Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az “sejt gépei” az enzimek papír + O 2 füst + hamu + hő + CO 2 + H 2 O A kémiai reakciók mindig a szabadenergia csökkenés irányába mennek végbe. Miért.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Az “sejt gépei” az enzimek papír + O 2 füst + hamu + hő + CO 2 + H 2 O A kémiai reakciók mindig a szabadenergia csökkenés irányába mennek végbe. Miért."— Előadás másolata:

1 Az “sejt gépei” az enzimek papír + O 2 füst + hamu + hő + CO 2 + H 2 O A kémiai reakciók mindig a szabadenergia csökkenés irányába mennek végbe. Miért nem alakul át minden anyag a számára legalacsonyabb energiájú, legstabilabb állapotába? Válasz: aktivációs energiagát Az enzimek ezt az aktivációs energiagátat csökkentik.

2

3 Az enzimek különösen nagy mértékben gyorsítják meg a reakciókat. Minek tudható ez be? A katalitikus hely környezetében megnövelik a szubsztrátkoncentrációt A szubsztrát megkötéséből eredő kötési energia hozzájárul a közvetlen katalízishez Az enzimek jóval nagyobb affinitással bírnak az átmenet állapotú szubsztrát, mint a stabil végtermék iránt Sav és báziskatalízis

4 Enzimtulajdonságok Csak termodinamikailag lehetséges reakciót katalizálnak Mivel „csak” az aktivációs energiát csökkentik: Biokatalizátorok

5 Kapcsolt reakciók  G értéke negatív (exergonikus reakció): spontán, energiabevitel nélkül végbemegy  G értéke pozitív (endergonikus reakció): nem megy végbe spontán Végbemehet, ha egy exergonikus reakcióval összekapcsoljuk és az eredő szabadenergiaváltozás negatív.

6

7 Orientációs hatás a., az enzim megköti és pontosan orentálja egymáshoz a szubsztrátokat b., a szubstrát megkötésével az enzim átrendezi annak elektroneloszlását, részlegesen + és - részeket eredményezve. c., az enzim megfeszíti a megkötött szubsztrát molekulát, ezzel az átmeneti állapot felé tolva abc Katalitikus antitestek

8 Enzimtulajdonságok Csak termodinamikailag lehetséges reakciót katalizálnak Mivel „csak” az aktivációs energiát csökkentik: Biokatalizátorok Maguk nem változnak a reakció során Az enzimek fehérjemolekulák Holoenzim = apoenzim + koenzim

9 Az enzimhez kapcsolódó nem fehérje alkotók, prosztetikus csoportok Az enzimek működésükhöz nem fehérje, nem aminosav részeket is igényelnek. - fémionok - szerves molekulák kovalens kötődéssel pl.: biotin, liponsav nem kovalens kötődéssel pl.: NAD, NADP +, tetrahidrofólsav

10 Enzimtulajdonságok Csak termodinamikailag lehetséges reakciót katalizálnak Mivel „csak” az aktivációs energiát csökkentik: Biokatalizátorok Maguk nem változnak a reakció során Az enzimek fehérjemolekulák, melyeket nem fehérje természetű részek egészíthetnek ki. Holoenzim = apoenzim + koenzim Specifikusak: - Szubsztrát - Reakció pl.: hexokináz, trombin Érzékenyek a környezeti hatások, körülményrkre (pH, hőmérséklet, ionerősség, koncentráció)

11 Fehérjeszerkezet és enzimműködés E + S[ES] 1. Kulcs-zár elmélet: a szubsztrát pontosan az enzik kötőhelyének kiegészítése. Emil Fischer 1890 aktív centrum kötő hely katalítikus hely koenzimek

12 Az aktív hely kialakításában az enzim szerkezetének csak kis része vesz részt. E-S kötődés: gyenge másodlagos kötések: ionos, hidrogén kötés, hidrofób kölcsönhatások 2. Indukált illeszkedési elmélet (Induced fit): A szubsztrát bekötése módosítja az enzim térszerkezetét. Koshland Az új enzim konformáció hozzájárul a megnövekedett katalítikus aktivitáshoz.

13 Enzimkinetikai alapok E + S ES E + P Reakciósebesség: az időegység alatt átalakított szubsztrát, vagy képződő termék mennyisége. A nem katalizált reakciók sebessége a reakcióban részt vevő anyagok koncentrációjának függvénye. Enzimes reakciók: Az adott idő alatt megkötött és átalakított szubsztrát mennyisége behatárolt. Az enzim egy pontban telítödik (V max ) k1k1 k2k2 k -1

14 v max KMKM v max /2 Nem katalizált reakció „A postásnak is csak két keze van.”

