Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Enzimek. •Az élő szervezetben (hőmérséklet, földi atmoszféra nyomásviszonyai mellett) nem, vagy csak nagyon lassan játszódnak le a különböző folyamatok.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Enzimek. •Az élő szervezetben (hőmérséklet, földi atmoszféra nyomásviszonyai mellett) nem, vagy csak nagyon lassan játszódnak le a különböző folyamatok."— Előadás másolata:

1 Enzimek

2 •Az élő szervezetben (hőmérséklet, földi atmoszféra nyomásviszonyai mellett) nem, vagy csak nagyon lassan játszódnak le a különböző folyamatok → meggyorsításukhoz katalízisre van szükség. •A katalízist enzimeknek nevezett fehérjék végzik, amelyek a kémiai anyagok átalakításához szükséges időt lerövidítik, a reakciósebességet pedig 10 9 – – szeresére is fokozhatjuk.

3 •Újabb megfigyelések szerint néhány speciális biokémiai folyamatban RNS molekulák is képesek a katalizátor feladatát ellátni. A katalitikus képességgel rendelkező ribonukleinsavakat „ribozim”-nak nevezzük. (Vagy önmaguk átszerkesztődését katalizálják, de van olyan típus is, amely valódi katalizátornak tekinthető).

4 •Az enzimek csökkentik a reakciók aktiválási energiáját (Az aktiválási energia a kiindulási és az aktivált állapot energiaszintje közötti különbség) Animáció

5 •A szubsztrát(ok) és a végtermék(ek) stabil kémiai szerkezete között az átalakuló molekulának egy ún. tranzíciós (átmeneti) állapotba kell kerülnie, amelyben átmenetileg mind a kiindulási szerkezethez, mind a végtermék szerkezetéhez tartozó energiaszintnél magasabb energiaszintet ér el. Ez az átmeneti energiaszint növekedés a gátja a reakciónak. •Az enzimek az aktív helyen (centrumban) kötik meg az átalakítandó anyagot, a szubsztrátot (szubsztrát kötő hely)

6 •Az aktív helyhez tartoznak még azok a katalitikus csoportoknak nevezett aminosav oldalláncok, amelyek részt vesznek a szubsztrát átalakításában (katalitikus hely) →a kémiai átalakulást elvégzi •A szubsztrát és a szubsztrát kötő hely közötti kölcsönhatás hozza létre a komplementer szerkezetet •Bizonyos enzimek működéséhez, bizonyos kis molekulákkal, ún. kofaktorokkal történő kapcsolódás szükséges. Ilyen kofaktorok lehetnek bizonyos ionok, pl. Cu 2+, Zn 2+. •Vannak enzimek, amelyek működésükhöz más kofaktorokat, ún. prosztetikus csoportokat vesznek segítségül. Ezek pl. vitamintermészetű anyagok.

7

8 Az enzim és szubsztrát közötti kapcsolatot gyenge, reverzibilis kölcsönhatások (elektrosztatikus kötések, H-hidak, hidrofób kölcsönhatások) biztosítják. a; kulcs-zár modell b; indukált illeszkedés (induced fit)

9 •Néhány toxikus nehézfém (pl. Cd 2+, Hg 2+ ) hatása részben azzal magyarázható, hogy helyettesíti a Zn 2+ - t az aktív helyen (pl. RNS- polimeráz) •Kofaktorok lehetnek az ún. koenzimek is (pl. NAD, FAD) •A katalitikusan aktív enzim-kofaktor komplexet holoenzimeknek nevezzük. apoenzim (inaktív) + kofaktor  holoenzim (aktív) Animáció

10 Az enzimek osztályozása •Az enzimeket katalizált reakció jellege szerint 6 osztályba soroljuk (ezen belül alosztályok, csoportok, majd maguk az egyes enzimek). Minden egyes enzimet így négy szám határoz meg. Pl. glükóz-6-PDH : EC

