SPIS TREŚCI
ENZYMY str.1-9
WITAMINY str. 10-17
HORMONY str.17-30
Czym są enzymy ?.
Enzymy są złożonymi ciepłochwiejnymi, wielkocząsteczkowymi katalizatorami o charakterze białkowym, wytwarzanymi wyłącznie przez żywe komórki i odznaczającymi się wysoką swoistością w przyśpieszaniu lub nadawaniu odpowiedniego kierunku reakcjom chemicznym.
Z czego zbudowane są enzymy ?
Enzymy ze względu na budowę chemiczną należą do białek prostych lub złożonych Enzymy będące białkami złożonymi są zbudowane z grupy czynnej (tzw prostetycznej) zwanej koenzymem i białka prostego, zwanego apoenzymem, które łącznie tworzą holoenzym. Składnik białkowy nie zawsze ma znaną budowę, ale koenzymy najczęściej są zbudowane z nukleotydów pirydynowych i flawinowych (flawoproteiny), witamin lub grup hemowych .Każdy enzym katalizuje ściśle określoną reakcję chemiczną, dotyczącą określonego substratu i określonych warunków (temperatury i pH)...
Poza nielicznymi enzymami prostymi zbudowanymi tylko z aminokwasów pozostałe oprócz łańcuchów polipeptydowych zawierają w swoim składzie związki nie aminokwasowe. Wyróżnia się zasadniczo dwa typy składników nie aminokwasowych.
Co to jest grupa prostetyczna?
Jeśli białko apoenzym związane jest ze składnikiem nieaminokwasowym trwale wiązaniami kowalencyjnymi nosi wówczas nazwę grupy prostetycznej (np. układ żelazoporfirynowy w katalazie i peroksydazie). Drugim typem składników nieaminokwasowych enzymów są koenzymy, dające się oddzielić od apoenzymu poprzez dializę (np. koenzymy niacynowe NAD+ i NADP+).
Holoenzym = apoenzym + koenzym (bądź grupa prostetyczna
Czy enzymy katalizują wszystkie reakcje biochemiczne ?
Enzymy katalizują reakcje termodynamicznie możliwe, poprzez zmniejszenie energii aktywacji substratu i przez to przyspieszenie osiągnięcia równowagi chemicznej reakcji.
W jaki sposób działa enzym?
Podczas reakcji katalitycznej substrat wiąże się w miejscu aktywnym enzymu, które ma strukutrę przestrzenną odpowiadającą kształtowi substratu (stąd też m.in. bierze się swoistość działania enzymów).
Co to jest aktywność enzymatyczna?
Enzymy nie "zużywają się" w reakcjach chemicznych. Pomiar szybkości reakcji, która jest miarą aktywności enzymatycznej, dokonuje się na podstawie ilości przekształconego substratu lub ilości wytworzonego produktu.
Międzynarodowa jednostka enzymu.
Międzynarodową jednostką enzymu jest, U, która oznacza taką ilość enzymu, która katalizuje przekształcenie 1 mikromola substratu w ciągu 1 min w temp. 30 C, przy optymalnym pH i nasyceniu enzymu substratem. Obecnie wprowadzono jednostkę Katal(Kat) i jest to taka ilość enzymu ,która katalizuje 1 Mol substratu w ciągu 1 sekundy.
Nomenklatura enzymów.
Wszystkie nazwy systematyczne i większość potocznych nazw enzymow mają końcówkę -aza.
Podział enzymów.
Wyróżniamy 6 grup enzymów utworzonych na podstawie rodzaju katalizowanej reakcji chemicznej.
Jak wykorzystywane są enzymy?
Enzymy są wykorzystywane w przemyśle do procesów fermentacji, w diagnostyce lekarskiej oznacza się poziom enzymów w tkankach i płynach fizjologicznych (enzymy diagnostycznie ważne), w lecznictwie enzymy są stosowane jako leki (np.: pepsyna, streptokinaza).
Brak enzymu przyczyną choroby.
Brak lub niedobór pewnych enzymów jest powodem określonych schorzeń np.: albinizm, fenyloketonuria, galaktozemia, methemoglobinemia (methemoglobina), zespół upośledzonego trawienia i wchłaniania.
Co to jest apoenzym.?
Apoenzym,to białkowy składnik enzymu uaktywniający się dopiero po połączeniu ze składnikiem niebiałkowym - koenzymem. Apoenzym decyduje o swoistości enzymu i rodzaju reakcji, połączony odwracalnie z grupą prostetyczną. Przeważnie są to białka globularne, z, pośród których tylko nieliczne mają charakter białek prostych (składających się wyłącznie z aminokwasów).
Co to jest centrum katalityczne?
Swoistość enzymów tj zdolność reagowania z określonymi substancjami oraz zdolność do katalizowania określonych reakcji zależy od konformacji przestrzennej fragmentu łańcucha polipeptydowego zwanego centrum aktywnym.