15 Ha két postás 1 óra alatt 250 levelet tud kézbesíteni.

16 Akkor négy postás 1 óra alatt hány levelet kézbesít? Megjegyzés: a körülmények azonosak

17 v max3 = k 2 E 03 v max2 = k 2 E 02 v max1 = k 2 E 01

18 A Michaelis-Menten modell Maud MentenLeonor Michaelis E + S ES E + P k1k1 k2k2 k -1 Kiindulási feltételek, egyszerűsítések: 1.Az első lépés gyors ekvilibriuma 2.A második lépés irreverzibilis 3.Kezdeti sebességet vizsgálunk 4.E<<[S]

19 ES fogyás = ES képződés k -1  ES  + k 2  ES  = k 1  E  S   E  =  E O  -  ES   ES  =  E  S  * k 1 /(k -1 + k 2 ) = (  E O  -  ES  )  S  * k 1 /(k -1 + k 2 ) K m = (k -1 + k 2 )/ k 1  ES  = (  E O  -  ES  )  S  * 1/ K m  ES  K m +  ES   S  =  E O   S   ES  =  E O   S  / (K m +  S  )v = k 2  ES  v = k 2  E O   S  / (K m +  S  )v = v max = k 2  E O  v = v max  S  / (K m +  S  ) E + S ES E + P k1k1 k2k2 k -1

20 v max KMKM v max /2 v = 0,5v max 0,5 v max = [S]v max / [S] +K M [S] +K M =2 [S] K M = [S]

21 A reakciósebesség függése a szubsztrátkoncentrációtól A szubsztrát, a termék és az enzim koncentrációjának időbeli alakulása Az enzimaktivitás szubsztrát- koncentráció- függésének és jellemző kinetikai paramétereinek meghatározása

22 Lineweaver-Burk féle linearizált ábrázolásmód v = v m [S]/(K M +[S]) 1/v = ([S] + K M )/v m [S] 1/v = [S]/v m [S] + K M /v m [S] 1/v = 1/v m + 1/[S] * K M /v m 1/S 1/v tg  = K M /v m 1/v m

23 v max3 = k 2 E 03 v max2 = k 2 E 02 v max1 = k 2 E 01 A kinetikai paraméterek értelmezése: v max : arányos a jelenlévő enzim mennyiségével, lényegében az enzimaktivitás mérőszáma, az enzim mennyiségéről ad információt. Függ az enzim mennyiségétől, nem enzimtulajdonság. A k 2 sebességi állandó azonban már enzimtulajdonság.

24 Átviteli szám: a v max és az enzimkoncentráció hányadosa k cat = v max /E 0 (1 és közötti szám, általában ~ 1000) egy enzimmolekula által 1 másodperc alatt átalakított szubsztrátmolekulák száma. K M : 1.Megadja a szubsztrát koncentrációját az enzim környezetében. 2.Állandó egy adott enzimre, alkalmas lehet az enzim azonosítására. 3.Befolyásolásával szabályozható az enzim aktivitása. 4.Az szubsztrát enzim irányába mutatott affinitását mutatja.

25 Enzimaktivitás: időegység alatt adott reakciókörülmények között átalakított szubsztrát, vagy képzett termék mennyisége. 1 Unit: 1  mol/perc 1 katal: mol/s (SI) Fajlagos aktivitás: egységnyi mennyiségű fehérjére eső enzimaktivitás (  mol/perc/mg fehérje)

26

27 Enzimgátlások Reverzibilis: A reverzibilis gátlószerek dinamikus komplexet képeznek az enzimmel. A gátlás fajtáit megkülönböztetjük a v max és K M kinetikai paraméterekre kifejtett hatásuk szerint. Kompetitív: K M nő Nemkompetitív: v max csökken Unkompetitív: v max, K M csökken Irreverzibilis: Az enzim valamely katalízisben szerepet játszó funkcionális csoportját teszik tönkre, vagy szorosan akár kovalens kötéssel hozzákapcsolódnak (pl.: nehézfémek). Az irreverzibilis gátlás ténylegesen csökkenti az aktív enzimmennyiséget.

28 Kompetitív: az enzimhez kötődve megakadályozzák a szubsztrát bekötődésétr, versengés a kötőhelyért. Általában szubsztrátanalógok, de nem feltétlenül. Magas szubsztrátkoncentrációnál leszorul a gátlószer az enzimről. Nemkompetitív: A gátlószernek nincs hatása a szubsztrát kötődésére. Azok egymástól függetlenül az enzim különböző helyeire kötődnek. A szubsztrátkoncentráció emelése nem képes eliminálni hatását. Unkompetitív: A gátlószer nem képes a szabad enzimhez, csak a már előzetesen létrejött ES komplexhez kapcsolódni.