11 Oxidoreduktázok 1;Oxidoreduktázok (elektron ill. H átvitel) pl. G-6-P + NADP + → 6-foszfoglükonsav -lakton + NADPH + H + almasav+NAD + →oxálecetsav+NADH+ H + etanol + NAD + →acetaldehid+NADH+ H + Transzferázok 2;Transzferázok (csoportátvitel egy szubsztrátról egy másikra) Foszfátátvivők a kinázok pl.glükóz + ATP G-6-P + ADP glükokináz

12 Hidrolázok 3;Hidrolázok (víz bevitellel hasítanak kovalens kötéseket) pl. triglicerid + 3H 2 O glicerol + 3 zsírsav keményítő + H 2 O dextrin →maltóz (glükóz) Liázok 4; Liázok (szintáz) A szubsztrátmolekulát úgy hasítják ketté, hogy az egyik termékben kettős kötés alakul ki (vagy visszafelé kettős kötésre való addíció játszódik le) Más szóval: víz, CO 2 vagy NH 3 adódik a szubsztráthoz vagy vonódik el pl. 2-foszfoglicerát ↔ foszfoenolpiruvát + H 2 O fumársav + H 2 O  almasav F-6-P  GAP + DHAP lipáz  -amiláz aldoláz

13 Izomerázok 5; Izomerázok Különböző típusú izomerizációkat (cisz-transz, aldóz- ketóz, stb.) katalizálnak. G-6-P  F-6-P Ligázok 6; Ligázok (szintetázok) Energiaigényes szintéziseket katalizálnak (pl. DNS- ligáz)

14 Az enzimreakciók kinetikája •Már a múlt században kimutatták, hogy az enzimreakciók nem egyszerű másodrendű reakciók. A századfordulón több megfigyelésből azt a következtetést vonták le, hogy az enzim komplexet kell képezzen a szubsztrátjával, mielőtt átalakítja (BROWN, valamint HENRI, 1902). A legegyszerűbb, két egymást követő lépésből álló enzimes folyamat feltételezett mechanizmusát és kinetikáját MICHAELIS és MENTEN írták le ban.

15 A általuk analizált legegyszerűbb enzimreakció a következő egyenlettel írható le: Ahol E enzimet, S a szubsztrátot, P pedig az enzimreakció termékét jelenti. A nyilakhoz írt sebességi állandók indexébe írt szám a reakciólépés számát, előjele a reakció irányát jelöli.

16 A kétlépéses mechanizmus egyenes következménye, hogy a teljes folyamat, azaz a termék képződésének a sebessége nem lineáris függvénye az [S] szubsztrátkoncentrációnak, hanem hiperbola szerint alakul A kezdeti sebesség hiperbolája végtelen nagy szubsztrát- koncentrációnál egy maximális értékhez a Vmax úgynevezett maximális sebességhez konver- gál. A maximális sebesség feléhez tartozó szubsztrát-koncentráció az abszcissza-tengelyen megadja a Michaelis féle állandó (K M ) számértékét. Az enzimreakciók kezdeti sebességének a szubsztrátkoncentrációtól való függése.

17 •MICHAELIS és MENTEN elméletüket olyan enzimreakcióra írták le, amelyekben az ES komplex képződésének és visszafelé menő disszociációjának sebessége egyaránt nagyon nagy, sokkal nagyobb, mint a termék képződéséé az ES komplexből, azaz amelyekre nézve K -1 >> k 2

18 •Minthogy k 1 értéke általában mindig jóval nagyobb k -1 -nél, a fenti egyenlőtlenség fennállása olyan enzimreakciókra vonatkozik, amelyeknél az enzim- szubsztrát komplex képződésének és elbomlásának gyorsasága miatt a reakció minden pillanatában az [E], [S], valamint az [ES] koncentrációk megfelelnek az enzim-szubsztrát komplex K s disszociációs állandója által meghatározottaknak, vagyis fennáll a egyenlőség. Az ilyen eseteket „rapid ekvilibrium" mechanizmust követő enzimreakciónak nevezzük.

