Transcript محاضرات الإنزيمات

‫كيمياء حيوية عامة (‪ 101‬كيح)‬
‫اإلنزيمات ‪ENZYMES‬‬
‫الصفحات‬
‫األسبوع المحاضرة‬
‫الثالث ‪270-264 12-7‬‬
‫‪+‬‬
‫‪237-227‬‬
‫الرابع‬
‫‪244-243‬‬
‫‪257-249‬‬
‫‪247-246‬‬
‫‪258‬‬
‫الموضوع‬
‫تسمية اإلنزيمات و تصنيفها‬
‫التحفيز اإلنزيمي ‪ ،‬العوامل التي تؤثر على سرعة التفاعل‬
‫اإلنزيمي ‪ ،‬آلية عمل اإلنزيم ‪ ،‬حركية اإلنزيمات‬
‫تثبيط اإلنزيمات‬
‫األيزوانزيمات ‪ ،‬المرافقات اإلنزيمية‬
‫اإلنزيمات األلوستيرية‬
‫تعريف وخصائص اإلنزيمات‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫هي عوامل مساعدة أو محفزات بيوكيميائية‬
‫تعمل علي تخفيض طاقة التنشيط المطلوبة لبداية التفاعل‬
‫ال تؤثر علي ثابت اإلتزان في التفاعل‬
‫ال تؤثر علي تغيرات الطاقة الحرة للتفاعل‬
‫ال تستهلك أثناء التفاعل‬
‫تزيد من معدل سرعة التفاعل إلي حوالي ‪1410‬‬
‫بروتينية التركيب‬
‫تسمية اإلنزيمات وتصنيفها‬
‫تصنيف قديم ليس له داللة (تريبسين ‪ – trypsin‬ببسين ‪(pepsin‬‬
‫تصنيف حديث بإضافة مقطع ‪ ase‬إلى اسم مادة التفاعل‬
‫(ليباز ‪ –lipase‬أميالز ‪ – amylase‬يوريياز ‪) urease‬‬
‫تصنيف اإلتحاد الدولي للكيمياء الحيوية ‪:IUB‬‬
‫تقسم فيه اإلنزيمات إلى ‪ 6‬أصناف حسب نوع التفاعل‬
‫يقسم كل قسم إلى أقسام فرعية مرقمة بأربع أرقام لكل إنزيم‬
‫الرقم األول يدل على الصنف (‪)6-1‬‬
‫الرقم الثاني يدل على المجموعات التي تضاف أو تحذف‬
‫الرقم الثالث يدل على المرافق اإلنزيمي أو المجموعة المتقبلة للمواد‬
‫الرقم الرابع يدل على نوع مادة التفاعل‬
‫‪ -1‬إنزيمات األكسدة واإلختزال ‪:Oxidoreductases‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫انتقال إلكترونات من مادة مختزلة إلى مادة مؤكسدة‬
‫مثال‪ :1‬إنزيمات التنفس واألكسدة الحيوية‬
‫مثال ‪ :2‬إنزيمات نزع الهيدروجين من الكحوالت‬
‫يتم نقل ‪ 2‬ذرة هيدروجين و ‪ 2‬إلكترونين المادة من المختزلة (الكحول)‬
‫إلى المادة المؤكسدة (المرافق اإلنزيمي)‬
‫‪CH3CHO + NADH2‬‬
‫‪CH3CH2OH + NAD‬‬
‫‪E.C. 1.1.1.1 Alcohol:NAD Oxidoreductase‬‬
‫• مثال ‪ :2‬إنزيمات نزع الهيدروجين من األمين‬
‫• يتم نزع ذرة هيدروجين من الجلوتامات إلى المادة المؤكسدة‬
‫(المرافق اإلنزيمي)‬
‫‪L-Glutamate + NAD(P)+ + H2O‬‬
