AZ ENERGIA RAKTÁROZÁSA

Az előadások a következő témára: "AZ ENERGIA RAKTÁROZÁSA"— Előadás másolata:

1 AZ ENERGIA RAKTÁROZÁSA

2 Energia tárolásra alkalmas vegyület (ATP)
minden élőlényben megtalálható Az élő szervezet a tápanyagok oxidációjával jut energiához, melyet kémiai energiává alakít át, majd ezt használják fel. Energia tárolás elve: a tápanyag lebontás során keletkező hőt kémiai kötés kialakítására használják; ha a szervezetnek energiára van szüksége, felbontja a kötést, mely fedezi a szükséges energiát.

3 ATP

4 ATP ADP + Pi G°= - 30,5 kJ / mol ADP AMP + Pi G°= - 30,5 kJ / mol
Az egyes foszfátcsoportok hidrolízise jelentős energia felszabadulással jár, miközben di- ill. monofoszfát alakul ki. ATP ADP + Pi G°= - 30,5 kJ / mol ADP AMP + Pi G°= - 30,5 kJ / mol AMP ADENOZIN + Pi G°= - 14,2 kJ / mol ( ATP működéséhez Mg++ -ok is szükségesek) H2O H2O H2O

5 A foszfátcsoportok további lehasadása történhet:
ATP + H2O  AMP + PPi G°= - 30,5 kJ / mol pirofoszfát PPi + H2O Pi ATP + AMP 2 ADP a foszfátcsoport átvihető hidroxil-, vagy karboxil-csoportot tartalmazó vegyületre is ATP + X ADP + X~P (X lehet pl.: glicerinsav 1,3-difoszfát ill. foszfoenol-piruvát) anorganikus-pirofoszfatáz adenilát-kináz

6 Foszfátcsoportot tartalmazó fontosabb biokémiai molekulák
vegyület kötéstípus ΔG °’ (kJ/ mol) foszfo-enolpiruvát enolészter -61,9 glicerinsav-1,3-difoszfát savanhidrid -49,3 kreatin-foszfát foszforil-guanidin -43,1 acetil-foszfát -42,3 arginin-foszfát -33,5 adenozin-trifoszfát -30,5 glükóz-1-foszfát acetál-szemiészter -20,9 fruktóz-6-foszfát primer alkohol-észter -15,9 glükóz-6-foszfát -13,8 glicerol-1-foszfát -9,2 NAGY ENERGIÁJÚAK KIS ENERGIÁJÚAK

7 felszabaduló energia nagyobb, mint – 30 kJ / mol
NAGYENERGIÁJÚ vagy MAKROERG KÖTÉS: azok a kötések, melyek hidrolízisekor felszabaduló energia nagyobb, mint – 30 kJ / mol KIS ENERGIÁJÚ vagy MIKROERG KÖTÉSEK: azok a kötések, melyek hidrolízisekor felszabaduló energia kisebb, mint

8 lipid szintézishez: ATP + CTP poliszacharidok szintéziséhez: ATP + UTP
ATP-t más szerves bázis is helyettesítheti (uracil, guanin, citozin), melyek szintézisek energiáját szolgáltatják: lipid szintézishez: ATP + CTP poliszacharidok szintéziséhez: ATP + UTP fehérjék szintéziséhez : ATP + GTP RNS szintézishez : ATP + GTP + CTP + UTP DNS szinzéziséhez: dATP + dGTP + dCTP + dTTP (d- dezoxi-ribózt jelöli)

9 A foszfáton kívüli makroerg kötések,
melyek egyéb atomcsoportok lehasadásával szolgáltatnak energiát: Koenzim-A tioészterei  Acetil-CoA SAM (S-adenozil-metionin)  metilálási folyamatok ACP ( acil-carier-protein)  zsírsavszintézisek

10 ENZIMEK

11 Élő szervezetekben lejátszódó folyamatokat enzimek katalizálják.
ENZIMEK olyan katalitikus aktivitású fehérjék, melyek az aktiválási energia csökkentésével lehetővé teszik bizonyos kémiai reakciók végbemenetelét, ill. a reakciók sebességét gyorsítják.

