Enzymy

Enzymy są białkowymi biokatalizatorami, które katalizuja większość reakcji chemicznych w organizmie. Katalizatorami mogą być też RNA i metale, jednak w większość role tą pełnią enzymy.

HOLOENZYM = APOENZYM (białko) + KOFAKTOR

Kofaktorem może być metal (Mg, Zn, Mo, Mn, K, Ni) lub koenzym (NAD, NADP, FMN, FAD, CoQ, CoA). Jeśli kofaktor związany jest kowalencyjnie z apoenzymem wtedy określa się go mianem grupy prostetycznej.

Większość koenzymów wykazuje podobieństwo do witamin.

Działanie enzymu wyjaśnili Michelis i Menten mówiąc, że enzym wiaże się z substratem/substratami tworząc kompleks enzym substrat, a następnie wydzielając produkt.

ENZYM + SUBSTRAT ---> KOMPLEKS ENZYM-SUBSTRAT ---> ENZYM + PRODUKT

Miejsce aktywne:

• Obszar który wiąże substraty i kofaktor (jeśli takowy istnieje)

• zawiera reszty aminokwasowe, które biorą bespoedni udział w tworzeniu bądź zrywaniu wiązań

• aminokwasy znajdyjące się w miejscu aktywnym, są przestrzennie bardzo blisko siebie, jednak liniowo są od siebie dość znacznie oddalone

• zajmuje ono dość małą część enzymu bedąc szczeliną/zagłebieniem w cząsteczce, badź też powierzchnią (chymotrypsyna) niedostępną dla wody z wyjątkiem reakcji hydrolizy

• zbudowane jest z 4 rodzajów aminokwasów:

1. Kontaktowe - odpowiedzialne za 1 etap procesu katalizy, określaja specyficzność enzymu, są to najczesciej aminokwasy z polarnymi grupami bocznymi (glutaminian, seryna, histydyna, cysteina, lizyna)

2. Pomocnicze - utrzymują substrat w miejscu aktywnym poprzez tworzenie wiazań jonowych

3. Współdziałajace - stanowią one szkielet dla aminokwasów kontaktowych i pomocniczych nadając odpowiednią konfigurację miejscu aktywnemu

4. Zbędne - można je odszczepić, nie będzie to miało wpływu na reaktywnośc miejsca aktywnego

• minimalna zmiana konformacji miejsca aktywnego niszczy/degeneruje działanie enzymu

Modele działania miejsca aktywnego:

• zamka i klucza (idealne dopasownie substratu i enzymu)

• Indukcyjnego dopasowania (substrat pasuje prawie idealnie, dopasowuje się w momencie łączenia z miejscem aktywnym)

• trzypunktowego dołączenia (wystarczy ze dopasuje się jeden punkt, a pozostałe 2 dolaczone są automatycznie)

• katalizy polifunkcyjnej

• pułapki (odległość w miejscu aktywnym jest wieksza niż odległośc wiązania w czasteczce, wskutek czego nastepuje rozerwanie wiązania i rodzielenie substancji np. Arginaza hydrolizuje argininę do mocznieka i ornityny)

Działanie enzymu:

• zwiększa prawdobodobienstwo zderzeń reagujących cząsteczek

• ukierunkowuje reagujące czasteczki sprowadzając je blisko siebie

• obniza energię aktywacji reakcji

Porównanie enzymów z katalizatorami nieorganicznymi
Enzymy	Katalizatory nieorganiczne
+ Obniżają EA (ale dużo mocniej)	+ Obniżają EA (jednak slabiej niż enzymy)
- Działają w pośrednich stanach skupienia pomiędzy katalizatorem, a substratem (błona komórkowa - miejsce reakcji na zewnątrz)	- Działają w różnych stanach skupienia katalizatora i substratu
- Są wrażliwe na czynniki fizykochemiczne	- Nie są wrażliwe na warunki fizykochemiczne
- Posiadają większą aktywność molekularną (pracują szybciej i tworzą więcej produktów)	- Posiadają mniejszą aktywność molekularną
- Są specyficzne dla danych reakcji	- Katalizują szereg różnych reakcji

Specyficzność działania enzymów:

• działania (absolutna): 1 enzym = kataliza 1 reakcji

• grupowa: może katalizować kilka związków, które jednak posiadają wspólną cechę np. obecność reszty fosforanowej

• stereochemiczna: L-enzym działa na L-substratu (izomerazy)