‫‪a- Ketoglutarate + NH4+ + NAD(P)H‬‬
‫‪E.C. 1.4.1.3 Glutamate: NAD(P) Oxidoreductase‬‬
‫‪ -2‬اإلنزيمات الناقلة ‪:Trasferases‬‬
‫• انتقال مجموعة كيميائية من مركب آلخر‬
‫• مثل نقل ذرة كربون أو مجوعات كيتونية أو ألدهيدية أو مجموعات‬
‫محتوية على فوسفور أو كبريت‪.‬‬
‫• مثال ‪:1‬‬
‫‪ADP + D-Hexose-6-P‬‬
‫‪ATP + D-Hexose‬‬
‫)‪E.C. 2.7.1.1 ATP:D-Hexose-6-Phosphotransferase (Hexokinase‬‬
‫مثال ‪ :2‬إنزيمات مجموعة األمين ‪Transaminases‬‬
‫‪ -3‬إنزيمات التحلل المائي ‪:Hydrolases‬‬
‫• تحلل الروابط بإضافة ‪H ‘ OH‬على طرفي الرابطة‬
‫• مثال‪ :1‬إنزيمات تحلل الرابطة الجاليكوزيدية‬
‫‪Alcohol + D-Galactose‬‬
‫‪b-D-Galactoside + H20‬‬
‫‪E.C. 3.2.1.23 b-D-Galactoside galactohydrolase‬‬
‫• مثال‪ :2‬إنزيم ليباز الذي يحلل الجليسيريدات الثالثية مائيا ً إلى‬
‫جليسيرول وأحماض دهنية‬
‫)‪E.C. 3.1.3.1 Glycerol ester hydrolase (Lipase‬‬
‫)‪E.C. 3.2.1.26 b-D-Fructofuranoside fructohydrolse (Sucorase‬‬
‫• ‪ -4‬إنزيمات التفكك ‪:Lyases‬‬
‫• تفكيك المركب ونشوء رابطة مزدوجة والتفاعالت العكسية لها‬
‫• مثال‪ :1‬إنزيمات تحلل الرابطة الجاليكوزيدية‬
‫‪HOOC-CH=CH-COOH + H2O‬‬
‫‪HOOC-CH2-CHOH-COOH‬‬
‫)‪E.C. 4.1.2.1 L- Malate Hydrolyase (Fumarase‬‬
‫• مثال‪ :2‬إنزيم ألدوالز الذي يحلل الكيتوز فوسفات إلى ثنائي‬
‫هيدروكسي أسيتون فوسفات ‪ +‬الدهايد‬
‫‪Dihydroxy Acetone Phosphate + Aldehyde‬‬
‫‪Ketose 1-Phosphate‬‬
‫)‪E.C. 4.1.2.7 Ketose 1-Phosphate Aldehydelyase (Aldolase‬‬
:Isomerases ‫ إنزيمات التماكب‬-5 •
‫• وهي إنزيمات تحول المركبات إلى مماكبات سواء تماكب‬
ً ‫موضعيا ً أو هندسيا ً أو ضوئيا‬
All Trans Retinene
11-Cis-Retinene
E.C. 5.2.1.3 All Trans Retinene 11-Cis-Trans
Isomerase (Retinene Isomerase)
‫ إنزيمات تحويل السكر األلدهيدي إلى كيتوني‬:2‫• مثال‬
‫مثل ألدو كيتو آيزوميراز‬
D-Glyceraldehyde 3-Phosphate
3-Phosphate
Dihydroxy Acetone
E.C. 5.3.1.1 D-Glyceraldehyde 3-Phosphate Ketol Isomerase
:Ligases ‫ اإلنزيمات الصانعة‬-6 •
C-C, C-N, C-O, C-S ‫• تربط بين مركبين ونشوء رابطة بين‬
ATP + CH3-CO-SCoA + CO2