12 „en zym” : élesztőben (1873. W. KÜHNE)
1836. CAGNIARD de LATOUR : az alkoholos erjedés élesztősejtek munkája 1897. BOUCHNER az erjedés a sejtből kivont 1871. MANASZEJNA anyag jelenlétében, sejtmentes környezetben is lejátszódik 1926. SUMNER : ureáz előállítása

13 enzimek jellemzői: bonyolult szerkezeti felépítés nagy molekulatömeg kolloidális sajátság környezettől függő (pH, hőm.) konformáció : alakváltozás megfelelő polaritás fehérjetermészetű (aminosavszekvencia)

14 Enzimek működéséhez kofaktorra van szükség, ezek a
Enzimek működéséhez kofaktorra van szükség, ezek a KOENZIMEK, melyek lehetnek kisebb szerves molekulák vagy fémionok APOENZIM : a koenzim eltávolítása után maradó fehérjerész HOLOENZIM APOENZIM KOENZIM

15 Enzimek elnevezése Felfedezőjéről
„áz” végződés , mely kapcsolódik a szubsztrát nevéhez ill. a rekciótípushoz, majd ezt összekombinálták Nemzetközi Enzimbizottság (E.C. = Enzyme Comission) 6 csoportot ír le kémiai jelleg szerint

16 Enzimek osztályba sorolása
OXIDO-REDUKTÁZOK C OH oxidációs-redukciós C O folyamatokat katalizálnak CH CH hidrogénezés vagy 1.4. CH NH2 dehidrogénezés 1.5. CH NH 1.6. NAD, NADP

17 atomcsoportokat átvivő enzimek 2.1. C1- töredék
2. TRANSZFERÁZOK atomcsoportokat átvivő enzimek C1- töredék CHO v. C O transzoldoláz, transzketoláz acil aciltranszferáz glikol transzglikoláz alkil v. aril N-tartalmú csop. amino-transzferáz P-tartalmú csop. foszfo-transzferáz: kináz S-tartlamú csop. szulfo-transzferáz

18 különböző kötéseket hidrolizálnak
3. HIDROLÁZOK különböző kötéseket hidrolizálnak észter glikozid glikozid-hidroláz éter peptid peptidáz C-N kötés savanhidrid

19 atomcsoport lehasítása kettőskötés kialakításával v.
4. LIÁZOK V. szintetázok atomcsoport lehasítása kettőskötés kialakításával v. addíció kettős kötésre - dezamináz 4.1. C C C O C N

20 5. IZOMERÁZOK 5.2. cisz  transz izomeráz 5.3. oxidoreduktázok
molekulán belüli átrendeződést katalizálnak 5.1. racemázok 5.2. cisz  transz izomeráz 5.3. oxidoreduktázok 5.4. transzferáz

21 6. LIGÁZOK v. szintetázok kötés kialakítása ATP felhasználásával 6.1. C O 6.2. C S 6.3. C N 6.4. C C piruvát-karboxiláz

22 4 szám jellemzi 1. főosztály 2. alosztály 3. akceptor típusa milyen 4. magát az enzimet határozza meg Pl: E.C transzferáz, hexokináz/D-hexóz-6-foszfotranszferáz

23 Az enzimreakciók kinetikai alapjai
Enzim működése a szervezetben vizes közegben, állandó hőmérsékleten, nyomáson, csaknem állandó pH-n Hatásukat : a) az aktiválási energia csökkentésével b) új reakció megnyitásával fejtik ki E + S ES E + T k1 k3 k2

24 Enzimek katalizáló hatása az aktiválási energiákra
E+S  [ES]  [ES]*  E + T

25 A koncentrációk változása a reakció során
[ S0] – kezdeti szubsztrát konc. [S] – szubsztrát konc. [E0] – kezdeti enzim konc. [E] – enzim konc. [ES] – enzim-szubszt. konc. [T] – termék konc. [S0] [ T ] koncentráció [E] [ E0] [S] [ES] idő

26 ES komplex keletkezésének sebessége: v1:
v1 = k1 · [E] · [S] Bomlás: két részből állhat termékképződés (k3) visszaalakulás (k2) v3 = k3 · [ES] v2 = (k2 + k3) · [ES] Stacionáris állapotban: v1 = v2 k1 · [E] · [S] = (k2 + k3) · [ES]

27 Michaelis-Menten állandó (KM)
k1 · [E] · [S] = (k2 + k3) · [ES] [E] · [S] k2 + k3 [ES] k1 az a szubsztrát koncentráció, melynél a termékképzőséi sebesség a max. sebesség fele = KM = Michaelis-Menten állandó (KM)