19 A Michaelis-Menten-féle reakciósémában nem szerepel a második lépés visszafelé játszódása. Elvileg minden kémiai reakció megfordítható, azonban a visszafelé haladó reakció aktiválási energiája olyan magas lehet, hogy gyakorlati szempontból a reakció lejátszódása elhanyagolható (végtelenül lassan játszódik le). Ettől eltekintve is elhanyagolhatjuk a második reakció visszafelé lejátszódását, ha az enzimreakciót a kezdetekor vizsgáljuk, az enzim és a szubsztrát összehozásakor, amikor még nincs jelen termék. A „kezdeti reakciósebesség”, (V 0 ), a P termék koncentrációjának időbeni változására a következő kifejezéssel írható le:

20 •Az enzimreakciók túlnyomó többségére nézve a v 0 sebessége a következő egyenlettel írható le: ahol V max és K M állandó. Az összefüggés könnyen levezethető a következő gondolatmenet alapján. Az enzim összes koncentrációja, [E] össz minden esetben két tagból áll, a szabad enzim [E], valamint a komplexben lévő enzim [ES] koncentrációból: [ES] össz =[E]+[S] A rapid ekvilibrium feltétel alapján nagyon jó közelítéssel igaz, hogy bármely időpontban az [E] értéke

21 •Tegyük fel a kérdést: hogyan aránylik egy adott [S] koncentrációnál a v 0 értéke a végtelen nagy szubsztrátkoncentrációnál elérhető maximális reakciósebesség, V max értékéhez? Az utóbbi esetben az ES komplex képződés egyensúlya teljesen eltolódott a komplex képződésének irányába, azaz nagyon jó megközelítéssel igaz hogy

22 Ez egy speciális eset, amikor a K M Michaelis-féle állandó számértékileg megegyezik az ES komplex disszociációs állandójával. Ez csak a rapid ekvilibrium mechanizmust követő enzimreakciókra érvényes. Kissé általánosabb eset, amikor a k -1 és a k 2 sebességi állandók számértéke nem különbözik nagyságrendileg, de az enzimreakció az eredeti sémát követi. BRIGGS és HALDANE (1925) szerint ilyenkor is érvényes a reakció sebességének a leírása a egyenlet.

23 A termék koncentrációja az enzimreakció során időben az ábrán látható módon változik, s egy hosszabb időtartamban az idővel lineárisan növekszik. Ez az úgynevezett steady-state állapot. A szaggatott vonallal kijelölt időtartományban a termék koncentrációja egyenletesen, az idővel arányosan növekszik. Ezt nevezzük steady state állapotnak. Ilyenkor az ES-komplex képződése, valamint kétféle irányú elbomlása azonos sebességgel folyik, azaz az ES koncentrációja ebben az időtartományban gyakorlatilag állandó.

24 Az ES komplex koncentrációja három reakció sebességétől függ, azaz A steady-state állapotban az ES komplex képződésének a sebessége megegyezik a disszociációjának + a termék kialakulásának a sebességével, vagyis az ES koncentrációja hosszabb időtartamban nem változik:

25 A rapid ekvilibrum esetére végzett levezetés gondolatmenetét követve kapjuk, hogy A nevezőben lévő, sebességi állandókból álló törtet, mint állandót K M -mel jelölve Olyan esetben, amikor az enzimreakció sémája E = S ↔ ES ↔ EP ↔ E+P Akkor a Michaelis-állandó értéke:

26 •Az enzimreakciók túlnyomó többségére jól alkalmazható két állandó számérték a későbbiekben szereplő hiperbola lefutása egyértelműen meghatározza. A V max a hiperbola vízszintes aszimptotájának magasságát jelöli, a K M pedig számértékileg megegyezik a V max /2 („fél-maximális”) sebességértékhez tartozó abszcisszaértékkel. A Vmax csak egy adott enzimkoncentrációjú rendszerben állandó, máskülönben a V max = k 2 [E] össz egyenlet értelmében a k 2 sebességi állandó a valódi állandó az enzimkinetikát leíró hiperbola egyenletében.

27 A K M és a V max meghatározása alapvető feladat egy adott enzim kinetikájának jellemzéséhez. Az alapegyenlet formai átalakításával több olyan egyenletet dolgoztak ki, amelyek segítségével egyszerű grafikus úton meghatározható az állandók értéke. Pl. a egyenlet reciprokát véve az egyenlethez jutunk, s ha a Lineweaver-Burk szerinti kettős reciprok ábrázolását alkalmazzuk, azaz az 1/v 0 értéket ábrázoljuk a szubsztrátkoncentráció reciprokának függvényeként, egyenest kapunk.