1. Centrum aktywne zajmuje małą część całkowitej objętości cząsteczki enzymu
2. Centrum aktywne jest układem przestrzennym złożonym z grup chemicznych leżących w różnych pozycjach liniowej sekwencji aminokwasów
3. We wszystkich poznanych od strony struktury enzymach, centrum katalityczne znajduje się w zagłębieniu powierzchni enzymu, niedostępnym właściwie dla cząsteczek wody.
4. W centrum katalitycznym wyróżnia się reszty aminokwasów, pełniące rolę grup kontaktowych oraz reszty pełniące rolę grup pomocniczych. Stwierdzono np. że dla wielu esteraz, proteaz i mutaz seryna jest jednym z głównych elementów centrum katalitycznego. Ustalono też, jakie aminokwasy sąsiadują z seryną i wielu enzymach stwierdzono występowanie podobnych triad Asp-Ser- Glu czy Glu-Ser-Ala.
Centralną rolę przypisuje się również cysteinie, gdyż może ona wiązać grupy fosforowe, acylowe i inne w czasie działania enzymu. Brana jest również grupa zasadowa – imidazolowa histydyny, guanudynowa –argininy czy eta –aminowa lizyny oraz grupy karboksylowe kw. glutaminowego i kw. asparaginowego.
5. W tworzeniu kompleksu enzym-substrat biorą udział trzy rodzaje sił : wiązania elektrostatyczne, wiązania wodorowe, i siły van der Waalsa. Siły te są stosunkowo słabe, odpowiadają energii swobodnej wiązania od 12.56 do 50.24 KJ/mol (od 3 do 12 Kcal/mol). Te trzy podstawowe wiązania niekonwalencyjne różnią się między sobą specyficznością i wymogami geometrycznymi. Poszczególne wiązania w różny sposób ulegają wpływom cząsteczki wody, wywierającej na nie silny wpływ.
6. Specyficzność wiązania enzymu z substratem zależy od precyzyjnie określonego ułożenia atomów w miejscu aktywnym. Początkowo porównywano układ enzym-substrat do klucza i zamka (teoria Fischera). Wykryto jednak, ze centra aktywne enzymów nie są strukturami sztywnymi. Model Koshlanda zakłada, że kształt miejsca aktywnego enzymów ulega modyfikacji na skutek związania się z substratem. Komplementarny kształt miejsca aktywnego do substratu pojawia się dopiero po związaniu substratu. Taki proces dynamicznego rozpoznania nazwano indukowanym (wymuszonym) dopasowaniem się enzymu.
Czy są inne centra katalityczne?
Oprócz centrów katalitycznych enzymy zbudowane z podjednostek (enzymy o dużych cząsteczkach) mają tzw. centra regulacyjne, które w zależności od lokalizacji noszą nazwę izosterycznych (położonych w obrębie centr katalitycznych) albo allosterycznych (leżących poza centrum aktywnym).
Jakie związki są wiązane w centrach katalitycznych?
Centra te są miejscem wiązania związków chemicznych, zwanych efektorami (aktywatorami lub inhibitorami), które wywołując zmiany konformacjyne w białku, powodują zmiany jego aktywności. Aktywatorami mogą być Mg +2, Mn +2, Ca +2, Zn +2, a także Cl - czy Br -.
PREENZYMY
Czy mogą być nieczynne enzymy?
Niektóre enzymy są wytwarzane w postaciach nieczynnych, jako tzw. zymogeny lub preenzymy. Spośród preenzymów najlepiej poznane zostały enzymy proteolityczne. Np. pepsynogen w świetle żołądka pod wpływem kwasu solnego jest aktywowany do pepsyny, przez odszczepienie peptydu o masie cząsteczkowej ok. 3100, blokującego centrum aktywne. W soku trzustkowym stwierdzono także obecność nieczynnych enzymów proteolitycznych. Występuje tam: trypsynogen, dwie odmiany chymotrypsynogenu, dwie prekarboksypeptydazy.
Dlaczego preenzym jest forma nieczynną enzymu?
Ustalono, że w trypsynogenie inhibitorem jest heksapeptyd, umieszczony na końcu łańcucha enzymatycznego białka, który pod wpływem enzymu enteropeptydazy (dawniej zwanej enterokinazą) w słabo w słabo alkalicznym środowisku jelita (pH 7 – 9) zostaje uwolniony.
Co to jest autokataliza?
Uczynnianie trypsynogenu przez trypsynę i pepsynogenu przez pepsynę jest przykładem tzw. autokatalizy. Uczynnianie chymotrypsynogenu zapoczątkowuje trypsyna, a powstała chymotrypsyna prowadzi ten proces dalej.
