BIM BSc Zemplén Géza,1915 Az enzimek és gyakorlati alkalmazásuk. A kir.Magyar Term.Tud. Társulat kiadása 349 oldal BIOKATALÍZIS.

Az előadások a következő témára: "BIM BSc Zemplén Géza,1915 Az enzimek és gyakorlati alkalmazásuk. A kir.Magyar Term.Tud. Társulat kiadása 349 oldal BIOKATALÍZIS."— Előadás másolata:

1

2 BIM BSc Zemplén Géza,1915 Az enzimek és gyakorlati alkalmazásuk. A kir.Magyar Term.Tud. Társulat kiadása 349 oldal BIOKATALÍZIS

3  élesztőben  ENZYMH 1858 Traube feltételezi, hogy a fermentációt fermentumok végzik. 1897Buchner megállapitja, hogy az élesztőben erjesztő enzimek vannakBuchner (1907:Nobeldíj) 1833: Payen és Persoz: csírázó árpa szerepe a keményítőhidrolízisben- dextrinek, cukrok Memoir sur la diastase, les principaux produits de ses reactions, et leurs applications aux art industrielles, Annales de Chimie et de Physique,1833, 2me Serie 53, 73-92 1835: Berzelius – a diastase hidrolízise KATALÍZIS 1853-1857: *N-tartalmú szerves (szervezetlen) anyag, illetve *élő (szervezett) (alacsonyrendű növény vagy „infusorium” (pl. alkoholos fermentáció) ((Pasteur – hatása)) De: első vállalat - 1874 - C.Hansen’s Laboratory rennin 1926 SUMNER elõször izolált tiszta enzimet, a kristályos ureázt (1946:Nobeldíj) 1878 Kühne

4 A fehérjék speciális csoportjai és biológiai funkcióik: Regulátor fehérjék lac-represszor RNS szintézis interferonokvírus rezisztencia inzulinglükóz metabolizmus növ. hormon Transzport fehérjék laktóz permeázsejtmembrán transzport mioglobinO 2 - izomban hemogloginO 2 - vérben Védőfehérjék antitestek (abzymek)idegen anyag -komplex trombinvéralvadás BIM BSc

5 Toxinok B.thuringiensisbiol. Inszekticid Cl.botulinumételmérgezés Tartalék ta.fehérjék ovalbumintojásfehérje kazeintejfehérje zeinkukoricacsíra Kontraktil fehérjék dyneincilia, flagella miozinizom Szerkezeti fehérjék kollagénizületek, inak glikoproteineksejtfal ENZIMEKreakciókatalízis chaperonok prionok BIM BSc

6 Regulátor fehérjék lac-represszor RNS szintézis interferonokvírus rezisztencia inzulinglükóz metabolizmus növ. hormon Transzport fehérjék laktóz permeázsejtmembrán transzport mioglobinO 2 - izomban hemogloginO 2 - vérben Védőfehérjék antitestek (abzymek)idegen anyag -komplex trombinvéralvadás katalitikus hatás BIM BSc

7 BIOKATALÍZIS és RNS RNS - világ  RIBOZIMEK & ATP, NAD +, CoA, (koenzimek) tRNS RNaseP 377 bp  125 kD a fehérjéje csak 119 AS  14 kD Enzimek - katalitikus hatású FEHÉRJÉK sejtnek 15-55 % sz.a. BIM BSc

8 ÖSSZETEVŐ VEGYÜLET CSOPORT % A SEJTÖMEGBEN ÁTLAG MÓLTÖMEG DB/SEJTFAJTA/SEJT H2OH2O70184*10 10 1 SZERVETLEN IONOK: K +,Mg 2+,Ca 2+,Fe 2+,Cl - PO 4 4-,SO 4 2- 1402,5*10 8 20 Szénhidrátok és prekurzoraik 31502*10 8 200 Aminosavak és prekurzoraik 0,41203*10 7 100 Nukleotidok és prekurzoraik0,43001,2*10 7 200 Lipidek és prekurzoraik27502,5*10 7 50 Egyéb kis molekulák (hem,kinonok,….) 0,21501,5*10 7 200 Fehérjék154000010 6 2-3000 Nukleinsavak DNS RNS 12,5*10 9 500000 4 3*10 4 1111 2-3000/ sejt kül.enzimfeh. Gyorsan szaporodó E. coli összetétele Watson (1970) nyomán BIM BSc

