Biochemia - enzymy - budowa, funkcje i działanie enzymów, Notatki z Biochemia medyczna

Pobierz Biochemia - enzymy - budowa, funkcje i działanie enzymów i więcej Notatki w PDF z Biochemia medyczna tylko na Docsity!

Enzymy to białka. Ich aktywność chemiczna zależy od właściwej budowy, na którą składają się struktura I-rzędowa (sekwencja aminokwasów), II-rzędowa (sposób pofałdowania), III-rzędowa (budowa przestrzenna) oraz IV-rzędowa (białko złożone z kilku podjednostek). Enzymy są biokatalizatorami regulującymi szybkość reakcji biochemicznych zachodzących we wszystkich procesach fizjologicznych. Bez nich normalne funkcjonowanie organizmu jest niemożliwe. Mapy enzymów biorących udział w metabolizmie zasad pirymidynowych - KEGG Metabolic Pathway Database Do wyszukania w internecie… Budowa enzymu Aktywna forma enzymu to holoenzym , który składa się z części białkowej - apoenzymu - połączonej z częścią niebiałkową - kofaktorem. Apoenzym nie jest aktywny dopóki nie utworzy kompleksu z kofaktorem. Kofaktorami mogą być:

grupa prostetyczna - niebiałkowe związki organiczne (hem) trwale połączone z apoenzymem koenzym ( aktywator ) - atomy lub kationy metalu, niebiałkowe cząsteczki organiczne, np. witaminy tworzące kompleks z białkiem

Wyróżnia się 6 różnych grup enzymów ze względu na rodzaj katalizowanych przez nie reakcji: Każdemu enzymowi została przypisana nazwa i czteroczęściowy numer.

Budowa centrum aktywnego enzymu Centrum (miejsce) aktywne (katalityczne) to obszar (zagłębienie) w strukturze białkowej enzymu do którego przyłącza się substrat tworząc kompleks aktywny. Centrum aktywne: ➤ (^) jest układem przestrzennym, zajmuje stosunkowo małą część całkowitej objętości cząsteczki enzymu (apoenzymu), w jego pobliżu znajduje się kofaktor ➤ (^) znajduje się w zagłębieniu powierzchni enzymu ➤ (^) ma charakter niepolarny i niedostępny dla cząsteczek wody ➤ (^) obecność polarnych reszt aminokwasowych dostarcza polarnych grup stanowiących element wiązania i katalizy ➤ (^) kształt miejsca aktywnego jest komplementarny do kształtu przestrzennego substratu, w wiązaniu enzymu z substratem biorą udział słabe wiązania, jak wiązania wodorowe, jonowe, oddziaływania van der Waalsa i hydrofobowe ➤ (^) substrat musi mieć odpowiednią budowę przestrzenną, aby utworzyły się specyficzne wiązania z enzymem

W centrum aktywnym substrat połączony jest z enzymem wiązaniami jonowymi, wodorowymi, za pomocą oddziaływań van der Waalsa i oddziaływań hydrofobowych. Są to słabe wiązania chemiczne, które zapewniają wystarczającą trwałość kompleksowi aktywnemu, żeby mogła zajść reakcja chemiczna a następnie szybkie oddysocjowanie produktu. W kompleksie aktywnym nie tworzą się wiązania kowalency jne , które są trwałe i ich rozerwanie wymagałoby znacznego nakładu energii. Wiązania kowalency jne tworzą się między atomami tego samego pierwiastka. Kowalency jne spolaryzowane tworzą się między atomami różnych pierwiastków, które różnią się znacznie elektroujemnością. Zarówno wiązania kowalency jne jak i kowalency jne spolaryzowane są mocnymi wiązaniami i ich rozerwanie wymaga znacznego nakładu energii. Nie występują one w kompleksie aktywnym, ponieważ uniemożliwiłyby oddysocjowanie utworzonego produktu. Przykładem związku w którym występują wiązania kowalency jne spolaryzowane są cząsteczki wody. W kompleksie aktywnym substrat związany jest z enzymem za pomocą słabszych oddziaływań. Są to wystarczające wiązania do utrzymania trwałości kompleksu aktywnego i zajścia reakcji chemicznej a następnie umożliwiają one oddysocjowanie utworzonego produktu. Dzięki odpowiedniej strukturze apoenzymu enzymy wykazują wysoką specyficzność względem substratów, z którymi się wiążą. Oznacza to, ze utworzenie kompleksu aktywnego może nastąpić tylko z substratem o określonej budowie chemicznej i przestrzennej.

Centrum aktywne jest niewielkie w porównaniu do całkowitych rozmiarów białka. Ta dysproporcja wynika z faktu, że centrum aktywne musi zachować odpowiedni kształt komplementarny z budową substratu i bezwodne środowisko. Te parametry fizykochemiczne może zapewnić tylko cząsteczka o dużych rozmiarach i odpowiednim pofałdowaniu.

