Opcenito o enzimima - prezentacija, Slajdovi' predlog Biohemija. Sveučilište u Zagrebu
tena_zovko
tena_zovko

Opcenito o enzimima - prezentacija, Slajdovi' predlog Biohemija. Sveučilište u Zagrebu

PDF (6 MB)
28 str.
4broj preuzimanja
157broj poseta
Opis
Strukturna komplementarnost, model izravnog pristajanja, Michaelis-Mentenjcna kinetika, pre-steady state, krivulja saturacije, maksimalna brzina, prometni brojevi enzima, alostericki enzimi, biokemija
20 poeni
poeni preuzimanja potrebni da se preuzme
ovaj dokument
preuzmi dokument
pregled3 str. / 28
ovo je samo pregled
3 prikazano na 28 str.
preuzmi dokument
ovo je samo pregled
3 prikazano na 28 str.
preuzmi dokument
ovo je samo pregled
3 prikazano na 28 str.
preuzmi dokument
ovo je samo pregled
3 prikazano na 28 str.
preuzmi dokument

Što su to katalizatori i način djelovanja katalizatora

U biološkim sustavima kemijske se reakcije rijetko odvijaju bez katalizatora, odnosno specifičnih proteina - enzima.

Enzimi su visokospecifični i po reakciji koju kataliziraju i po izboru reaktanata (supstrata).

Oni ne mijenjaju ravnotežu kemijske reakcije, ali ih ubrzavaju smanjivanjem energije aktivacije.

ENZIMI SU KATALIZATORI

U BIOLOŠKIM SISTEMIMA

OSOBINE ENZIMA:

KATALITIČKA MOĆ

SPECIFIČNOST

REGULACIJA AKTIVNOSTI

TRANSFORMACIJA RAZNIH OBLIKA ENERGIJE

ENZIMI NE MIJENJAJU RAVNOTEŽU REAKCIJE

A B 10-4 s-1

10-6 s-1

ENZIMI UBRZAVAJU REAKCIJU JEDNAKO U OBA SMJERA

POSTIZANJE RAVNOTEŽE:

BEZ ENZIMA – NEKOLIKO SATI SA ENZIMOM – UNUTAR JEDNE SEKUNDE

ENZIMI KATALIZIRAJU POSTIZANJE RAVNOTEŽE, ALI NE POMIČU NJEZIN POLOŽAJ.

TIJEK REAKCIJE

ENZIMI SMANJUJU G (AKTIVACIJSKU BARIJERU). KOMBINIRANJEM SUPSTRATA I ENZIMA NASTAJE NOVI REAKCIJSKI PUT

S ENERGETSKI NIŽIM PRIJELAZNIM STANJEM.

KEMIJSKE REAKCIJE ODVIJAJU SE UZ PRIJELAZNO STANJE, KOJE IMA VIŠU ENERGIJU I OD SUPSTRATA I OD PRODUKTA.

NAPREDOVANJE REAKCIJE OVISI O TEMPERATURI I O GIBBS-ovoj SLOBODNOJ ENERGIJI

AKTIVACIJE, G (RAZLIKA SLOBODNE ENERGIJE PRIJELAZNOG STANJA I SUPSTRATA).

KATALITIČKO DJELOVANJE ENZIMA

REAKCIJE

S L

O B

O D

N A

E N

E R

G IJ

A ,

G

OSNOVNO

STANJE

OSNOVNO

STANJE

G = G PRIJELAZNOG STANJA - GSUPSTRATA

PRIJELAZNO STANJE,

ENZIMI SMANJUJU ENERGIJU AKTIVACIJE, G ‡ , I TAKO UBRZAVAJU KEMIJSKE REAKCIJE.

G , NEKATALIZIRANA

G , KATALIZIRANA

TIJEK REAKCIJE

PRIJELAZNO STANJE

(KATALIZIRANA REAKCIJA)

PROSJEČNA SLOBODNA ENERGIJA REAKTANTA A

PROSJEČNA SLOBODNA ENERGIJA PRODUKTA B

DIJAGRAM PROMJENE SLOBODNE ENERGIJE KEMIJSKE REAKCIJE

A P,

KOJOJ JE DODAN KATALIZATOR.