9 b Eyring: 30-as évek, átmeneti állapot BIM BSc T abszolút hőmérséklet o K K Boltzmann állandó (1,38.10 -23 J/ o K) h Planck állandó (6,62.10 -34 Js)

10 Egyszerű és enzimes katalízis összehasonlítása ReakcióKatalizátor Aktiválási energia kJ/mol k rel k rel 25 o C H 2 O 2 → H 2 O + 1/2O 2 - I -1 kataláz 75 56,5 26,8 1 2,1.10 3 3,5.10 8 Kazein +nH 2 O →(n+1)peptid H + tripszin 86 50 1 2,1.10 6 Szaharóz+H 2 O → glükóz+fruktóz H + invertáz 107 46 1 5,6.10 10 Linolénsav + O 2 → linolénsavperoxid - Cu 2+ lipoxigenáz 150-270 30-50 16,7 1 ~10 2 ~ 10 7 BIM BSc

11 AKTIVÁLT KOMPLEX ES* FUNKCIONÁLIS DOMAIN-EK SZUBSZTRÁT KÖTŐ HELY REGULÁTOR DOMAINEK: Me modulátor (INHIBITOR,AKTIVÁTOR,S,P) Kovalens módositás: foszforilezés glikozilezés proteolizis Katalitikus domain AKTIV CENTRUM =AKTÍV HELY lehetnek azonosak is BIM BSc

12 SZUBSZTRÁT KÖTŐ HELY Zsák,zseb rendszerint töltés illetve hidrofób a kötést stabilizálhatja nemkovalens kölcsönhatás csak egy kis felület a protein molekulán! Az enzim-katalizis általános esetei: 1. sav-bázis modern elmélet Linus Pauling 1946 2.kovalens katalizis Haldane 1930 3.fém ion katalizis Hatások, amelyek felelősek ill. jellemzik az enzimkatalizis(ér)t: proximitási effektus orientácós effektuskulcs – zár hasonlat indukált illeszkedés Daniel Koshland-konformációváltozás ENTRÓPIACSAPDA REAKTIV CSOPORTOK fehérjeszerkezet MASTERSLIDE enztul 1963 BIM BSc Példák: lizozim kimotripszin

13 ENERGIAGÁT BIM BSc

14 1894 BIM BSc Hermann Emil Fischer (1852-1919) 2.Nobel díjas Sima enzimes reakció

15 Orientációs effektus A sztereospecifitás alapja „Three-point attachment” BIM BSc

16 Hexokináz glükóz ~8Å~8Å

17 http://www.chem.ucsb.edu/~molvisual/ABLE/induced_fit/index.html

18 Hexokináz:nyílt Hexokináz:glükózzal, zárt Hexokináz:eltávozott a termék, nyílt Hexokináz:nyílt Hexokináz:glükózzal, zárt Hexokináz:eltávozott a termék, nyílt

19

20

21 KIMOTRIPSZIN MECHANIZMUS 1 BIM BSc

22 BIM SB 2001 KIMOTRIPSZIN MECHANIZMUS 2

23

24 A kimotripszin aktív c. képe, katalitikus triád MASTER

25 BIM SB 2001

26 LIZOZIM NAG MASTER BIM BSc

27 „BOTÁZ”, „PÖCÖKÁZ”, „STICKASE” ES S S  G* nemkat  G* kat P ES P BIM BSc

28 Asp -COO - Cys -SH Glu -COO- & -CONH 2 His HC C imidazol + HN NH CH Lys  - NH 2 Met CH 3 –S - Ser -OH Thr CH 3 CHOH - láncvégi NH 2 és COO - elektrosztatikus kölcsönhatás H - kötések C O.....H O C O.....H N REAKTÍV CSOPORTOK... BIM BSc

