wyklad w11, studia, bio, 3rok, 6sem, enzymologia, enzymologia wykłady


12.05.2008r.

Mechanizm działania enzymów (przykłady)

Hydrolazy glikozydowe

α - amylaza: należy do podklasy 2 klasy hydrolaz (Hydrolazy glikozydowe) EC 3.2.1.1.,
4 - glukanohydrolaza - α - 1,4 - glukanu, tnie nie wszystkie wiązania wewnętrzne α - 1,4 - glikozydowe w amylozie i amylopektynie, amyloza (liniowy komponent skrobi) wykazuje strukturę 2 - go rzędową helikalną

wiele α - amylaz tnie wiązania co 6 jednostek

końcowe produkty degradacji amylazy i amylopektyny zależą od pochodzenia enzymu,
od jego specyficzności: mieszanina maltooligosacharydów (maltorioza, maltoza i inne), zdarza się że są pewne ilości glukozy (jeżeli enzym działa wystarczająco długo na substrat), w przypadku działania na amylopektynę powstaje izomaltoza

α - amylazy najbardziej rozpowszechnione w przyrodzie: bakterie, grzyby strzępkowe, drożdże amylolityczne, rośliny, zwierzęta

skrobia jeden z najłatwiej przyswajalnych węglowodanów i dla większości organizmów stanowi dobrze przyswajalne źródło węgla

znana jest struktura molekularna licznych α - amylaz

domena β - α - 8 - beczułki (2 warstwy)

zewnętrzna: 8 odcinków helikalnych,

wewnętrzna: 8 odcinków o strukturze β - fałdowej

α - amylaza należy do enzymów o strukturze α/ β (przemieszane są te odcinki)

rozciągnięta struktura β - α - 8 - beczułki (poddomena D)

w obszarze wiążącym substrat w α - amylazach występują liczne podmiejsca wiążące są dopasowane do glukozy, szczególnie ważne podmiejsca 6,7 - są tam zlokalizowane aminokwasy katalityczne

obecność podmiejscy wiążących: wiążą takie same reszty glukopiranozy stanowiące część łańcucha skrobi

do proteinaz: określając specyficzność substratową, reszty nie są jednakowe, podmiejsca wiążące określają nie tylko przy jakim aminokwasie następuje cięcie wiązania peptydowego ale również określa się rodzaje preferowanych reszt aminokwasów zarówno w stronę C - końca jak i N - końca

0x01 graphic

0x01 graphic
(odpowiednie podmiejsca wiążące)

↓ - wiązanie peptydowe jest rozkładane

okazuje się, że te aminokwasy poprzedzające reszty aminokwasów aromatycznych jak i następujące po tych aminokwasach po rozkładanym wiązaniu peptydowych też są rozpoznawane przez enzym i określając specyficzność substratową korzystamy z odpowiednich kinetycznych substratów różniących się resztami przed resztą przy której jest rozkładane wiązanie peptydowe i za tą resztą, określenie tych reszt preferowanych przez dany enzym rozszerza informacje o jego specyficzności substratowej (bo te reszty nie są obojętne na działanie enzymu)

enzym preferuje pewne reszty przed i za aminokwasem przy którym jest rozkładane wiązanie peptydowe

Mechanizm działania α - amylazy

W 1994r. Mazur i inni zaproponowali mechanizm hydrolizy enzymatycznej wiązania α - 1,4 - glikozydowego w skrobi przez α - amylazę, obecnie uznawany za najbardziej prawdopodobny.

W reakcji uczestniczą 2 reszty Asp (Asp197, Asp300) i 1 reszta Gln (Gln233) oraz sprzężony z Asp197 łańcuch przeniesienia protonu, obejmujący w α - amylazie trzustki wieprzowej Tyr62…Asp96 i Arg195, z której proton jest przekazywany na katalityczny Asp197. W Taka-amylazie A. oryzae obejmuje on His296…Tyr82…Asp117 i Asp204 → Asp206 (kat.).