PROSJEČNA SLOBODNA ENERGIJA MOLEKULA REAKTANTA (A) I PRODUKTA (P) OSTAJE ISTA KAO U NEKATALIZIRANOJ REAKCIJI (PRI ISTOJ TEMPERATURI).

PRIJELAZNO STANJE

(NEKATALIZIRANA REAKCIJA)

OSOBINE AKTIVNIH MJESTA:

UNUTAR AKTIVNOG MJESTA RAZLIKUJEMO AMINOKISELINSKE OSTATKE KOJI SU

ODGOVORNI ZA SPECIFIČNO VEZANJE SUPSTRATA, I OSTATKE KOJI SU ODGOVORNI ZA KATALITIČKU AKTIVNOST (KATALITIČKO MJESTO)

AKTIVNO MJESTO ZAPREMA RELATIVNO MALI DIO UKUPNOG VOLUMENA ENZIMA

AKTIVNO MJESTO JE TRODIMENZIJSKA TVOREVINA, A ČINE GA OSTACI AMINOKISELINA IZ RAZNIH DIJELOVA MOLEKULE

LIZOZIM

SUPSTRATI SE VEŽU NA ENZIM RELATIVNO SLABIM SILAMA

AKTIVNA MJESTA SU PUKOTINE ILI PROCIJEPI , OBIČNO BEZ VODE. NEPOLARNI KARAKTER PUKOTINE

POVEĆAVA VEZANJE SUPSTRATA I STVARA MIKROOKOLINU U KOJOJ POLARNI OSTACI

POPRIMAJU POSEBNA SVOJSTVA,

BITNA ZA NJIHOVU KATALITIČKU ULOGU.

PRVI KORAK U ENZIMSKOJ KATALIZI JE STVARANJEKOMPLEKSA

ENZIM – SUPSTRAT (ES – KOMPLEKS)

DIO ENZIMA KOJI VEŽE SUPSTRAT ZOVE SE AKTIVNO MJESTO

MODEL KLJUČ – BRAVA (STRUKTURNA

KOMPLEMENTARNOST) SUPSTRAT

SUPSTRAT

AKTIVNO

MJESTO

ES KOMPLEKS

ES KOMPLEKS

ENZIM

ENZIM

INDUCIRANA PRILAGODBA.

MODEL IZAZVANOG PRISTAJANJA

U INTERAKCIJI SUPSTRATA I ENZIMA.

NAKON VEZANJA SUPSTRATA ENZIM

PROMIJENI OBLIK.

OBLIK AKTIVNOG MJESTA

ODGOVARA OBLIKU SUPSTRATA,

ALI TEK NAKON ŠTO SE SUPSTRAT VEŽE.

a)

b)

PRECIZNOST VEZANJA OVISI O PRECIZNO DEFINIRANOM RAZMJEŠTAJU ATOMA U AKTIVNOM MJESTU.

Enzimom katalizirani procesi često pokazuju poseban oblik kinetike, tzv. Michaelis-Menteničinu kinetiku.

Još 1913. god. Leonor Michaelis i Maud Menten predložili su jednostavan model kojim se mogu objasniti kinetička svojstava enzima.

Model se temelji na pretpostavci da molekula enzima (E) i

molekula supstrata (S) moraju doći u međusobni kontakt prije nego započne sama kemijska reakcija, tj. prvo se mora stvoriti kompleks enzim-supstrat (ES), a tek nakon toga nastaje produkt

(P).

PEESSE

k

k

k

k

 

2

2

1

1

KONCENTRACIJA SUPSTRATA [S]

MICHAELIS – MENTEN-ična KINETIKA

NACRTAN JE DIJAGRAM OVISNOSTI POČETNE BRZINE REAKCIJE (V0) O KONCENTRACIJI SUPSTRATA.

KADA ENZIM SLIJEDI KINETIKU MICHAELIS-MENTEN-ove,

MAKSIMALNA BRZINA (Vmax) POSTIŽE SE TEK UZ VRLO VELIKE KONCENTRACIJE SUPSTRATA (ASIMPTOTSKI).

MICHAELIS-ova KONSTANTA, KM, JE ONA KONCENTRACIJA SUPSTRATA

PRI KOJOJ SE POSTIŽE POLOVICA MAKSIMALNE BRZINE (Vmax/2).

