
zwiększając wartość S

0,5

(K

m

), a nie wpływają na V

m

, nie

wykazują jednak żadnego podobieństwa do substratu.

Często efektorami allosterycznymi mogą być
substraty

lub

produkty

danego

szlaku

enzymatycznego.
Efektorami allosterycznymi mogą być różne
związki:
- cAMP - w przypadku kinaz białkowych typu
A. cAMP przyłącza się do podjednostek
regulatorowych w wyniku czego następuje
uwolnienie jednostek, które stają się aktywne
katalitycznie.

Regulacja allosteryczna za pomocą
przyłączania tego typu związków jest
reakcją na sytuację energetyczną w
komórce.
Enzymy aktywowane przez ATP to
zazwyczaj

enzymy

związane

ze

szlakami biosyntezy, a aktywowane
przez przyłączenie AMP, ADP czy PPi to
enzymy

zwykle

uczestniczące

w

procesach katabolicznych.

Kinetyka allosteryczna wskazuje na tzw.
„kooperatywność pozytywną” przyłączenie pierwszej
cząsteczki substratu do jednej z podjednostek zmienia
tak konformację sąsiednich podjednostek enzymu, że
następne cząsteczki substratu wiążą się z nimi z
większym powinowactwem.

Przykładem kooperatywności pozytywnej

jest proces łączenia się

hemoglobiny z tlenem.

Jeżeli natomiast przyłączenie jednej jednostki substratu
utrudnia związanie następnych mówimy o
„kooperatywności negatywnej”.

Przykładem może być dehydrogenaza aldehydu-3-
fosfoglicerynowego.

Pierwsza cząsteczka NADH

2

łączy się bardzo silnie z

podjednostką enzymu.

Znaczenie fizjologiczne: słabo związane cząsteczki
NADH

2

ulegają oddysocjowaniu i wymianie z NAD

+

.

Karbamoilotransferaza asparaginianowa

Karbamoilotransfer
aza
asparaginianowa

Katalizuje

pierwszą

reakcję w biosyntezie
pirymidyn

–

zasad

będących składnikami
kwasów
nukleinowych.

Ostatecznie powstaje
CTP.

IZOENZYMY

Katalizują tą samą reakcję, ale występują w różnych
formach molekularnych.

Różnią się między sobą właściwościami:

- fizycznymi (temperaturą, migrowaniem w polu
elektrycznym),

- chemicznymi (powinowactwo do substratów,
koenzymów),

- immunologicznymi.

Aspekty kliniczne

Dehydrogenaza mleczanowa LDH

LDH

1-5

- duże znaczenie w diagnozowaniu choroby

nowotworowej, jej

zaawansowaniu i przerzutach np. u chorych z
nowotworami OUN

wzrasta aktywność LDH w płynie mózgowo-rdzeniowym,
przy

nowotworze żołądka wzrasta aktywność LDH w soku
żołądkowym.

Aldolaza

Jej brak wywołuje nietolerancję na fruktozę -
fruktozemia.

Jest to enzym rozwojowy, wyróżniamy:

- aldolazę A – występuje w tkankach, e. glikolizy,

rozkłada fruktozo-1,6-bisfosforan do aldehydu

3-fosfoglicerynowego i fosfodihydroksyacetonu,

najwcześniej pojawia się w rozwoju ontogenetycznym,

- aldolazę B – występuje w wątrobie i nieznacznie w
jelitach,

- aldolaza C – występuje w tkance nerkowej, soczewce
oka i w mózgu,

pojawia się w rozwoju ontogenetycznym najpóźniej.

 

Fosfataza zasadowa AP (i. wątrobowo-kostny, jelitowy,
łożyskowy).

Aktywność wzrasta:

- kostny w nadczynności przytarczyc, krzywicy, chorobie
Pageta, nowotworach kości (osteoblastoma), chronicznym
uszkodzeniu nerek

- wątrobowy w żółtaczce zaporowej, marskości i inn.
chorobach wątroby

- jelitowy nie wzrasta w chorobach jelita, ale u osób z
łojotokiem i marskością wątroby

- nerkowy – pojawia się u chorych z odrzutami po
przeszczepie nerek

- łożysko - podobny u chorych z nowotworami: izoenzym
Regana - nowotwór płuc, jajników, izoenzym Nagao -
rakowatość opłucnej, rak ogona trzustki i przewodów
żółciowych.

Amylaza

- śliniankowy – świnka, kamica przewodów żółciowych,

- trzustkowy – kamica żółciowa, zapalenie trzustki.

-Kinaza fosfokreatynowa CPK

CPK-MB > 5% całkowitej aktywności CPK  zawał

mięśnia sercowego,

CPK-MB < 5% całkowitej aktywności CPK 

uszkodzenie mięśni.

Przykłady enzymów jako leków:

Tkankowy aktywator plazminogenu i urokinaza –
leczenie choroby

zakrzepowej.

Lipaza – leczenie zaburzeń wydzielniczych trzustki.

Asparaginaza – leczenie białaczek.

Oznaczanie różnych enzymów w tkankach i płynach

fizjologicznych

odgrywa rolę w diagnostyce lekarskiej. Brak lub

niedobór pewnych

enzymów lub zmiana ich aktywności w wyniku zmiany

ich budowy jest

powodem wielu schorzeń, np.
1. Bielactwo wrodzone, albinizm, wrodzone zaburzenie

metabolizmu

tyrozyny (brak tyrozynazy), powodujące
zmniejszenie lub brak produkcji melanin
w komórkach barwnikowych
człowieka i zwierząt.

2. Fenyloketonuria, genetycznie uwarunkowany

niedobór enzymu (hydroksylazy fenyloalaniny)
uniemożliwiający przemianę fenyloalaniny w tyrozynę
(aminokwasy).

3. Galaktozemia, choroba wywołana mutacją punktową

blokującą aktywność enzymu rozkładającego
galaktozę (pochodzącą najczęściej z rozpadu laktozy)
do glukozy i w następstwie nadmierne jej gromadzenie
się w organizmie, co powoduje niedorozwój fizyczny i
umysłowy oraz utratę wzroku.

4. Methemoglobinemia, genetycznie uwarunkowany

niedobór układu
zależnej od NADH reduktazy methemoglobiny.