Reakcja amylolizy składa się z kilku etapów:

  1. przyłączenie cząsteczki H2O do katalitycznego Gln233

  2. nukleofilowy atak tlenu z H2O na C1 rozszczepianego wiązania glikozydowego

  3. protonacja cyklicznego atomu w reszcie glukopiranozy z C1 rozszczepianego wiązania proton (dostarcza w/w łańcuch przeniesienia, kończący się zawsze Asp), zdarzenie (2) i (3) daje w efekcie otwarcie pierścienia glukopiranozy (pęknięcie wiązania hemiacetalowego), przy czym do C1 przyłącza się -OH z cząsteczki H2O; H z cząsteczki H2O protonuje -COO- w Gln233, a H z Arg tlen rozszczepionego wiązania hemiacetalowego

  4. rotacja wokół wiązań C1 - O (glikozydowe) i O - C4 prowadzi do zmiany położenia grupy -OH przy C1, tak że może ona utworzyć mostek wodorowy z Asp300

  5. w wyniku (4) następuje rozszczepienie wiązania glikozydowego C1 - O, a powstały koniec jednego z produktów tworzy nadal mostek wodorowy z Gln233; przy C1 drugiego produktu jest grupa karbonylowa C1 = O

  6. grupy - C1 = O atakuje nukleofilowo tlen przy C5 tej samej reszty, co prowadzi do zaniknięcia pierścienia glukopiranozy i oddanie protonu z C5 - OH na -COO-Asp197, towarzyszy temu uwolnienie obu produktów.

Mechanizm dość skomplikowany! (reszty katalityczne, opis w punktach kolejnych etapów reakcji, łańcuch przeniesienia protonów, udział wody na początku reakcji)

β - galaktozydaza: stosunkowo rozpowszechniona w przyrodzie, rozkłada cukier mleczny - laktozę, ale nie tylko, rozkładają też różne oligosacharydy w skład, których wchodzą reszty β - galaktozy połączone między sobą wiązaniami β - 1,4 - glikozydowymi, enzym wytwarzany przez śluzówkę jelita cienkiego (z wiekiem coraz bardziej jest upośledzona biosynteza enzymu - pojawia się nietolerancja laktozy; wzdęcia, biegunki, gazy, obecność laktozy w treści pokarmowej powoduje kłopoty z wchłanianiem wody)

(mleko bezlaktozowe)

enzym produkowany przez liczne drobnoustroje, występuje również u roślin

enzym in vitro - do usuwania laktozy z produktów mlecznych; w pewnych warunkach może syntetyzować wiązania β - 1,4 - glikozydowe, wykorzystywany do syntezy galaktozydów (probiotyki - stymulują rozwój korzystnej mikroflory bakteryjnej w przewodzie pokarmowym człowieka)

u drobnoustrojów morskich (tłuszcze stanowią głowne źródło węgla, mleko nie zawiera laktozy), ale wykorzystywany do trawienia laktozy (wyspecjalizowane w trwieniu pewnych frakcji węglowodanów występujących w glonach morskich)

najwcześniej została rozwiązana struktura β - galaktozydazy u drobnoustrojów E. coli (domena α - β - 8 - beczułki), homotetramer - 4 identyczne podjednostki (po 1023 aminokwasy)

(do ewentualnego dopracowania fragment) ↓

2 modele mechanizmu hydrolizy laktozy przez β - galaktozydazę

Mechanizm działania β - galaktozydazy wg Espinozy i innych (ksero)

Właściwym substratem dla β - galaktozydazy jest allolaktoza (wiązanie β - 1,6).

1. transglikozylacja z utworzeniem allolaktozy

2. wchodzi do reakcji cząsteczka wody, następuje hydroliza wiązania glikozydowego

odszczepia się cząsteczka glukozy

Model wg Chen'y i innych

Zakłada szczególną rolę Gln i reszty Tyr

Pękniecie wiązania glikozydowego i odszczepienie reszty glukozy

Powstaje galaktalyzowany enzym

Wchodzi do reakcji cząsteczka wody

W mechanizmie reakcji z udziałem β - galaktozydazy woda wchodzi do reakcji w drugim etapie, natomiast w działaniu α - amylazy woda na początku jest niezbędna dla zajścia reakcji.