PROMJENE cS, cP, cE i cES ENZIMSKI KATALIZIRANE

REAKCIJE U OVISNOSTI O VREMENU,

ZA ENZIM KOJI SLIJEDI MICHAELIS – MENTEN KINETIKU.

[E]

VRIJEME

[S0]

[ES]

[P]

RAVNOTEŽA

STEADY STATE: d[ES]/dt 0

PRE-STEADY

STATE

U STANJU STEADY – STATE KONCENTRACIJE

MEĐUPRODUKATA OSTAJU JEDNAKE,

A MIJENJAJU SE

KONCENTRACIJE POČETNIH TVARI I PRODUKATA.

TO SE DOGAĐA ONDA KADA SU BRZINE NASTAJANJA I

RAZGRADNJE ES KOMPLEKSA

JEDNAKE:

STANJA ENZIMSKE REAKCIJE

Zašto se enzimska reakcija radi u ustaljenom stanju?

0 dt

dES

Obzirom na postavljene uvjete modela:

koncentracija P zanemarivo je mala, jasno je da se inicijalna brzina mjeri u

području ustaljenog (stacionarnog) stanja enzimske reakcije koju karakterizira nepromjenjivost koncentracije ES kompleksa

ESEE  0

E0 – ukupna koncentracija enzima, E-koncentracija slobodnog enzima, a ES- koncentracija ES kompleksa

MICHAELIS – MENTEN-ični KINETIČKI MODEL

E + S ES E + P

KRITIČNA TOČKA PRISTUPA: SPECIFIČNI ES KOMPLEKS NUŽAN JE

PRIJELAZNI OBLIK KATALIZE.

k1 k2

k-1

OVA REAKCIONA SHEMA VRIJEDI

NA POČETKU REAKCIJE, KADA JE c P MALA,

I PRODUKT SE NE PREGRAĐUJE U SUPSTRAT.

1

CILJ:

NAĆI IZRAZ KOJI POVEZUJE BRZINU KATALIZE S KONCENTRACIJAMA SUPSTRATA I ENZIMA, TE BRZINAMA POJEDINAČNIH KORAKA.

MICHAELIS – MENTEN JEDNADŽBU:

V = Vmax [S]

[S] + KM

UZ NISKU [S] ([S] <<< KM), V = [S]×Vmax/KM, tj. BRZINA JE DIREKTNO PROPORCIONALNA KONCENTRACIJI SUPSTRATA

PRI VISOKOJ [S] ([S] >>> KM), V = Vmax,

tj. BRZINA JE NEOVISNA O KONCENTRACIJI SUPSTRATA.

AKO [S] = KM, V = Vmax/2 ,

tj. KM JE JEDNAKA ONOJ KONCENTRACIJI SUPSTRATA PRI KOJOJ JE

BRZINA REKCIJE JEDNAKA POLOVICI NJENE MAKSIMALNE VRIJEDNOSTI.

Vmax

KONCENTRACIJA SUPSTRATA [S]

V = Vmax

v

H2O

MOLEKULA

SUPSTRATA AKTIVNO

MJESTO

MOLEKULA

ENZIMA

KONCENTRACIJA SUPSTRATA, [S]

KRIVULJA SATURACIJE SUPSTRATOM

ENZIMSKI KATALIZIRANE REAKCIJE

KONCENTRACIJA ENZIMA JE KONSTANTNA, A BRZINA ENZIMSKE REAKCIJE

ODREĐENA JE PRI RAZLIČITIM KONCENTRACIJAMA SUPSTRATA.

BRZINU REAKCIJE U OVISNOSTI O KONCENTRACIJI SUPSTRATA OPISUJE

REKTANGULARNA HIPERBOLA.

UZ MALE KONCENTRACIJE SUPSTRATA (cS << Km),

REAKCIJA SLIJEDI KINETIKU PRVOG REDA,

A BRZINA V PROPORCIONALNA JE cS;

PRI VRLO VELIKIM cS, V = Vmax,

tj. REAKCIJA SLIJEDI KINETIKU NULTOG REDA.

