Biochemia 9.10.2010r.

Koenzymy:

-koenzym A - prekursor: kwas pantotenowy - choroby: zapalenia skóry

- FAD, FMN - rybpflamina Wit. B2 - niedobór wzrostu

- NAD, NADP - niacyna - pelagra

-pirofosforan tiaminy - tiamina Wit B1 - beri-beri

-tetrahydrofolian - kwas foliowy - niedokrwistość

- deoksyadaneozynokobalamina - kobalamina witamina B12 - niedokrwistość złośliwa

- kosubstraty do hydroksylacji proliny - witamina C - szkorbut

- fosforan pirydoksu - pirodyksma witamina B6 - zapalenie skóry

Centrum aktywne enzymu:

Na powierzchni cząsteczki enzymu znajduje się zagłębienie będące miejscem wiązania substratu, nazywane centrum aktywnym

Przestrzenne dopasowanie substratu do centrum aktywnego enzymu umożliwia ich związanie i wytworzenie kompleksu enzym - substrat (ES) a w efekcie obniżenie energii aktywacji reakcji, której następnie ulegnie substrat.

Energia aktywacji to taka ilość energii, która jest niezbędna do zapoczątkowania reakcji chemicznej.

Specyficzność substratowa:

-enzymy są specyficzne względem substratów, co oznacza, że jeden rodzaj enzymu katalizuje tylko jeden rodzaj reakcji (pasują do siebie jak klucz do zamka)

-każda cząsteczka biokatalizatora może być wykorzystywana wielokrotnie, przetwarzając kolejno wiele cząsteczek substratu (nie zużywa się w czasie pojedynczej przemiany)

-istotnie jest, że enzymy nie przesuwają stanu równowagi katalizowanej reakcji, a jedynie skracają czas potrzebny na jego osiągnięcie.

Klasyfikacje enzymów:

Podział enzymów zaproponowana w 1961 r. Komisja Enzymowa Międzynarodowej Unii Biochemicznej, a podstawą klasyfikacji stał się rodzaj katalizowanej reakcji.

Wyróżniono sześc klas enzymów:

1. oksydoreduktazy (przenoszenie elektronów) A+B<>A+B

2. transferazy (przenoszenie grup funkcyjnych)AB+C<>AC+B

3. hydrolazy (reakcje hydrolizy)AB+HOH<>AH+BOH

4. liazy(rozszczepianie wiązań)AB<>A+B

5. izomerazy (przenoszenie grup w obrębie cząsteczki) AB<>A'B'

6. ligazy (tworzenie wiązań)A+B+ATP<>AB+ADP+Pi

(Izoenzymy dehydrogenazy mleczanowej)

LDH:

-H4 - serce; erytrocyty

-H3M - serce; erytrocyty

- H2M2 - Mózg; nerki

- HM3 - wątroba; mięśnie

- M4 - wątroba; mięśnie

Kinetyka enzymów:

Szybkość działania enzymów:

- stężenie substratu

- stężenie enzymu

- temperatura

- wartość pH

Jednostka aktywności enzymu - U:

Podstawą oznaczania aktywności enzymatycznej jest pomiar szybkośc reakcji, określonej jako szybkość zużycia substratu lub tworzenia produktu. Zaproponowano jednostke standardową enzymu (U). jest to taka ilośc enzymu, która katalizuje przekształcenie 1 mikromola substratu w ciągu 1 minuty w warunkach optymalnych, przy pełnym wysyceniu enzymu substratem, w temperaturze 30˚C

Aktywność optymalna:

Na aktywność enzymów spływają różne czynniki, wśród nich wymienić można temperaturę i pH:

- wraz ze wzrostem temperatury rośnie szybkość reakcji enzymatycznych. Jednak po przekroczeniu pewnej wartości szybkości ta nagle spada, co jest wynikiem cieplnej denaturacji enzymu

- optymalna temperatura to taka przy której szybkość katalizowanej reakcji jest najwyższa

- nie można wyznaczyć reguły w przypadku wpływu pH na aktywność enzymatyczną, ponieważ enzymy wykazują dużą różnorodność enzymatyczną w zależności od środowiska w jakim działają

-przykładem mogą być enzymy trawienne, spośród których amylaza ślinowa wykazuje optimum w środowisku obojętnym, pepsyna w kwaśnym, trypsyna w zasadowym

Aktywatory enzymów:

-wolne grupy SH

- jony Mg

- jony Ca

- proenzymy ->enzymy

Inhibicja enzymów:

- odwracalna:

*kompetencyjna

*niekompetencyjna

*allosteryczna

- nieodwracalna

Hamowanie kompetencyjne (współzawodnicze):

-określa sytuację, w której dwa rodzaje cząsteczek - substrat i inhibitor - współzawodniczą o jedno centrum aktywne; znoszone jest przez zwiększenie stężenia substratu (powoduje wypieranie inhibitora); ten typ inhibicji wykorzystywany jest w przypadku leczenia ludzi zatrutych metanolem - w charakterze inhibitora kompetencyjnego podaje się wówczas etanol.