Enzymy drobnoustrojów ekstremofilnych

Ekstremofile:

- ze względu na temperaturę:

psychrofilne: właściwe (temp. wzrostu poniżej 15°C), psychrotrofy (wyższe temp. wzrostu ok. 20°C) - te które wg definicji tworzą makroskopową kolonię w 0°C w czasie do 2 tygodni; pierwszy psychrofilny drobnoustrój wyizolowany z ryby

mezofilne

termofilne

granice: -40°C - 140°C

najniższa temp. dla psychrofili -20°C (np. soczewkowate twory znajdujące się w wodzie morskiej [woda morska - duże stężenia soli])

wieczne zmarzliny w tundrze syberyjskiej aktywność metaboliczna przejawiana w temp. -39°C (-40°C)

najwyższa temp. 121°C, w 130°C przeżywalność jeszcze przez 2h

górna granica dla istnienia życia 140°C

niestabilność koenzymów (główna bariera)

hipertermofile optymalna temp. wzrostu 90°C (archeon - „ognisty ziarniak”)

narzędzia dane człowiekowi przez drobnoustroje hipertermofilne do biologii molekularnej - polimeraza DNA Taq

- ze względu na warunki środowiska:

halofile (produkują substancje, które zatrzymują wodę w cytozolu) - optymalny rozwój przy 19% stężeniu NaCl (przy 30% NaCl - możliwe przetrwanie)

kserofile - odporne na wysuszenie (aktywność wody poniżej 0,8)

osmofile - środowisko o dużym stężeniu cukrów [miód, marcepan]

acidofile - w niskim pH, tzn. poniżej 3 (np. archeon o optymalnym pH 0,7 [przy pH 0 też się rozwija]

alkalofile - pH powyżej 10 (górna granica 13)

endolity - zasiedlają pęknięcia skał („żywią się skałami”) np. na głębokości 3km pod powierzchnią Ziemi (są termofilami - wysoka temp.)

121°C

hipolity - na skałach, zarówno w wysokich jak i niskich temp., głównie cyjanobakterie
(w skałach dużo kwarcu), te drobnoustroje posiadają filtry UV

piezofile (dawne barofile) - do 1200 atmosfer, w Rowie Mariańskim

oligofile - przy niskim stężeniu substancji odżywczych, poniżej 1 ppm, np. w tzw. clean rooms, w większości oceanów

radiofile - odporne na promieniowanie γ

kaptofile - rozwijają się przy wysokich stężeniach CO2



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
enzymologia w8, studia, bio, 3rok, 6sem, enzymologia, enzymologia wykłady
enzymologia w10, studia, bio, 3rok, 6sem, enzymologia, enzymologia wykłady
enzymologia w7, studia, bio, 3rok, 6sem, enzymologia, enzymologia wykłady
Przykłady zastosowania enzymów, studia, bio, 3rok, 6sem, enzymologia
metody dezintegracji komórek, studia, bio, 3rok, 6sem, biotechnologia, wyklad
pomoc od Jakubowskiego, studia, bio, 3rok, 6sem, biotechnologia, wyklad
Zestaw pytanbiof, studia, bio, 3rok, 6sem, biofizyka, wyklad
spr6, studia, bio, 3rok, 6sem, biotechnologia, lab
sprawko 6 Rafała, studia, bio, 3rok, 6sem, biotechnologia, lab
spr11, studia, bio, 3rok, 6sem, biotechnologia, lab
sprawozdanko moje - 7, studia, bio, 3rok, 6sem, biotechnologia, lab
Sprawko 7, studia, bio, 3rok, 6sem, biotechnologia, lab
Base Form, studia, bio, 3rok, 6sem, ang
spr9, studia, bio, 3rok, 6sem, biotechnologia, lab
irregular, studia, bio, 3rok, 6sem, ang
Przygotuj się fizycznie przed wyjazdem w góry, studia, bio, 3rok, 6sem, inf
kanaly sodowe, studia, bio, 3rok, 6sem, biofizyka, pwr

więcej podobnych podstron