U KOJOJ OSIM FIZIKALNO – KEMIJSKIH UVJETA (TEMPERATURA, pH, IONSKA JAKOST)

BRZINU REAKCIJE ODREĐUJE SAMO KOLIČINA PRISUTNOG ENZIMA.

1/2 Vmax

KM

Određivanje kinetičkih parametara KM i Vmax bitno je za opisivanje enzimski

kataliziranih reakcija.

Međutim budući da jednadžba pravokutne hiperbole baš i nije najprecizniji način za izračunavanje tih konstanti, uvedeni su mnogo prikladniji

linearni prikazi.

Krivulja ima oblik hiperbole, a ne pravca što je posljedica povratne reakcije ES  E+S

KM- parametar koji opisuje afinitetno mjesto na enzimu, Vmax-opisuje katalitičko mjesto

1

V

1

[S]

PRESJECIŠTE S OSI y = 1

Vmax

NAGIB = KM

Vmax

PRESJECIŠTE S OSI x = – 1 KM

1

V

KM

Vmax

1

[S]

1

Vmax = +

0

LINEWEAVER - BURK-ov

DVOSTRUKO RECIPROČNI DIJAGRAM.

EKSTRAPOLACIJOM JE MOGUĆE ODREDITI TOČNE VRIJEDNOSTI ODSJEČAKA NA OSI x i y, KAO I NAGIB PRAVCA,

tj.VELIČINU KONSTANTI KM i Vmax.

ZNAČENJE KM

1.

KM OVISI O SUPSTRATU, TE UVJETIMA OKOLINE (TEMPERATURA, IONSKA JAKOST).

KM JE [S] UZ KOJU JE POPUNJENA POLOVICA AKTIVNIH MJESTA.

2.

KM JE POVEZAN S KONSTANTAMA BRZINA INDIVIDUALNIH KORAKA

POLAZEĆE KATALITIČKE SHEME (1).

ZA SLUČAJ k-1 >>> k2, (KM = ):

DAKLE, AKO k2 <<< k-1, KM = KES.

TADA JE KM MJERA ČVRSTOĆE ES KOMPLEKSA (VELIK KM – SLABO VEZANJE, I OBRNUTO).

k-1+k2

k1

KM VRIJEDNOST VEĆINE ENZIMA JE IZMEĐU 10-1 i 10-6 M:

ENZIM SUPSTRAT KM

KIMOTRIPSIN ACETIL-L-TRIPOFANAMID 5 × 10-3M LIZOZIM HEKSA-N-ACETILGLUKOZAMIN 6 × 10-6M -GALAKTOZIDAZA LAKTOZA 4 × 10-3M TREONIN DEAMINAZA TREONIN 5 × 10-3M KARBOANHIDRAZA CO2 8 × 10-3M PENICILINAZA BENZILPENICILIN 5 × 10-5M

PIRUVAT KARBOKSILAZA PIRUVAT 4 × 10-4M HCO3 1 × 10-3M ATP 6 × 10-5M

ARGININ-tRNA SINTETAZA ARGININ 3 × 10-6M tRNA 4 × 10-7M ATP 3 × 10-4M

ZNAČENJE MAKSIMALNE BRZINE MAKSIMALNA BRZINA, Vmax, DEFINIRA SE:

Vmax = k2 [ET] ,

A POKAZUJE PROMETNI BROJ (engl. “TURNOVER NUMBER”) ENZIMA AKO JE POZNATA KONCENTRACIJA AKTIVNIH MJESTA [ET].

PROMETNI BROJ, k2, ENZIMA JEST BROJ MOLEKULA SUPSTRATA

PRETVORENIH U MOLEKULE PRODUKTA U JEDINICI VREMENA

KADA JE ENZIM POTPUNO ZASIĆEN SUPSTRATOM.

cE = 10 -6 M

Vmax = 0,6 M H2CO3 / sec., UZ POTPUNO ZASIĆENJE SUPSTRATOM.

0,6 M / s = k2 × 10-6 M k2 = 0,6 × 106 / s

k2 = 6 × 105 sek-1 PROMETNI BROJ ZA KARBOANHIDRAZU JE JEDAN OD NAJVEĆIH POZNATIH

PROMETNIH BROJEVA.

k2 VEĆINE ENZIMA JE 1 – 104 sec-1.