28 Az így kapott egyenes ordinátametszete 1/V max értékét adja, az abszcissza metszete pedig a -1/K M értéket. Az egyenes meredeksége K M /V max értékével egyenlő. A reakciósebességi mérésekből számított reciprok értékek az adott szubsztrátkoncentráció reciprokának függvényében ábrázolva egy egyenesre esnek. Az egyenes extrapolálása bejelöli az ordinátán a maximális sebesség reciprokának értékét, az abszcissza tengelyen pedig a Michaelis- féle állandó értékének negatív reciprokát.

29 A K M és a V max értéke grafikusan könnyen meghatározható az Eisenthal-Cornish-Bowden féle ábrázolás segítségével is. Az abszcisszán a szubsztrátkoncentráció negatív értékeit kijelölve, az ordinátatengelyen pedig az ezekhez tartozó v 0 értékeket, az ezeket a pontokat összekötő egyenesek metszéspontjának koordinátái megadják a K M illetve a V max értékét.

30 Az enzimműködést befolyásoló tényezők •A pH hatása az enzimekre - befolyásolhatja a molekulák konformációját és a konformáció stabilitását, - hatással lehet a szubsztrát kötődésére, - befolyásolhatja a katalitikus csoportok működését •A hőmérséklet hatása az enzimek aktivitására - az enzim denaturálódik

31 Nem kovalensen kötődő aktivátorok és inhibitorok hatása K i = inhibitor állandó K a = aktivátor állandó Aktivátorok és inhibitorok: az aktív centrumon reverzibilisen kötődnek → térszerkezetet változtatja

32 Az aktív centrumra kötődő inhibitorok a; Kompetitív inhibitorok Az enzim szubsztrátkötő helyéhez kötődnek → meggátolják a szubsztrát kötődést K M nő, V max ugyanannyi

33 b; Nemkompetitív inhibitorok A szubsztrát kötődést nem befolyásolják, de megakadályozzák a kötött szubsztrát átalakulását K M változatlan, V max csökken

34 c; Vegyes típusú inhibitorok Az ES komplexen is képesek kötődni, de kisebb affinitással, mint a szabad enzimen. K M nő, V max csökken

35 d; Unkompetitív inhibitorok A szabad enzimre nem képesek kötődni, csak az ES komplexre; kötődésük után az enzim nem tudja a szubsztrátot átalakítani Párhuzamos egyeneseket kapunk A reverzibilisen kötődő aktivátorok, vagy az enzim- szubsztrát kialakulására, vagy a kötött szubsztrát átalakítására hatnak → azaz vagy csökkentik a K M értéket, vagy növelik a V max -ot.

36 Az enzimek allosztérikus szabályozása Allosztérikus szabályozás: A szabályozóanyag nem az aktív, hanem a reguláló centrumon kötődik Ezek az enzimek is több alegységből állnak, a szubsztrátok is szabályozók. Homotrop kölcsönhatás Pozitív és negatív kooperativitás Heterotrop kölcsönhatás Effektorokkal (aktivátorral és inhibitorral)

37 •Magyarázat: a szubsztrát vagy effektor hatására bekövetkező konformációváltozás következménye a hatás •Szekvenciális mechanizmus a megkötődő szubsztrát megváltoztatja annak az alegységnek a konformációját, amelyhez kötődött (induced fit) •Összehangolt mechanizmus (concerted model) minden alegység csak azonos konformációban lehet, vagy aktív (relaxed, R) ←aktivátor kötő vagy inaktív (feszített, tensed, T) ←inhibitor ide kötődik Animáció


Letölteni ppt "Enzimek. •Az élő szervezetben (hőmérséklet, földi atmoszféra nyomásviszonyai mellett) nem, vagy csak nagyon lassan játszódnak le a különböző folyamatok."

Hasonló előadás


Google Hirdetések