Enzymy trawienne to zespół enzymów pozakomórkowych działających w przewodzie pokarmowym, które są odpowiedzialne za trawienie treści pokarmowej
Enzymy wątrobowe Ważną grupę stanowią enzymy wydzielane ww komórkach wątroby.
Wyróżniamy trzy grupy enzymów wątrobowych.
Są to :Enzymy wskaźnikowe ,Enzymy wydalnicze tzw. enzymy ekskrecyjne. ,Enzymy restrykcyjne
Enzymy diagnostycznie ważne
Bardzo ważna grupę stanowią tzw. enzymy diagnostycznie ważne. Enzymy diagnostycznie ważne - to enzymy, których aktywność oznaczana biochemicznie w osoczu krwi lub cytochemicznie w komórkach może być wskaźnikiem pewnych procesów chorobowych, zapalnych lub martwiczych. Najważniejsze enzymy z tej grupy należą do aminotransferazy i fosfatazy. Przykładem mogą być: aminotransferazy w zawale mięśnia sercowego i wirusowym zapaleniu wątroby, cholinesteraza w uszkodzeniu wątroby, fosfataza zasadowa w żółtaczce zastoinowej itd. Aminotransferaza alaninowa (AlAT), enzym zawarty głównie w komórkach wątroby i mięśnia sercowego. Zwiększenie jego aktywności powyżej dopuszczalnej granicy przemawia za uszkodzeniem lub martwicą przede wszystkim wątroby, może to być wskaźnikiem wirusowego zapaleniaoraz zawału mięśnia sercowego. Aminotransferaza asparaginianowa (AspAT), enzym zawarty głównie we włóknach mięśnia sercowego, mięśni szkieletowych, a także w komórkach wątroby i innych narządów. W zawale serca na skutek wypłukiwania enzymu z rozpadających się włókien jego mięśnia wzrasta aktywność enzymu w surowicy krwi. Zjawisko to jest czułym wskaźnikiem martwicy mięśnia sercowego, występującej w 100% przypadków rozległego zawału, ale tylko w ciągu pierwszych kilku dni choroby, gdyż później aktywność spada już do normy. W uszkodzeniach innych narządów, np. wątroby, aktywność AspAT wzrasta mniej znacznie Aminotransferaza leucynowa, LAP, poziom aktywności tego enzymu we krwi wzrasta u chorych z nowotworem wątroby, rakiem trzustki, ostrym zapaleniem trzustki, żółtaczką mechaniczną, na tle kamicy przewodu żółciowego wspólnego (drogi żółciowe) z zapaleniem wątroby. Enzymy z tej grupy są diagnostycznie są ważne w zawale mięśnia sercoweg .Najważniejsze enzymy to:: Aminotransferaza alaninowa (AlAT), Aminotransferaza asparaginowa (AspAT), Dehydrogenaza mleczanowa (LDH), Kinaza fosfokreatyninowa (CPK).
Fosfatazy
Enzymy z grupy hydrolaz, które katalizują rozkład monoestrów kwasu fosforowego to fosfatazy .Szeroko występują w przyrodzie zarówno w komórkach roślinnych jak i zwierzęcych. Regulują zawartość fosforu w organizmie. Ich obecność stwierdzono w jelicie cienkim, kościach, mięśniach. Mają duże znaczenie diagnostyczne, ponieważ ich poziom we krwi wzrasta w chorobach nowotworowych (gruczołu krokowego, przerzutach) i wątroby. Fosfatazy uczestniczą w procesach fermentacji, kostnieniu kości, przemianie rybonukleotydów w rybonukleozydy. Wyróżniamy fosfatazy kwaśne i fosfatazy zasadowe w zależność od pH środowiska w którym działają.
Najważniejsze fosfatazy to fosfataza zasadowa oraz fosfataza kwaśna
KINETYKA ENZYMÓW
JEDNOSTKI AKTYWNOŚCI ENZYMATYCZNEJ
Szybkość reakcji chemicznej definiuje się jako ilość substancji przekształconej w jednostce czasu. W obowiązującym obecnie międzynarodowym układzie SI, jednostką czasu jest sekunda, natomiast jednostką ilości substancji jest mol. Odpowiada temu jednostka aktywności enzymatycznej zwana katalem: 1 katal (1 kat) wywołuje w określonych warunkach przemianie jednego mola substancji w ciągu 1 sekundy. Jednostka ta jest za duża w warunkach laboratoryjnych aktywności mierzy się w μkat lub nkat. Często jest jeszcze stosowana wprowadzona w 1960r. przez Komisję Enzymową Międzynarodowej Unii Biochemicznej „jednostka międzynarodowa”, odpowiadające przemianie 1 μmola substratu w ciągu 1 minuty (U). 1 U = 1667 nkat; 1 nkat = 0,06 U; 1 μkat = 60 U.