KARBOANHIDRAZA:

PROMETNI BROJEVI NEKIH ENZIMA

ENZIM PROMETNI BROJ (sec-1)

KARBOANHIDRAZA 600 000

3-KETOSTEROID IZOMERAZA 280 000

ACETILKOLINESTERAZA 25 000

PENICILINAZA 2 000

LAKTAT DEHIDROGENAZA 1 000

KIMOTRIPSIN 100

DNA POLIMERAZA I 15

TRIPTOFAN SINTETAZA 2

LIZOZIM 0,5

KONCENTRACIJA SUPSTRATA [S]

KINETIKA ALOSTERIČKIH ENZIMA

ALOSTERIČKI ENZIMI ISPOLJAVAJU SIGMOIDALNU OVISNOST BRZINE REAKCIJE O KONCENTRACIJI SUPSTRATA.

VEZANJE SUPSTRATA NA PODJEDINICE OVAKOVOG ENZIMA JE

KOOPERATIVNO, I REDOVITO REGULIRANO NEKIM MALIM

MOLEKULAMA, KOJE SE TAKOĐER VEŽU NA ENZIM.

INHIBICIJA ENZIMA

JE GLAVNI KONTROLNI MEHANIZAM U BIOLOŠKIM SISTEMIMA

MNOGI LIJEKOVI I TOKSIČNI AGENSI SU INHIBITORI ENZIMA

PRUŽA UVID U MEHANIZAM DJELOVANJA NEKIH ENZIMA

INHIBICIJA MOŽE BITI IREVERZIBILNA I REVERZIBILNA

IREVERZIBILNA INHIBICIJA

INHIBITOR JE KOVALENTNO VEZAN ZA ENZIM.

PRIMJER 1: INHIBICIJA ACETILKOLINESTERAZE I KIMOTRIPSINA POMOĆU DIIZOPROPILFLUORIDATA (DIPF, NERVNI BOJNO OTROV).

ACETILKOLIN-

ESTERAZA

DIIZOPROPIL- FOSFOFLUORIDAT

(DIPF) INAKTIVIRANI ENZIM

KOMPETITIVNA INHIBICIJA:

SUPSTRAT KOMPETITIVNI

INHIBITOR

NEKOMPETITIVNA INHIBICIJA:

SUPSTRAT

NEKOMPETITIVNI

INHIBITOR

INHIBITOR I SUPSTRAT SE VEŽU ISTODOBNONA ENZIM;

SLOŽENIJE INHIBICIJE: INHIBITOR DJELUJE NA OBA NAVEDENA NAČINA.

ALOSTERIČKA INHIBICIJA: KARAKTERIZIRANA JE INTERAKCIJAMA RAZLIČITIH PODJEDINICA

U OLIGOMERNIM ENZIMIMA.

PRIVIDNO SE

POVEĆAVA KM

SMANJUJE SE Vmax, tj.

PROMETNI BROJ ENZIMA.

KOMPETITIVNA INHIBICIJA:

INHIBITOR IMITIRA SUPSTRAT I

VEŽE SE NA AKTIVNO MJESTO ENZIMA.

SMANJUJE SE UDIO

MOLEKULA ENZIMA KOJE SU

VEZALE SUPSTRAT.

REVERZIBILNA INHIBICIJA

LINEWEAVER - BURK-ov DIJAGRAM

KOMPETITIVNE INHIBICIJE.

Vmax JE JEDNAKA BEZ OBZIRA NA PRISUSTVO INHIBITORA,

A MIJENJA SE NAGIB PRAVCA, tj. PRIVIDNO SE POVEĆAVA KM. INHIBICIJA SE MOŽE NADVLADATI

UZ DOVOLJNO VELIKU KONCENTRACIJU SUPSTRATA.

1

v

KM

Vmax

1

[S]

1

Vmax = + 1 +

[ I ]

Ki

1

V

1

[S]

1

Vmax

– 1

KM

0

+2 [ I ]

+ [ I ]

BEZ INHIBITORA

(– I)

KM 1 + [ I ]

Ki

– 1 BEZ INHIBITORA

[S]

V

komentari (0)
nema postavljenih komentara
budi prvi koji ce napisati!
ovo je samo pregled
3 prikazano na 28 str.
preuzmi dokument