Wykład 6 24.03.2010

JEDNOSTKI AKTYWNOŚCI

Wyróżnia się wiele różnych jednostek ale najważniejsze to:

1. Międzynarodowa jednostka uniwersalna (standardowa) to taka ilość enzymów która przekształca 1μmol substratu w ciągu 1 minuty w temperaturze 30^◦C przy optymalnym pH i nadmiarze substratu.

2. Katal jest to taka ilość enzymu która przekształca 1mol substratu w ciągu 1s w temperaturze 30^◦C przy optymalnym pH i nadmiarze substratu.

3. Aktywność właściwa jest to ilość jednostek uniwersalnych lub katali przeliczona na 1 mg białka. Stosuje się głównie przy oczyszczaniu enzymów i przy różnych badaniach porównawczych.

4. Liczba obrotów enzymu, która mówi o ilości moli substratu przekształconych przez 1mol enzymu w ciągu 1 minuty 30^◦C przy optymalnym pH .

Klasyfikacja enzymów

Nazwy enzymów składają się z dwóch części:

1. Taka która ma końcówkę -aza, mówi ona o typie katalizowanej reakcji

2. Mówi o substratach, a w przypadku oksyreduktaz i transferaz wskazuje na donor i akceptor

W klasyfikacji systematycznej przyjęto stosować cztero liczbowy kod. Każda z liczb arabskich oddzielona jest od siebie kropką. Liczba pierwsza w kodzie oznacza klasę enzymu, liczba druga mówi o podklasie w danej klasie, liczba trzecia mówi o podpodklasie, liczba czwarta natomiast jest to kolejność enzymu w podpodklasie. Przykładem takiego kodu może być 1.1.1.1- czyli dehydrogenaza alkoholowa.

Wyróżnia się 6 klas enzymów:

1. Oksyreduktazy

2. Transferazy

3. Hydrolazy

4. Liazy

5. Izomerazy

6. Ligazy (syntetazy)

Ad.1. Okstreduktazy- katalizują reakcje polegające na przenoszeniu elektronów lub protonów, bądź też na bezpośrednim włączaniu tlenu do substratu. Wśród najważniejszych grup enzymów w tej klasie są: dehydrogenazy, które katalizują reakcje odwodorowania substratów; reduktazy, przenoszą elektrony ze zredukowanych koenzymów na substraty; oksydazy, katalizują reakcje utleniania substratów; oksygenazy, katalizują reakcje przyłączania cząsteczki tlenu do substratu.

Ad.2. Transferazy- katalizują reakcje przeniesienia grup między substratami i w zależności od rodzaju przenoszonej grupy wyróżnia się: aminotransferazy, przenoszące grupy NH₂; fosfotransferazy (kinazy), przenoszące reszty fosforanowe; glikotransferazy, przenoszące różne reszty cukrowe i pewne grupy cukrowe (np. transketolazy)

Ad.3. Hydrolazy- katalizują reakcje rozkładu różnych wiązań (przy udziale cząsteczki wody). Najważniejsze grupy to: peptydazy, rozkładają grupy peptydowe; esterazy, rozkładają wiązania estrowe; glikolidazy, rozkładają wiązania glikozydowe; fosfatazy, wchodzą w skład esteraz.

Ad.4. Liazy- katalizują reakcje wiązań bez udziału wody, katalizują zarówno reakcje nieodwracalne jak i odwracalne. W przypadku reakcje odwracalnych możliwe jest przesunięcie równowagi w kierunku syntezy, wówczas enzymy katalizujące takie reakcje nazywamy syntazami. W przeciwieństwie do syntetaz, syntazy nie wymagają udziału w katalizowanej reakcji związków makroergicznych. Najważniejsze grupy: dekarboksylazy- rozkładają wiązania miedzy węglami (C-C); deaminazy- rozkładają wiązania między węglem i azotem (C-N); desulfhydrazy- rozkładają wiązania między węglem i siarką (C-S); dehydratazy- rozkładają wiązania między weglem i wodą (C-O₂)

Ad.5. Izomerazy- katalizują reakcje przekształceń wewnątrz cząsteczkowych substratu. Może to być przegrupowanie atomów bądź grup, cechą wspólną tej klasy jest to że skład chemiczny substratu jest równy składowi chemicznemu produktu. Przykłady: racenazy- odpowiadają za przekształcenia związków w szeregu L w D i odwrotnie; epimerazy- zamieniają formę alfa w beta i beta w alfa; izomerazy cis trans- odpowiadają za izomeryzację cis trans; mutazy- odpowiadają za przemieszczanie się grup wewnątrz cząsteczki

Ad.6. Ligazy (syntetazy)- katalizują reakcje syntezy wiązań karboksylazy (C-C), hydratazy (C-O₂), amidazy (C-N), sulfhydrazy (C-S). Enzymy te wymagają w katalizowanych przez siebie reakcjach udziału ATP lub GTP, bądź też innych fosforanów, nukleozydów.

Izoenzymy oraz formy wielorakie enzymów

Izoenzymy- zróżnicowane strukturalnie formy określonego enzymu zdolne do katalizowania tej samej reakcji, lecz powstające przy udziale różnych genów strukturalnych. Formy wielorakie są to różne formy strukturalne określonego enzymu, będące efektem potranslacyjnej modyfikacji białka enzymowego. Powstają najczęściej na drodze glikozydacji lub lokalnej proteolizy. Aby stwierdzić, że mamy do czynienia z izoenzymami czy też z formami wielorakimi, należy poznać ich strukturę I-rzędową czyli sekwencję aminokwasową. Formy wielorakie mają identyczną sekwencję a izoenzymy różną. Zarówno izoenzymy i formy wielorakie różnią się między sobą pod względem: optymalnego pH, powinowactwa do substratu, ruchliwości w polu elektrycznym, mas cząsteczkowych, struktury przestrzennej.