28 KM mértékegysége : mol / dm3 nagysága : 10-3 – 10-7
Ha értéke nagy: gyenge a kapcsolat a E és S között Minél kisebb az értéke annál erősebb a kötés a ES komplexben, annál stabilabb a komplex

29 Szabad állapotú enzim koncentrációja: [E] = [E0]- [ES] [E0] [S] [ES] =
A termék képződési sebessége: v3 = k3 · [E0] KM [S] KM + [S]

30 v3 akkor lesz maximális, amikor minden enzimmolekula telített szubsztráttal: [S] nagy
[S] >> KM ≈ 1 Tehát: vmax = k3 [E0] v3 = k3 · [E0] v3 = vmax [S] KM + [S] [S] KM + [S] [S] KM + [S]

31 Nagy szubsztrátkoncentrációnál:
[S]>>KM ≈ v3 = vmax Kis szubsztrátkoncentrációnál: [S]<<KM ≈ v3 = vmax Ha: [S]=KM = 1/ v3 = vmax/2 [S] KM + [S] [S] KM + [S] [S] KM [S] KM [S] KM + [S]

32 Telítési görbe: v V max V max 2 [S] KM

33 Az enzimműködés mértékegységei:
Kat = mol szubsztrát / sec Katal (kat) Standard enzimegység (U) 1 U = 1 μmol átalakított szubsztrát / 1 perc Molekuláris aktivitás (MA) 1 MA = 1mol átalakított szubsztrát / perc×mol enzim Specifikus aktivitás (SA) 1 SA = 1 μmol átalakított szubsztrát / perc×mg fehérje

34 Az enzim működésének mechanizmusa
AKTÍV CENTRUM: enzimfehérjének azon része, mely kapcsolatba lép a szubsztráttal két részből áll: kötőhely : a szubsztrát minőségét szabja meg  itt kötődik a szubsztrát katalitikus hely : a reakció típust választja ki  itt megy végbe a reakció

35 Kulcs-zár teória EMIL FISCHER az enzim aktív helye olyan konformáció
alakzatot vesz fel, mely, megfelel a szubsztrát alakjának, mint kulcsnak

36

37 2) Indukált illeszkedés KOSHLAND
az aktív centrumot a szubsztrát a megfelelő térszerkezetre kényszeríti CH3 CH2 NH3+ CH3 CH-CH3 OH CH2 CH3 CH-CH3 OH CH3 OH OH CH3 OH OH CH3-CH2-CH2-CH2-NH3+ OH CH2 CH3 COO- CH2 COO- CH2 OH CH2 CH2 CH2 CH3 SZUBSZTRÁT SZUBSZTRÁT

38 3) Fluktuációs modell STRAUB és SZABOLCSI
az aktív centrum több konformációs állapot között változik, de eggyel képes rögzíteni a szubsztrátot CH3 CH2 NH3+ Ala Tyr CH3 Cys CH3 CH2 NH3+ CH3 Lys SH CH3 CH3 SH OH SH CH2 OH CH2 COO- CH2 OH Ser Asp Cys SZUBSZTRÁT Phe

39 Az enzimműködést befolyásoló tényezők
A működés az aktív centrumban koncentrálódik Mindazok az anyagok, melyek az aktív centrum paraméreteit megváltoztatják, azok hatnak az aktivitásukra is.

40 AZ AKTÍV CENTRUMBA ÉPULT SPECIÁLIS IONOK
ENZIMMŰKÖDÉS KOFAKTOROK EFFEKTOROK KOENZIMEK KÖRNYEZETI TÉNYEZŐK AZ AKTÍV CENTRUMBA ÉPULT SPECIÁLIS IONOK pH HŐMÉRSÉKLET HATÁSFAKTOROK AKTIVÁTOROK ALLOSZTERIKUS EFFEKTOROK INHIBÍTOROK DENATURÁLÓ ANYAGOK

41 A fémionok szerepe az enzim működésében
AKTIVÁLÁS Az enzim szerkezetének, megfelelő konformációjának kialakításában vesznek részt, aktiválják az enzimet Biztosítják a stabilitást Nem biztos, hogy az aktív centrumban hatnak Az enzimtől elvonva, az nem veszíti el aktivitását az egyes ionok egymást helyettesíthetik FEHÉRJE SPECIFIKUSAK Pl: hexokináz (Zn++) a glikolízisben ATP-áz (Ca++) izommunka során