ADP + Pi + HO-CO-CH2-CO-SCoA
E.C. 6.4.1.2 Acetyl CoA: CoA CO2 Ligase
(Acetyl Co carboxylase)
‫النظرية الحركية للتفاعالت‬
HCl + NaOH
C6H12O6 + 6O2
H2O + NaCl
6CO2+ 6H2O + DG0
‫تغيرات الطاقة في التفاعالت الكيميائية‬
‫التغير في الطاقة‬
‫مواد‬
‫ناتجة‬
‫تفاعل ماص للحرارة‬
‫تغير موجب‬
‫التغير في الطاقة‬
‫مواد‬
‫ناتجة‬
‫تفاعل طارد للحرارة‬
‫تغير سالب‬
‫مواد‬
‫متفاعلة‬
‫تغيرات الطاقة في التفاعالت الكيميائية‬
‫الحالة اإلنتقالية‬
‫طاقة التنشيط‬
‫التغير في الطاقة‬
‫مواد‬
‫ناتجة‬
‫إنزيم‬
‫مواد‬
‫متفاعلة‬
‫تغيرات الطاقة في التفاعالت الكيميائية‬
‫غير محفز‬
‫إنزيم‬
‫محفـــــز‬
‫التغير في الطاقة‬
‫مواد‬
‫ناتجة‬
‫مواد‬
‫متفاعلة‬
‫تعريفات‬
‫التغير القياسي للطاقة الحرة‬
‫هو الفرق بين طاقة المواد الداخلة في التفاعل وطاقة المواد‬
‫الناتجة منه‬
‫طاقة التنشيط‬
‫هي الطاقة الالزمة لبدء التفاعل حيث تنقل المواد المتفاعلة إلي‬
‫مستوي طاقة يكفي لتحويل المواد المتفاعلة إلي نواتج مروراً‬
‫بحالة إنتقالية مؤقتة‬
‫هي الفرق بين مستوي الطاقة للمواد المتفاعلة ومستواها في‬
‫المرحلة اإلنتقالية‬
‫تعريفات‬
‫وحدة قياس النشاط اإلنزيمي‬
‫كمية اإلنزيم التي يمكنها تحويل ‪ 1‬ميكرومول من مادة‬
‫التفاعل إلي نواتج في الدقيقة الواحدة عند الظروف المثلي‬
‫لعمل اإلنزيم (درجة الحرارة وتركيز األس الهيدروجيني‬
‫وتركيز مادة التفاعل)‬
‫النشاط النوعي لإلنزيم‬
‫عدد وحدات اإلنزيم الموجودة في الملليجرام بروتين‬
‫العوامل المؤثرة علي سرعة التفاعل اإلنزيمي‬
‫‪ -1‬درجة الحرارة‬
‫‪ -2‬األس الهيدروجيني‬
‫‪ -3‬تركيز اإلنزيم‬
‫‪ -4‬تركيز المواد المتفاعلة‬
‫إنزيم ‪ +‬مواد متفاعلة ‪ >-----‬إنزيم ‪ +‬مواد ناتجة‬
‫درجة الحرارة‬
‫‪Temperature‬‬
‫‪10‬‬
‫‪9‬‬
‫‪7‬‬
‫‪6‬‬
‫درجة‬
‫الحرارة‬
‫المثلي‬
‫‪5‬‬
‫‪4‬‬
‫‪3‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪0‬‬
‫‪55‬‬
‫‪50‬‬
‫‪45‬‬
‫‪40‬‬
‫‪35‬‬
‫‪30‬‬
‫درجة الحرارة‬
‫‪25‬‬
‫‪20‬‬
‫‪15‬‬
‫سرعة التفاعل‬
‫‪8‬‬
‫درجة الحرارة‬
‫‪Temperature‬‬
‫• لكل إنزيم درجة حرارة مثلي عندها يكون نشاط‬
‫اإلنزيم أعلي ما يمكن‪.‬‬
‫• يزداد نشاط اإلنزيم بزيادة درجة الحرارة حتي حد‬
‫معين بعدها يبدأ النشاط في اإلنخفاض حتي ينعدم‬
