Aktywność enzymów



Szybkość reakcji nie zawsze jest

proporcjonalna do stężenia enzymu. Mierząc
szybkość reakcji enzymatycznej nie ocenia
się bezpośrednio stężenia enzymu, lecz
jego aktywność w warunkach badania.



Szybkość reakcji enzymatycznej, a co za

tym idzie i aktywność enzymu jest zmienna i
zależna od wielu czynników chemicznych i
fizycznych, mogących przyspieszać lub
hamować reakcję.

Aktywatory i inhibitory

reakcji enzymatycznej

AKTYWATORY

INHIBITORY

•Uczynniają enzymy
lub zwiększają ich

aktywność

•Jony metali

•Związki

wielkocząsteczkowe

•Małocząsteczkowe

związki organiczne

•Zmniejszają
szybkość reakcji

enzymatycznej

•Odwracalnie bądź

nieodwracalnie

hamują aktywność

enzymów



INDUKCJA - Umożliwia syntezę określonych

enzymów wyłącznie w obecności
odpowiedniego substratu lub jego
strukturalnego analogu



REPRESJA - Zahamowanie syntezy enzymów

pod wpływem nadmiernej ilości produktów
reakcji

Regulacja aktywności

enzymów Eucariota -

TRANSKRYPCJA



Transkrypcja - proces enzymatycznej syntezy RNA

na matrycy DNA.



Białka regulatorowe



Regulacja „w cis”, regulacja „w trans”

Białka regulatorowe



Są to inne niż podstawowe czynniki

transkrypcyjne oddziaływujące z polimerazą RNA.



Zdolne do przyłączenia do DNA, mogą regulować

poziom transkrypcji dodatnio lub ujemnie.

-domeny wiążące DNA,
-domeny odpowiedzialne za dimeryzację,
-domeny transaktywujące



Domeny wiążące DNA i opdowiedzialne za

dimeryzację zawierają struktury białkowe
zwane motywami:

-motyw „helisa-zwrot-helisa”,
-motyw „palca cynkowego”,
-motyw „helisa-pętla-helisa”

Regulacja aktywności

enzymów Eucariota -

TRANSLACJA



Translacja - jest drugim (po transkrypcji)

procesem w biosyntezie enzymów.
Powstawanie łańcucha polipeptydowego
sterowane jest przez sekwencję mRNA.



modyfikacja czynników inicjacji



fosforylacja



acetylacja



glikolizacja

Regulacja aktywności

enzymów Procariota



Na poziomie transkrypcji -

poprzez regulację

liczby wytworzonych cząsteczek mRNA



Na poziomie translacji - przez regulację

liczby kopii łańcuchów polipeptydowych
syntetyzowanych z wykorzystaniem
konkretnej cząsteczki mRNA

Regulacja ekspresji

enzymów u Procariota



Operon laktozowy



Operon tryptofanowy

Modyfikacje

posttranslacyjne

Posttranslacyjnym

modyfikacjom

łańcuchów bocznych aminokwasów
ulega 15, spośród 20 aminokwasów
białkowych, z wyjątkiem alaniny,
waliny,

leucyny,

izoleucyny

i

metioniny.

Glikozylacja

•Jedna z najpowszechniejszych modyfikacji zachodząca w ER.

•Wiekszość białek przechodzących przez ER ulega tej modyfikacji
(wyjątek-albumina).

•Glikozylacja białek polega na przyłączaniu wiązaniem glikozydowym
cukrowców do określonych reszt aminokwasowych polipeptydu.

•Proces ten prowadzi do powstania glikoproteiny.

•Kieruje to białko do właściwego miejsca przeznaczenia na terenie
komórki lub poza komórkę.

•Glikozylacja ma odmienny przebieg podczas tworzenia O-glikanów i
N-glikanów.

1. Tworzenie wszystkich O- glikanów glikoprotein następuje drogą

glikozylacji sekwencyjnej, tj. kolejno następującego po sobie
przyłączania reszt monocukrowych do białka. Wydłużanie O-
oligosacharydu charakteryzuje się tym, że produkt działania
jednej glikozylotransferazy staje się akceptorem-substratem dla
następnej glikozylotransferazy.

2. N-glikozylacja polega na przyłączeniu glikanu do amidowej

grupy

asparaginy

za

pośrednictwem

reszty

N-

acetyloglukozaminowej. Biosynteza N-glikanów polega na
dołączaniu kolejnych monosacharydów z udziałem glikozylaz
oraz glikozylotransferaz zlokalizowanych w aparacie Golgiego

Fosforylacja

Reakcje fosforylacji polegają na przeniesieniu końcowej grupy
fosforanowej z ATP na atom tlenu grupy hydroksylowej
specyficznej reszty aminokwasowej, mianowicie: Ser, Thr lub Tyr.

•Reakcje fosforylacji, zachodzące w organizmie
są katalizowane enzymatycznie przez kinazy
(fosfotransferazy), wśród których wyróżnia się
dwie klasy: kinazy białkowe fosforylujące Ser lub
Thr (klasa I) i kinazy białkowe fosforylujące Tyr
(klasaII).

•Może aktywować ( np. Fosforylaza glikogenowa),
lub hamować (syntaza glikogenowa) aktywność
niektórych enzymów

Enzym

Aktywno

ść: mała

Aktywno

ść: duża

Karboksylaza acetylo-CoA

EP

E

Syntaza glikogenoza

EP

E

Dehydrogenaza

pirogronianowa

EP

E

Reduktaza HMG-CoA

EP

E

Fosforylaza glikogenowa

E

EP

Liaza cytryianowa

E

EP

Kinaza fosforylazy b

E

EP

Kinaza reduktazy HMG-

CoA

E

EP

E- forma defosforylowana

EP- forma fosforylowana

Karboksylacja

Karboksylacja reszt glutaminianu do γ-arboksyglutaminianu w
białkach uczestniczących w krzepnięciu krwi dostarcza miejsc
wiążących jony Ca+2, przekształcając je ze słabych chelatorów
wapnia w silne.