Koenzymy i witaminy

Koenzymy-część składowa holoenzymu, niezbędne w prawie wszystkich reakcjach enzymatycznych z wyjątkiem katalizowanych przez hydrolaz. Koenzymy są zbudowane na bazie witamin rozpuszczalnych w wodzie. Witamina stanowi podstawową część koenzymu, brak witamin powoduje zahamowanie procesu syntezy koenzymów, a tym samym zakłócenie metabolizmu. Witaminy wytwarzane są głównie przez związki mikro i makroorganizmy i rośliny. Organizmy zwierzęce większość witamin muszą otrzymać wraz z pokarmem. Koenzymy dzieli się na szereg grup. Najważniejsze to:

1. współdziałające z oksyreduktazami, np. NAD+- di nukleotyd nikotyno amido-adeninowy; NADP+- fosforan di nukleotydu nikotyno amido-ademinowego; FAD- di nukleotyd flawinoadeninowy; FMN- mononukleotyd flawinowy; koenzym Q- ubihinom; kwas liponowy; heminy.

2. współdziałające z transferazami, np. koenzym A; biotyna; DPT- di fosforan tiamin owy; PLP- fosforan piridoksalu.

3. współdziałające z liazami, izomerazami i ligazami, np. koenzym B12, ATP, DPT.

-NAD+ zbudowany jest z 2 nukleotydów, w tym z nukleotydu amidu kwasu nikotynowego oraz AMP. Elementem aktywnym tego koenzymu jest amid kwasu nikotynowego, który jest też witaminą (witamina PP, witamina przeciwsperagryczna, niacyna, witamina B3). Witamina ta odpowiedzialna jest w koenzymie za przyjmowanie i oddawanie elektronów i protonów. Forma utleniona koenzymu przyjmuje zapis NAD+, a zredukowana NADH+ + H+ (z dwóch elektronów i protonów pochodzących z substratu koenzym ten przyjmuje dwa elektrony i jeden proton, drugi proton wędruje do środowiska). NADP+ różni się od NAD+ tym, że grupa OH przy drugim węglu rybozy wchodzącej w skład AMP jest zestryfikowana kwasem fosforanowym. Mimo dużego podobieństwa w budowie, pełnią odmienne funkcje w metabolizmie. NAD+ uczestniczy w reakcjach katabolicznych, przekazuje elektrony i protony na przenośniki łańcucha oddechowego, podczas gdy NAD+ w formie zredukowanej bierze udział w reakcjach anabolicznych, przekazując elektrony i protony na różne związki redukując je.

-FAD również di nukleotyd, gdzie jeden nukleotyd jest wspólny z tym wchodzącym w skład NAD+ i jest nim AMP. Pierwszy z nukleotydów FMN czyli , mononukleotyd flawinowy zbudowany jest z 5cio węglowego alkoholu- rybitolu, następnie z flawiny (układ izoalloksazyny) oraz reszty fosforanowej. Witaminą wchodzącą w skład tego koenzymu jest ryboflawina inaczej witamina B2, która zbudowana jest z flawiny i rybitolu. Elementem aktywnym tego koenzymu jest flawina, to ona przyjmuje i przekazuje dalej elektrony i protony.

-FADH2 zapis formy zredukowanej

-FMN drugi koenzym z grupy tak zwanych koenzymów flawinowych, inaczej mononukleotyd flawinowy, jest elementem składowym FAD. Te koenzymy mają żółtą barwę, wchodzą w skład białek i one też mają barwę żółtą. Zarówno FAD jak i FMN na trwałe łączy się z częścią białkową wyci apoenzymem i próbą rozdzielenia kończy się utratą aktywności.

-koenzym Q (ubichinon) pełni ważną funkcję w łańcuchu oddechowym czyli w transporcie elektronów i protonów

-kwas li pionowy rola jego polega na przekazywaniu elektronów i protonów i w tym procesie biorą udział grupy -SH obecne w tym kwasie, które po oddaniu atomu H tworzą mostki dwusiarczkowe S-S. Bierze udział w innych reakcjach w transporcie grup acylowych. Współudział z di fosforanem tiaminy i koenzymem A podczas dekarboksylacji.

-heminy tworzą grupę prospertyczną wielu enzymów w tym głównie z grupy oksydoreduktaz. Wśród nich są oksydazy cytochromowe, peroksydazy, katalazy. Stanowią nie białkową część cytochromów. Hyminy wchodzące w skład cytochromów mają żelazo, które przyjmuje i oddaje elektrony, zmienia się Fe2+ w Fe3+ i odwrotnie. Hymina jest silnie połączona z białkiem cytochromu wiązaniem kowalencyjnym. Jest białkiem o niskich masach cząsteczkowych, między 11 a 13 kilo Daltonów. Wśród najważniejszych jest koenzym DPT di fosforan tiaminy- forma ufosforylowana witaminy B1- tiaminy (była to pierwsza na świecie poznana witamina). Witamina ta zbudowana jest z pierścienia pirymidynowego i tiazolowego. Miejsce aktywne to dwa atomy węgla pierścienia tiazolowego oraz atom azotu w tym pierścieniu.

---