Hamowanie niekompetencyjne:

(niewspółzawodniczenie):

Takie, którym centrum aktywne enzymu blokowane jest częściowo przez substancję niepodobną do substratu; pomimo tego substrat może być wiązany, ale reakcja ulega hamowaniu; przykładem inhibitorów niekompetencyjnych są jony metali ciężkich (miedzi, rtęci)

Regulacja allosteryczna:

Polega na odwracalnej zmianie kinetyki reakcji enzymatycznej pod wpływem związku (ligandu), który może przyłączyć się do enzymu w miejscu innym niż substrat, nazwanym centrum allosterycznym. Ligand taki powoduje zmiany konformacyjne enzymu podlegającego regulacji, która może polegać na inhibicji lub indukcji (aktywność enzymu wzrasta po przyłączeniu ligandu do centrum allosterycznego).

Kinetyka reakcji - stała Michaelisa:

-wykres zależności szybkości reakcji enzymatycznej od stężenia substratu nosi nazwę krzywej Michaelisa

- w zakresie niskich stężeń substratu szybkośc reakcji rośnie liniowo ze wzrostem stężenia substratu, zaś przy stężeniach przekraczających pewną wartość, szybkość ta osiąga wartość maksymalną i nie ulega zmianie.

-można wyznaczyć takie stężenia substratu, przy którym szybkośc katalizowanej rekacji osiąga połowę szybkości maksymalnej - stężenie to nazwane zostało stałą Michaelisa (Km)

-przy stężeniach substratu równym stałej Michealisa enzym wysycany jest w połowie (połowa enzymu występuje w postaci kompleksu E-S)

Szybkość reakcji:

Vmax to szybkość reakcji przy hipotetycznym nieskończonym stężeniu substratu, wiąże się ona ze stężenia enzymu E za pomocą równania:

Vmax = kcat *[E]

Gdzie Kcat stała katalityczna

Równanie Michaelisa - Menten:

Km to takie stężenie substratu, przy którym szybkość jest połową szybkości maksymalnej. W praktyce jednaka nie wyznacza się tej samej wartości Km lecz Vmax Km lub Kcat przez Km. Szybkość reakcji V dla danego stężenia substratu S jest opisana równaniem Michealisa - Menten

Aminokwasy i białka:

Hemoproteiny:

Profina, izoprofina, chlorofil, hem

Hemoproteiny:

- mioglobina

- hemoglobina

- hemoglobina płodowa

- hemoglobina sierpowata

- karboksyhemoglobina

- methemoglobina

Mioglobina, hemoglobina

Hemoglobina (oznaczona również Hb lub HGB) - czerwony barwnik krwi, białko zawarte w erytrocytach, którego funkcja jest przenoszenie tlenu - przyłączenie go w płucach i uwalnianie w tkankach. Mutacje genu hemoglobiny prowadzą do chorób dziedzicznych anemii sierpowej, talasemu lub rzadkich chorób zwanych hemoglobinopatiami.

Budowa hemoglobiny:

- cząsteczka hemoglobiny jest tetrametrem złożonym z dwóch podjednostek (białek): alfa i dwu podjednostek beta. Podjednostki nie są związane kowalencyjnie.

- każda podjednostka zawiera, jako grupę prostetyczną (niebiałkową) cząsteczkę hemu. Cząsteczka hemu zawiera położony centralnie atom żelaza umożliwiający jej wiązania cząsteczek tlenu.

Hemoglobiny prawidłowe:

HbA - prawidłowa hemoglobina dorosłych

HbA2 - prawidłowa hemoglobina dorosłych stanowi około 1.5% - 3% hemoglobiny

HbF - hemoglobina płodowa, ma większe powinowactwo do tlenu niż HbA, dzięki czemu jest w stanie pobrać tlen z krwi matki w łożysku i uwolnić ją w tkankach płodu. W życiu pozamacicznym jest zastępowana, gdyż słabiej uwalnia tlen w tkankach przy wyższym ciśnieniu parcjalnym tlenu. U dorosłych do 2%.

