Mechanizm reakcji enzymatycznej. Regulacja

aktywności enzymu przez sprzężenie zwrotne i

jej przykłady w organizmie człowieka

Mechanizm działania

enzymów

• Enzymy pełnią rolę biokatalizatorów

w reakcjach chemicznych. Są one
zdolne do przyspieszania reakcji,
którym towarzyszy spadek energii
swobodnej (reakcje samorzutne).

-ΔG=ΔH-TΔS

Mechanizm działania

enzymów

• Enzym (E) tworzy przejściowy

kompleks (ES) z substratem (S) i
obniża energię aktywacji reakcji
chemicznej. Dzięki temu wytwarzanie
produktów zachodzi znacznie szybciej.

E+S

↔

ES



E+P

• Enzym nie zużywa się podczas reakcji,

tylko łączy się z kolejnymi
cząsteczkami substratu.

Mechanizm reakcji enzymatycznej

na przykładzie chymotrypsyny

• Chymotrypsyna jest enzymem proteolitycznym,

który hydrolizuje wiązania peptydowe położone w
głębi łańcucha białkowego, co prowadzi do
fragmentacji substratu na peptydy o różnej
długości.

• Jej reakcja z octanem p-nitrofenylu pozwala na

badanie mechanizmu działania enzymów.

Fenol H20 Ac-
CT+PNPA  CT-PNPA ↑ CT-Ac ↓→↑→ CT
• Centrum aktywne chymotrypsyny: seryna 195,

histydyna 57 i asparaginian 102.

• Podczas reakcji Ser 195 ulega

acylacji. Zbliżeniu anionu
octanowego do grupy –OH seryny
wyzwala reakcję przeniesienia
protonu z seryny poprzez His 57 na
Asp 102. Zwiększa to reaktywność
tlenu seryny.

• Podczas decylacji produktu

pośredniego acylo-Ser 195 protony
przekazywane są w kierunku
przeciwnym.

Mechanizm kwasowo-

zasadowy

• Łańcuchy boczne (obdarzone ładunkiem elektrycznym

reszt) aminokwasowych w pobliżu miejsca wiązania
substratu przez enzym mogą działać na zasadzie
katalizatorów kwasowych lub zasadowych.

• Są dwa rodzaje katalizy enzymatycznej kwasowo-

zasadowej: swoista i ogólna.

• Swoista – szybkość zmienia się wraz ze zmianą

stężenie H

3

O

+

;jest niezależna od stężenia innych

kwasów lub zasad w roztworze.

• Ogólna – szybkość jest uzależniona od wszystkich

kwasów i zasad w roztworze.

S+H

3

O

+

↔ SH

+

+H

2

O

SH

+

+H

2

OP+H

3

O

+

Regulacja aktywności enzymów

przez sprzężenie zwrotne

• Jeśli enzym produkuje jedną

substancję ponad potrzeby komórki,
to ta substancja może stać się
inhibitorem dla tego enzymu, co
zmniejsza lub całkowicie hamuje
aktywność enzymu, co z kolei
zmniejsza stężenie produktu. Taka
regulacja jest formą ujemnego
sprzężenia zwrotnego.

Hamowanie przez sprzężenie

zwrotne

• Enzym działający w pierwszym etapie

szlaku biosyntetycznego zazwyczaj jest
hamowany przez produkt końcowy tego
szlaku.

enz1 enz2 enz3

A B C D

Związek D działa jako ujemny efektor allosteryczny lub inhibitor
zwrotny Enz1, dzięki czemu regulowane jest stężenie związku
D. Związek D łączy się zwykle z miejscem allosterycznym,
różnym od miejsca katalitycznego enzymu.

Hamowanie w szlaku rozgałęzionym

• W szlakach rozgałęzionych początkowe produkty

są wykorzystywane do wytworzenia dwóch lub
więcej nowych związków.

Przykładowo, jeśli związek B hamuje część szlaku
odpowiedzialną nie tylko za swoją biosyntezę, lecz
wspólną z innymi produktami to cały szlak może
zostać zahamowany.

Temu niechcianemu efektowi zapobiegają następujące
mechanizmy:
• Kumulatywne hamowanie przez sprzężenie zwrotne -

hamujący wpływ dwóch lub więcej produktów
końcowych na jeden enzym regulujący jest sumą
skutków wywoływanych przez każdy z tych produktów
niezależnie.

• Zgodne (wielowartościowe) hamowanie przez

sprzężenie zwrotne – całkowite zahamowanie szlaku
następuje jedynie wtedy, gdy jednocześnie dwa lub
więcej produktów jest obecnych w nadmiarze.

• Kooperatywne hamowanie przez sprzężenie zwrotne -

jeden końcowy produkt występujący w nadmiarze
hamuje enzym regulacyjny. Jednak w obecności dwóch
lub więcej produktów końcowych stopień hamowania
znacznie przewyższa sumaryczny efekt
kumulatywnego hamowania przez sprzężenie zwrotne.

Przykłady:

• Podczas syntezy cholesterolu: następuje

na początku szlaku biosyntezy, na etapie
reduktazy HMG-CoA. Jest ona hamowana
przez mawelonian, który jest
bezpośrednim produktem reakcji syntezy
HMG-CoA, oraz przez cholesterol. Uważa
się, że działa on represyjnie na
transkrypcję genu reduktazy HMG-CoA

• Podczas syntezy nukleotydów

pirymidynowych.