Dehydrogenaza alkoholowa katalizuje reakcje utleniania alkoholi do aldehydów. Do aktywności enzymatycznej w sąsiedztwie centrum aktywnego wymagana jest obecność dwóch kofaktorów: cząsteczki NAD+ i jonów cynku (II). W reakcjach redoks utlenianiu jednego związku zawsze towarzyszy redukcja innej cząsteczki. Tutaj podczas utleniania etanolu do aldehydu octowego redukcji ulega cząsteczka kofaktora NAD+ do NADH. W reakcji utleniania uczestniczy również kation cynku (II), który oddziałuje z tlenem z grupy hydroksylowej osłabiając wiązanie między tlenem a atomem wodoru oraz atomem węgla i związanego z nim atomem wodoru. Te oddziaływania ułatwiają oderwanie dwóch atomów wodoru z cząsteczki etanolu i utworzenie cząsteczki aldehydu.

Izoformy enzymów - odmiany tego samego białka enzymatycznego, kodowanego przez ten sam gen. Różne warianty tego samego enzymu powstają w wyniku zmian posttranslacy jnych białka. Poszczególne izoformy mogą się różnić specyficznością substratową, właściwościami regulacy jnymi i odpornością na utratę aktywności w danych warunkach. Enzymy syntetyzowane są w komórkach i tam pełnią swoje funkcje. Tylko nieliczne wydzielane są na zewnątrz komórek. Każda tkanka posiada swój specyficzny profil enzymatyczny i wykrycie zmian stężenia lub aktywności konkretnych enzymów pozwala określić rodzaj zmian patologicznych zachodzących w określonych narządach. Pojawienie się enzymów wewnątrzkomórkowych w płynie pozakomórkowym może świadczyć o uszkodzeniu komórek danej tkanki. Wykorzystywane jest to w diagnostyce medycznej.

Do zapoczątkowania każdej reakcji chemicznej potrzebna jest energia zwana energią aktywacji. Naturalne procesy przebiegają w kierunku osiągnięcia jak najniższej energii końcowej , ponieważ stan najniższej energii jest najbardziej stabilny termodynamicznie. Osiągnięcie niższej energii przez produkty jest zjawiskiem korzystnym , ale żeby osiągnąć ten stan końcowy niezbędny jest wkład energii do zapoczątkowania reakcji z udziałem substratów. Im niższa jest energia aktywacji tym szybciej zachodzi reakcja chemiczna. Wiele procesów biochemicznych zachodzi dzięki energii uwalnianej przez ATP. Rola enzymów jako biokatalizatorów polega na obniżeniu energii aktywacji danego procesu co wpływa na znaczne przyspieszenie zachodzenia danej reakcji.

Analizując te równania można dojść do wniosku, że przy stałym stężeniu enzymu szybkość reakcji w pewnych granicach zależy od stężenia substratu. Na wykresie widzimy krzywą opisującą wzrost szybkości reakcji enzymatycznej w funkcji stężeniu substratu. Można zauważyć, że przy niewielkim stężeniu substratu pojawia się liniowa zależność między stężeniem substratu a szybkością reakcji. Przy odpowiednio dużych stężeniach substratu szybkość reakcji zbliża się do wartości maksymalnej , która odpowiada sytuacji całkowitego wysycenia enzymu przez substrat. V max - szybkość maksymalna S - stężenie substratu Km - stała Michaelisa Stała Michaelisa oznacza stężenie substratu, przy którym szybkość reakcji jest równa połowie szybkości maksymalnej ( = obsadzenie połowy miejsc aktywnych)

Co to oznacza? Przykład: Katalaza posiada wartość 40 000 000 co oznacza, że w czasie 1 sekundy może przekształcić 40 000 000 cząsteczek substratów w odpowiednie produkty.

Wpływ środowiska na aktywność enzymatyczną

Lizozym to enzym powszechnie występujący - znajduje się m.in. we łzach, ślinie, surowicy, mleku czy białku jaja kurzego. Działa on hydrolitycznie na wiązania glikozydowe cząsteczek cukrów budujących ściany komórkowe bakterii Gram dodatnich. Struktury I, II i III rzędowe lizozymu zostały scharakteryzowane i ogólna budowa tego białka jest przedstawiona na tym slajdzie. W centrum aktywnym lizozymu, w którym dochodzi do lizy, znajdują się reszty kwasu asparaginowego i kwasu glutaminowego. Lizozym wykazuje optimum aktywności przy pH = 6-7, ponieważ w tych warunkach reszta kwasu asparaginowego jest zjonizowana a reszta kwasu glutaminowego występuje w formie niezjonizowanej.

Niektóre enzymy składają się z kilku podjednostek - takie enzymy nazywamy allosterycznymi. Poszczególne podjednostki takich enzymów pełnią różne funkcje. Jedne podjednostki pełnią funkcje katalityczne , inne natomiast regulatorowe. Te regulatorowe połączone są z katalitycznymi i wpływają na ich aktywność. Przyłączenie inhibitora do p. regulatorowej powoduje zmianę kształtu p. katalitycznych i stabilizację tych nieaktywnych form białka. Stabilizowanie konformacji nieaktywnych form powoduje deaktywację enzymu. Do p. regulatorowych może przyłączyć się również cząsteczka zwana aktywatorem. Po połączeniu się aktywatora z formą regulatorową dochodzi do stabilizowania konformacji aktywnej p. katalitycznych i zwiększenia aktywności takiego białka.