29 Kompetitív gátlás: v max változatlan, K M nő Nemkompetitív gátlás: v max csökken, K M változatlan Unkompetitív gátlás: v max csökken K M csökken

30 Az enzimgálások kettős reciprok (Lineweaver-Burk) ábrázolása kompetitív nemkompetitív unkompetitív

31 Az enzimaktivitás közvetlen szabályozásának módjai 1. Allosztérikus enzimek Allos = másik Steros = szilárd, vagy három dimenziós Aktív hely: szubsztrát Regulációs hely: regulátor molekula Kommunikáció A regulátor molekula bekötődése befolyásolja az aktív helyet: konformációváltozás aktivitásváltozás

32 Az X molekula nem az aktív helyhez kötődik Nem kell, hogy bármilyen kapcsolat legyen közte és a glukóz között. Az X molekula egyszerűen be- (+ reguláció) vagy kikapcsolja (- reguláció) az enzimet. Az allosztérikus fehérjék általános kapcsolóként működhetnek, segítve az anyagcsereutak összehangolását.

33 2. Fehérjeszabályozás foszforiláció/defoszforiláció által Allosztéria: pillanatszerű asszociáció/disszociáció (másodrendű kötések) Fehérje foszforiláció: Lassabb, kovalens módósítás 3. Limitált proteolízis proteolízis: peptidkötések bontása limitált: csak jól definiált helyen történő Általában proteáz enzimek aktiválása történik így, hogy csak az adott helyen (emésztőenzimek) és csak az adott körülmények között (véralvadási enzimek) legyenek aktivak. Proformában zimogénként szintetizálódnak és csak késöbb aktiválódnak.

34 Arhenius Hődenaturáció burkológörbék A pH és a hőmérséklet hatása az enzimreakciók sebességére

35 Izoenzimek: Azonos funkciót ellátó (azonos reakciót katalizáló) azonban különböző (elsődleges) fehérjeszerkezetű enzimmolekulák. Az izoenzimek különbözhetnek: - szabályozásukban - sejten belüli elhelyezkedésükben - különböző szervek, szövetek közötti megoszlásukban -az általuk katalizált reakció kinetikai paramétereiben: v max, K M -stabilitásukban

36 1. Oxidoreduktázok pl.: etanol + NAD + acetaldehid + NADH + H + 2. Transzferázok pl.: glukóz + ATP glukóz-6 foszfát + ADP 3. Hidrolázok pl.: glukóz-6 foszfát + H 2 O glukóz + P i 4. Liázok pl.: 2-foszfoglicerát foszfoenol-piruvát + H 2 O 5. Izomerázok pl.: glukóz-6 foszfát frutóz-6 foszfát 6. Ligázok pl.: glutamát + NH 3 + ATP glutamin + ADP + P i Az enzimek osztályai A hasonló reakciókat katalizáló enzimeket egyazon osztályba sorolták. (Enzyme Comission, EC). Négy számmal jelöli az enzimeket: 1. osztály, 2. alosztály, 3. csoport, 4. az adott enzim

37 1. Oxidoreduktázok E.C alkohol-dehidrogenáz CH 3 CH 2 OHCH 3 C O H NAD + NADH+H + A reakció a körülményektől függően az ellenkező irányba is folyhat. E.C tejsav dehidrogenáz Az állatokban és a mikroorganizmusokban található enzim nem azonosak, az állati szterteospecifikus, csak L-tejsavat termel, míg a mikroorganizmusokban található racém keveréket állít elő.

38 E.C nitrát-reduktázok FAD tartalmú enzimek. A szervezetben a nitrátokat redukálják nitritekké. Hasonló enzimek alakítják át a húspácsók nitát tartalmának átalakítását. E.C aminosav-oxidázok Egyben dezaminálják az aminosavak.

39 Elektrontranszfer, a fontosabb elektronszállító molekulák NAD: nikotinamid adenin-dinukleotid Ubikinon FAD: flavin adenin-dinukleotid

40 E.C glükóz-oxidáz: a levgő oxigénjével a glükózt közvetlenül glükonsavvá oxidálja. Technológiai felhasználásai: - a glükóz eltávolítása - az oxigén megkötése pl.: sajtok, húsok oxidatív elszíneződését, glükóz-oxidázt tartalmazó csomagolás segítségével valósítják meg. E.C citokróm-oxidáz: terminális oxidáció a mitokondriumban E.C lipoxigenáz: Az 1-cisz, 4-cisz pentadién kettős kötéseket tartalmazó zsírsavakat oxidálja peroxidokká.

41 2. Transzferázok: E.C hexokináz E.C foszfofruktokináz

42 E.C foszfogliceromutáz A foszfátcsoport eltávolítását hidrolázok a foszfoprotein foszfatázok katalizálják.

43 Aminotranszferázok

44

45 3. Hidrolázok 4. Liázok

46 6. Ligázok 5. Izomerázok


Letölteni ppt "Az “sejt gépei” az enzimek papír + O 2 füst + hamu + hő + CO 2 + H 2 O A kémiai reakciók mindig a szabadenergia csökkenés irányába mennek végbe. Miért."

Hasonló előadás


Google Hirdetések