Inhibitorami enzymów nazywamy takie substancje, które obniżają czy też całkowicie znoszą ich aktywność. Wyróżnia się dwa typy inhibitorów enzymów: typ nieodwracalny i odwracalny.
Inhibicja nieodwracalna polega zazwyczaj na destrukcji lub modyfikacji jednej lub kilku grup funkcyjnych enzymu
Inhibicję odwracalną można ilościowo analizować zgodnie z założeniem Michaelisa-Menten. Znane są dwa główne typy inhibicji odwracalnej: kompetycyjna i niekompetycyjna
PRZEGLĄD ENZYMÓW
KLASY ENZYMÓW
|
|---|
|
|
|
|
|
Koenzymy
Z klasą oksydoreduktaz związane są następujące koenzymy: |
|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Z klasą transferaz związane są: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Klasy enzymów
| 1. Oksydoreduktazy biorą udział w reakcjach oksydoredukcyjnych (redox).Wśród oksyreduktaz rozróżniamy: |
|---|
| 1. działające na grupy CH-OH, |
| 2. działające na aldehydy |
| 3. działające na grupy CH-CH |
| 4. działające na grupy CH-NH2 |
| Typowymi oksyreduktazami są dehydrogenaza alkoholowa, oksydaza glukozowa dehydrogenaza aldehydu 3-fosfoglicerynowego dehydrogenaza dihydrouracylowa oksydaza amionkwasowa |
| 2.Transferazy przenoszenie grup chemicznych przenoszące grupy jednowęgloweacylotransferazyglikozylotransferazyaminotransferazyprzenoszące grupy zawierające fosfor metylotransferazy,hydroksymetylotransferazy,formylotransferazytransaminazynukleotydylotransferazy |
| 3. Hydrolazy rozszczepienie wiązania C-O i C-N w środ. wodnym esterazyglikozydazypeptydazy esterazy, lipazyamykaza, nukleozydazaaminopeptydazy, karobleny peptydazy, pepsyna, trypsyna |
| 4.Lizy rozszczepienie związku na dwa fragmenty działające na wiązanie C-Odziałajace na wiązanie C-N (amidynolizy)działajace na wiązanie C-C(karboksyliazy) hydrataza fumaranowahistydynazadekarboksylaza pirogronianowa,dekarboksylaza tyrozynowa |
| 5.Izomerazy procesy izomeryzacji racemazy i epimerazy (działające na aminokwasy i ich pochodne)izomerazy cis-transwewnątrzcząsteczkowe transferazy (przenoszące grupy fosforylowe) |
| 6.Ligazy (syntetazy) tworzenie nowych wiązań z wydzieleniem ortofosforanu tworzące wiązanie C-O tworzące wiązanie C-N tworzące wiązanie C-C (karboksylazy) syntetaza glutaminowa |
| Grupa | Katalizowana reakcja | Podgrupy | Przykłady enzymów |
|---|---|---|---|
| Hydrolazy | rozszczepienie wiązania C-O i C-N w środ. wodnym | esterazy glikozydazy peptydazy |
esterazy, lipazy amykaza, nukleozydaza aminopeptydazy, karobleny peptydazy, pepsyna, trypsyna |
| Oksydoreduktazy | reakcje oksydoredukcyjne (redox) | działające na grupy CH-OH działające na aldehydy działające na grupy CH-CH działające na grupy CH-NH2 |
dehydrogenaza alkoholowa, oksydaza glukozowa dehydrogenaza aldehydu 3-fosfoglicerynowego dehydrogenaza dihydrouracylowa oksydaza amionkwasowa |
| Transferazy | przenoszenie grup chemicznych | przenoszące grupy jednowęglowe acylotransferazy glikozylotransferazy aminotransferazy przenoszące grupy zawierające fosfor |
metylotransferazy, hydroksymetylotransferazy, formylotransferazy transaminazy nukleotydylotransferazy |
| Ligazy (syntetazy) | tworzenie nowych wiązań z wydzieleniem ortofosforanu | tworzące wiązanie C-O tworzące wiązanie C-N tworzące wiązanie C-C (karboksylazy) |
syntetaza glutaminowa |
| Lizy | rozszczepienie związku na dwa fragmenty | działające na wiązanie C-O działajace na wiązanie C-N (amidynolizy) działajace na wiązanie C-C (karboksyliazy) |
hydrataza fumaranowa histydynaza dekarboksylaza pirogronianowa, dekarboksylaza tyrozynowa |
| Izomerazy | procesy izomeryzacji | racemazy i epimerazy (działające na aminokwasy i ich pochodne) izomerazy cis-trans wewnątrzcząsteczkowe transferazy (przenoszące grupy fosforylowe) |
epimeraza rybulozo-5-fosforanowa mutaza metylomalonylo-CoA, fosfomutaza fosfoglicerynianowa |