Hemoglobiny embrionalne - mają podobne właściwości ja HbF:

-hemoglobina gower 1

- hemoglobina gower 2

- hemoglobina Portland

HbA - HbA z przyłączoną nieezymatycznie, trwale cząsteczka glukozy do N-końcowych aminokwasów łańcuchów globiny.

- duże stężenie świadczy o proporcjonalnie podwyższonej glikemii co może pozwolić na określenie średniego poziomu glukozy w surowicy przez okres 2-3 miesięcy, co ma znaczenie w ocenie skuteczności leczeni a cukrzycy

-norma stanowi 4-6% ogólnej ilości hemoglobiny. Produkty przejściowe pomiędzy HbA1 a HbA2 stanowią jony HbA1 wraz HbA2. Będące zasadami Schaffa w utlenowanych - glukoza jest przyłączona odwrotnie.

-ogólna budowa wszystkich form glikozydowej hemoglobiny powinna mieścić się w zakresie 6-8% ogólnej ilości hemoglobiny.

Hemoglobiny nieprawidłowe:

HbS - mutacja punktowa - podmiana hydrofilowego kwasu glutaminowego w pozycji A2 na hydrofobową walinę co powoduje powstanie lepkich miejsc i tworzenia agregatów nieutlenowanej HbS, które zniekształcają erytrocyty prowadząc do niedokrwistości sierpowatej krwinkowej

HbM - mutacja powodująca zmianę histydyny w pozycji F8 na tyrozynę, która stabilizuje żelazo w hemie w formie Fe3+ zamiast Fe2+. Hemoglobina z Fe3+ nazywa się methemoglobiną metHb i nie wiąże się z tlenem.

Hemoglobina typu Chesapeake - zmiana argininy w leucynę w pozycji FG 4(92 w łańcuchu). Dostarczenie w skutek tego zbyt małej ilości tlenu do tkanki powoduje hipoksje.

Hemoglobina typu Lepore - hemoglobina w jednym z typów β-talasemii czynnik delecji genu kodujący łańcuch β i δ. Ich resztki tworzą łańcuch kodujący łańcuch Lahore.

Hemoglobina typu Bristol - zmiana waliny w kwas asparaginowy w pozycji 67 łańcucha beta. Zmiana nie powoduje zaburzenia funkcji.

Hemoglobina typu Sydney - zmiana waliny na alaninę w pozycji 67 łańcucha beta. Zmiana nie powoduje zaburzenia funkcji.

Hemoglobina typu Hikari - zmiana lizyny na asparaginę w pozycji 61 łańcucha β. Zmiana nie powoduje zaburzenia funkcji

Hemoglobina typu Milwaukee - zmiana waliny na kwasy glutaminowe w pozycji 67 łańcucha β. Zmian nie powoduje zaburzenia funkcji.

Zmiany konformacji pod wpływem tlenu:

- połączenie cząstki tlenu do jednej z czterech cząsteczek hemu hemoglobiny powoduje zmianę struktury drugo-, trzecio- i czwartorzędowej całego tetrameru

- przyczyna jest wsunięcie atomu żelaza (położonego w przypadku nieutlenowanej hemoglobiny w odległości około 0,06nm od płaszczyzny hemu) w płaszczyznę pierścienia hemu po połączeniu z tlenem

-wsunięcie atomu żelaza pociąga związaną z nim tzw. Histydynę proklsymalną leżącą w pozycji 8 co powoduje przemieszczanie sąsiednich łańcuchów globiny

-doprowadza to w rezultacie do pęknięcia wiązań poprzecznych pomiędzy końcami karboksylowymi wszystkich czterech cząsteczek globiny. W efekcie dochodzi do rotacji pary α1 i β1 względem pary α2 i β2 o 15˚

Hemoglobina R i T

-konformacja, w której hemoglobina jest tylko częściowo utlenowana, określana jest jako stan T (od ang. Taut - naprężony ), zaś konformacja całkowicie utlenowanej hemoglobiny po wykonaniu obrotu o 15˚ - jako stan R (ang. Relaxed - rozluźniony)

-hemoglobina w stanie R wykazuje większe powinowactwo do tlenu aniżeli w stanie T. w związku z tym także połączenie w płucach cząstki tlenu do hemoglobiny ułatwia przyłączenia następnych tzw. Wiązanie kooperacyjne zaś odczepienie każdej cząsteczki tlenu w tkankach ułatwia uwalnianie kolejnych cząstek tlenu.

---