Wytworzone γ-karboksyglutaminiany w protrombinie wiążą jony
wapnia, dzięki czemu protrombina wiąże się z fosfolipidami
błonowymi płytek krwi.

• Acetylacja:

– Dołączenie grupy acetylowej

• Metylacja:

– Dołączenie grupy metylowej

Cięcie proteolityczne

• Obróbka białka poprzez cięcie go przez proteazy:

– Odcinanie jednego z końców polipeptydu

– Cięcie na kilka fragmentów

– Aktywacja białka poprzez usunięcie zbędnych

fragmentów

– Usunięcie sekwencji liderowych

– Splicing polipeptydowy - usunięcie

fragmentów ze środka

Ubikwitynacja

Inhibitory



Substancje zmniejszające szybkość reakcji
enzymatycznej.



Zahamowanie aktywności enzymatycznej jest
jednym ze sposobów regulacji różnych
procesów w żywej komórce.



Mogą one odwracalnie i nieodwracalnie
hamować aktywność enzymów.

Ze względu na mechanizm działania na

enzym dzieli się je na:

- inhibitory kompetycyjne
- inhibitory allosteryczne
- inhibitory niekompetycyjne

Inhibicja

kompetycyjna



W inhibicji kompetycyjnej inhibitor i substrat

współzawodniczą o miejsce aktywne cząsteczki

enzymu.



Inhibitorami kompetycyjnymi (współzawodniczącymi)

mogą być związki wykazujące analogie strukturalne

do substratu, które konkurują z nim o centrum

katalityczne enzymu z powodu braku absolutnej

specyficzności grup czynnych tego centrum.

Przykładem jest hamowanie dehydrogenazy

bursztynianowej przez malonian.

COO —CH

2

—COO malonian

COO—(CH

2

)

2

COO bursztynian



Cechą hamowania kompetycyjnego jest

zależność szybkości reakcji enzymatycznej od
stężenia substratu, stężenia inhibitora oraz od
względnego powinowactwa substratu i
inhibitora do centrum aktywnego enzymu

Inhibicja

niekompetycyjna



Inhibitory niekompetycyjne - związki
hamujące szybkość reakcji enzymatycznej
przez działanie na wolny enzym lub na
kompleks ES.



Nie zależy od stężenia substratu, a tylko od
stężenia inhibitora i jego wartości K,
charakteryzującej powinowactwo inhibitora do
enzymu.

Inhibicja

akompetycyjna

•

Inhibitorem akompetycyjnym jest związek,

który wiąże się odwracalnie z kompleksem ES

(nie wiąże się z wolnym enzymem), tworząc

nieaktywny katalitycznie kompleks EIS.

•

Utworzony kompleks EIS jest enzymatycznie

nieaktywny i reakcja nie może być

kontynuowana, dopóki miejsce aktywne

enzymu nie zostanie zwolnione.

Regulacja

allosteryczna



Aktywność enzymów może być zmieniana
poprzez wiązanie allosterycznych efektorów
do miejsc, które leżą poza centrum aktywnym
(w centrum allosterycznym).



Efektory te mogą działać zarówno
pozytywnie, zwiększjąc szybkość reakcji
enzymatycznej, jak i negatywnie, powodując
jej zmniejszenie (aktywatory i inhibitory
allosteryczne reakcji).

Aktywatory



Substancje zmieniające powinowactwo
enzymu do substratu lub szybkość
maksymalną reakcji.



Mogą być związkami nisko- i
wysokocząsteczkowymi, zarówno
nieorganicznymi, jak i organicznymi.



Kinaza pirogronianowa kontroluje wypływ
metabolitów glikolizy - regulacja indukowana
przez fruktozo-1,6-bisfosforan (aktywujący
enzym i tym samym przyśpieszająca proces
glikolizy na tym etapie) oraz ATP oraz alaninę
(hamujące enzym i spowalniające glikolizę)

Hamowanie zwrotne



Jest ujemną modulacją kluczowego etapu

szlaku metabolicznego przez produkt końcowy
tego szlaku. Zapobiega to niepotrzebnemu
wytwarzaniu nadmiaru końcowego produktu
przez obniżenie aktywności szlaku aż do
momentu zwiększenia zapotrzebowania na
ten produkt.

Przykladem enzymu allosterycznego jest

karbamoilotransferaza asparaginianowa



Jest on regulowany na zasadzie sprzężenia
zwrotnego przez trifosforan cytydyny (CTP) i
trifosforan adenozyny (ATP).



CTP hamuje, a ATP aktywuje enzym.



Wysoki poziom ATP może znieść hamujący
efekt CTP.

Fosforylacja

•

Dołączenie reszty fosforanowej

•

Regulowana przez kinazy

•

Może aktywować ( np.. Fosforylaza
glikogenowa), lub hamować (syntaza
glikogenowa) aktywność niektórych enzymów,

•

silnie wzmacnia sygnał

•

wykorzystuje ATP jako donor grup
fosforanowych

Bibliografia



Biochemia Harpera, Murray R.K. i wsp..



Genomy T. A. Brown



Diagnostyka Laboratoryjna, tom 1, pod red. A.

Szutowicza

i A. Raszei-Specht