• miejsca ataku: zależność od miejsca przyłączenia substratu do miejsca aktywnego (środej badź skraj substratu)

Aktywatory enzymów:

• wolne grupy SH po śmierci organizmu aktywuja katapsyny, które rozpoczynają hydrolizę tkanek

• zwiększanie bądź zmniejszanie eksresywnosci genów kodujących dany enzym

• regulacja enzymów allosterycznych poprzez efektory allosteryczne

• zymogenowa czyli usuniecie inhibitora maskujacego miejsce aktywne (dotyczy to głównie enzymów proteolitycznych, których miejsca aktywne są przysłonięte kilkunastoma aminokwasami, aby nie doszło do rozkładania własnych tkanek (np. Trypsynogen pod wplywem enteropeptydazy przechodzi w Trypsyne))

Modyfikacja kowalencyjna:

Jest to fosforylacja bądź defosforylacja służąca włączaniu bądź wyłączaniu szkalu metabolicznego. Najczęściej dotyczy grup -OH: seryny, treoniny, tyrozyny; oraz pierścienia imidazolowego histydyny.

Enzymy aktywowane przez fozforylację:

• fosforylaza glikogenowa

• lipazy

• kinazy białkowe

Enzymy inaktywowane przez fosforylację:

• syntaza glikogenowa

• karboksylaza acetylo-CoA

• kinaza pirogronianowa

Inhibicja enzymu:

• odwracalna:

• kompytycyjna

• niekompytycyjna

• nieodwracalna

Inaktywatory - czynniki niespecyficzne takie jak: pH, temperatura, siła jonowa, denaturacja białka

Inhibitory - czynniki specyficzne

Przykłady inhibicji nieodwracalnej:

• DIPF (diizopropylofluorofosforan) - nieodwracalnie hamuje działanie estrazy acetylocholinowej.

• Amid kwasu jodooctowego - modyfikuje reszty SH cysteiny, podobnie jak jony metali ciezkich

• Penicylina - modyfikuje kowalencyjnie miejsce aktywne peptydylotransferazy glikopeptydów, która potrzebna jest bakteriom do budowy szczelnych blon komórkowych. Tworzy ona estrowe połącznienia z łańcuchem koenzymu

• Aspiryna - acyluje serynę - centrum aktywne cyklooksygenazy, blokując szlak kwasu arachidonowego

Przykłady inhibicji odwracalnych:

• Kompytycyjna (inhibitor jest analogiem substratu, blokujac miejsce aktywne. Zwieksza ona stałą Michaelisa nie wpływając na szybkość reakcji. Wiele inhibitorów kompytycyjnych to leki)

• Allopurinol - analog puryny, hamuje oksydazę ksantynową

• Metotrekstat - analog tetrahydrofoliany, wiaże się z reduktazą rybonukleotydową blokując redukcje dihydrofolianu do tethydrofolianu

• Antywitaminazy

• ATP - inhibitory oksydoreduktaz (NAD, NADP)

• 2,3-difosfoglicerynian - hamuje fosfomutazę glicerynianową

• analogi kwasu foliowego

• antagoniści witaminy B

• inne...

• Niekompytycyjna (enzym posiada inne miejsce na inhibitor niekompytycyjny. Zmienia się konformacja miejsca aktywnego)

• fosforylacja grup OH seryny

• modyfikacja grup SH cysteiny

• działanie metali cięzkich w stezniach większych niż 10^-3

• hamowanie enzymów zawierajacych jony metali w miejscu aktywnym np. HCN jest wiązany przez układy enzymatyczne zawierające żelazo przenoszące elektrony w układach oksydacyjno redukcyjnych

W organizmie wystepuje dodtakowo regulacja szlaków enzymatycznie katalizowanych poprzez sprzezenie zwrotne tzn. produkt jest inhibitorem enzymów katalizujacych pierwsze reakcje szlaku

Enzymy allosteryczne:

Posiadają 2 miejsca aktywne: kontaktowe i allosteryczne. Mają budowę tetrameryczną.

Izoenzymy:

Są to te same enzymy, ale działajace w róznych miejscach i w różnych stanaach skupienia:

• kinaza kreatynowa

• fosfataza kwaśna i zasadowa

• dehydrogenaza mleczanowa

• aminotransferazy

• amylaza

• dysmutaza ponadtlenkowa (zmiatacz wolnych rodników blonowy, mitochondraialny i cytoplazamatyczny)

---