42 2) A FÉMIONOK ÁLLANDÓ RÉSZEI A MOLEKULÁNAK
A fémion nem választható el a molekulától Tényleges résztvevői a katalitikus folyamatoknak METALLOENZIMEK Más fémionnal az enzim nem működik FÉMION SPECIFIKUSAK Pl: karboxi-peptidáz (Zn++) fehérjék hidrolízisekor piruvát-karboxiláz (Mn++) cukorlebontásnál

43 A fémionok hatásmechanizmusa
a megkötött fémionok hatása enzimek elektrofil csoportok aktiválása piruvát-karboxiláz; Mn++ nukleofil csoportok aktiválása szénsav-anhidráz; Zn++ kobalamin; Co++ p-elektronok elvonása alkohol-dehidrogenáz; Zn++ karboxi-peptidáz; Zn++ a fémion megköti és orientálja a ligandumot piruvát-kináz; Mg++, Ca++ feszülést gerjesztenek a molekulában foszfor-transzferáz; Mg++, Mn++ hem-fehérjék; Fe++ elfedi a nukleofil csoportot hisztidin-dezamináz

44 Specifikus enzimaktiváló fémionok
ANTAGONISTÁK azok az elemek, ionok, anyagok, melyek egymás hatását akadályozzák SZINERGISTÁK melyek egymás hatását segítik

45 KOENZIMEK

46 ideiglenes az enzim és a koenzim kapcsolata
enzimatikus folyamatok során ideiglenes az enzim és a koenzim kapcsolata A koenzimek atomot, atomcsoportot, protont vagy elektront szállítanak

47 A) OXIDO-REDUKTÁZ KOENZIMEK
Nikotinsavamid – adenin- dinukleotid (-foszfát) NAD+ ; NADP+

48 Az oxidációs-redukciós folyamat

49 2) flavin-mononukleotid, flavin-adenin-dinukleotid
FMN ; FAD

50 ~ NAD+ ; NADP+ ; FMN ; FAD koenzimek feladata a hidrogének átvétele a tápanyagmolekulákból és szállításuk a terminális oxidáció felé

51 3) Liponsav (ditio-oktánsav)
dihidro-liponsav A liponsav a gyűrűben található diszulfid-híd redukciójával képes felvenni a hidrogént A piruvát oxidatív dekarboxilezésében játszik szerepet + 2H (CH2)4-COOH (CH2)4-COOH S S HS SH - 2H l

52 (Co-Q; ubikinon) 4) koenzim- Q
Hidrogén felvételkor kinon hidrokinon átalakulás Hidrogén leadáskor proton és elektron is keletkezhet, ami a terminális oxidáció egyik fontos lépése

53 5) Citokróm - alapváza a porfin - továbbítók - terminális oxidáció
része (elektron szállító) - prosztetikus csoport, egybe van épülve az enzimmel

54 B) TRANSZFERÁZ KOENZIMEK
1) Koenzim-A (Co-A; Co-A-SH)

55 2) Tiamin - pirofoszfát (TPP,tiamin,B1-vitamin)

56 3) Biotin (biocitin; H-vitamin)

57 biotin+ATP+HCO3- karboxi-biotin+ADP+Pi
Karboxi-biotin + piruvát biotin + oxálacetát enzim Mg++ enzim Mg++

58 4) Fólsav , tetrahidrofólsav (THF, B4-vitamin)

59 5) S-adenozil-metionin (SAM)
+

60 6) piridoxál-foszfát (PALP, B6-vitamin)

61 7) ciklikus-adenozin-monofoszfát (cAMP)

62 8) Adenozin-trifoszfát (ATP)

63 9) Ciáno-kobalamin (B12-vitamin)

64 10) Aszkorbinsav (C-vitamin)
GULONSAV Redukáló hatású  könnyen oxidálódik; diketo-gulonsavvá alakulva elveszti aktív hatását Transzferázként az –OH csoportok szállítója

65 1) TPP 2) PALP 1) glükóz-1,6-difoszfát 1) ATP 2) NAD+
C) HIDROLÁZ KOENZIMEK D) LIÁZ KOENZIMEK E) IZOMERÁZ KOENZIMEK F) LIGÁZOK KOENZIMJEI