29 Fehérjeszerkezet BIM BSc tipikusan 250-400 aminosav

30 Aktív centrum kialakulása BIM BSc

31 ENZIMEK ELŐNYEI NAGYOBB REAKCIÓSEBESSÉG10 6 -10 12 * ENYHÉBB REAKCIÓKÖRÜLMÉNYEK NAGY(OBB) REAKCIÓ-..+ SPECIFITÁS REGULÁLHATÓSÁG ENZIMEK TULAJDONSÁGAI CSAK TERMODINAMIKAILAG LEHETSÉGES REAKCIÓK  G  0 REVERZIBILIS REAKCIÓK de:eltolás, elvétel... DENATURÁLHATÓAK T, pH, ionerősség, oldószerek SPECIFIKUSAK S-specifitás csoport-specifitás sztereo-specifitás régió-specifitás BIM BSc

32 APOENZIM + KOFAKTOR HOLOENZIM FEHÉRJE inaktív FÉMION Mg,Ca,Zn, Fe,Cu,Mo KOENZIM Prosztetikus csoport stabil kovalens kötés. FAD(H 2 ), Hem, Piridoxal-P(B 6 ) Koszubsztrát Ciklikus regenerálás NAD(H), ATP BIM BSc

33 Oxidált NAD + Redukált NADH

34 ATPFoszfát átvivő Ubikinon:H-átvivő vissza

35 BIOTIN: Karboxilcsoport átvivő prosztetikus csoport FAD: hidrogénátvivő Prosztetikus csoport

36 1. S – után urea + viz CO 2 + 2NH 3 ureáz 2.Reakció (és S) után EtOH AcO AcOH alkohol-dehidrogenáz S-név + áz (S-név)+reakciónév+ áz 3.Triviális nevek: + -in pepszin, tripszin, rennin fehérjebontók 4. IUB IUPAC 1964,1972,1978 Enzyme Commission IUBMB ENZIMEK ELNEVEZÉSE BIM BSc

37 DataBank BIM BSc >300 =430 >130 >50 >60

38

39 E.C.1.1.1.49. D-glucose-6P: NADP 1-oxydoreductase a reakció mibenléte koszubsztrát katalógusszám szubsztrát a támadás helye az 1 C-atomon van BIM BSc

40 IUBMB Enzyme Nomenclature EC 1.1.1.49 Accepted name: glucose-6-phosphate dehydrogenase Reaction: D-glucose 6-phosphate + NADP + = D-glucono-1,5-lactone 6-phosphate + NADPH + H + For diagram of reaction click here.click here Other name(s): NADP-glucose-6-phosphate dehydrogenase; Zwischenferment; D-glucose 6-phosphate dehydrogenase; glucose 6-phosphate dehydrogenase (NADP); NADP-dependent glucose 6-phosphate dehydrogenase; 6-phosphoglucose dehydrogenase; Entner-Doudoroff enzyme; glucose-6-phosphate 1-dehydrogenase; G6PDH; GPD Systematic name: D-glucose-6-phosphate:NADP+ 1-oxidoreductase Comments: Also acts slowly on β-D-glucose and other sugars. Certain preparations reduce NAD+ as well as NADP+. Links to other databases: BRENDA, EXPASY, GTD, KEGG, ERGO, PDB, CAS registry number: 9001-40-5BRENDAEXPASYGTDKEGGERGOPDB References: 1.Engel, H.J., Domschke, W., Alberti, M. and Domagk, G.F. Protein structure and enzymatic activity. II. Purification and properties of a crystalline glucose-6-phosphate dehydrogenase from Candida utilis. Biochim. Biophys. Acta 191 (1969) 509-516. [PMID: 5363983]5363983 2. Glaser, L. and Brown, D.H. Purification and properties of D-glucose-6-phosphate dehydrogenase. J. Biol. Chem. 216 (1955) 67-79.

41 Alkoholdehidrogenáz: Alkohol + NAD + aldehid v. keton + NADH + H + EC 1.1.1.1 Alcohol :NAD + Oxidoreductase EC 2.7.1.1. ATP: D-hexose 6-phosphotransferase Hexokináz: ATP + D-hexóz ADP + D-Hexóz-6-Foszfát

42 BIM SB következik: ENZIMKINETIKA BRENDABRENDA - Comprehensive Enzyme Information system EMPEMP - Enzymes and Metabolic Pathways database KEGGKEGG - Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes MetaCycMetaCyc - Metabolic Encyclopedia of enzymes and metabolic pathways IUBMB Enzyme Nomenclature BioCartaBioCarta - Pathways of Life http://www.expasy.org/enzyme/