‫نظراً لتغير تركيب اإلنزيم الطبيعي بسبب الحرارة‬
‫العالية‬
‫األس الهيدروجيني‬
‫‪10‬‬
‫‪9‬‬
‫‪7‬‬
‫‪6‬‬
‫‪5‬‬
‫‪pH‬‬
‫المثلي‬
‫‪4‬‬
‫‪3‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪0‬‬
‫‪12‬‬
‫‪8‬‬
‫‪10‬‬
‫‪pH‬‬
‫‪6‬‬
‫‪4‬‬
‫‪2‬‬
‫سرعة التفاعل‬
‫‪8‬‬
‫األس الهيدروجيني ‪pH‬‬
‫• لكل إنزيم درجة ‪ pH‬مثلي عندها يكون نشاط‬
‫اإلنزيم أعلي ما يمكن‪.‬‬
‫• يزداد نشاط اإلنزيم بزيادة ‪ pH‬حتي حد معين بعدها‬
‫يبدأ النشاط في اإلنخفاض حتي ينعدم نظراً لتغير‬
‫تركيب اإلنزيم الطبيعي بسبب الـ ‪ pH‬البعيدة عن‬
‫الظروف الفيسيولوجية لإلنزيم‬
‫تركيز اإلنزيم‬
‫‪Enzyme concentration‬‬
‫‪10‬‬
‫‪9‬‬
‫تزداد سرعة التفاعل‬
‫بزيادة تركيز اإلنزيم‬
‫زيادة طردية‬
‫‪7‬‬
‫‪6‬‬
‫‪5‬‬
‫‪4‬‬
‫‪3‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪0‬‬
‫‪10‬‬
‫‪8‬‬
‫‪6‬‬
‫‪4‬‬
‫تركيز اإلنزيم‬
‫‪2‬‬
‫سرعة التفاعل‬
‫عالقة طردية‬
‫‪8‬‬
‫تركيز مادة التفاعل‬
‫‪Substrate concentration‬‬
‫‪10‬‬
‫‪9‬‬
‫السرعة القصوي‬
‫‪7‬‬
‫‪6‬‬
‫‪5‬‬
‫‪4‬‬
‫‪3‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪0‬‬
‫‪14‬‬
‫‪12‬‬
‫‪10‬‬
‫‪8‬‬
‫‪6‬‬
‫تركيز مادة التفاعل‬
‫‪4‬‬
‫‪2‬‬
‫سرعة التفاعل‬
‫‪8‬‬
‫تركيز مادة التفاعل‬
‫‪Substrate concentration‬‬
‫• يزداد نشاط اإلنزيم بزيادة تركيز مادة التفاعل‪.‬‬
‫• كلما زاد تركيز مادة التفاعل زادت سرعة التفاعل‬
‫حتي حد معين وبعد ذلك تثبت سرعة التفاعل نظراً‬
‫لعدم توفر إنزيمات حرة إلنجاز مزيد من التفاعالت‪.‬‬
‫آلية عمل اإلنزيم ‪Enzyme mechanism‬‬
‫‪ -1‬نظرية القفل والمفتاح‬
‫مادة التفاعل‬
‫إنزيم‬
‫آلية عمل اإلنزيم ‪Enzyme mechanism‬‬
‫‪ -2‬نظرية التوافق المستحث‬
‫مادة التفاعل‬
‫إنزيم‬
‫السرعة القصوى ‪Vmax‬‬
‫‪Vmax/2‬‬
‫‪km‬‬
‫تركيز مادة التفاعل‬
‫ثابت ميكائيل وعالقته بسرعة التفاعل‬
‫سرعة التفاعل‬
‫نصف السرعة القصوى‬
E+ S
E
ES
1/V
1/V max
-1/Km
.‫امليل‬
.
.
.
.
Km / Vmax
1/[S]
Lineweaver Burk plot ‫رسم الين ويفر برك‬
.
.
+
P
‫تركيب اإلنزيمات ‪Enzyme structure‬‬
‫اإلنزيمات هي مركبات بروتينية التركيب وفي بعضها يضاف للبروتين مجموعة غير بروتينية مثل‬
‫الكربوهيدرات وتنقسم إلى‪:‬‬
‫‪ -1‬إنزيمات بسيطة‬
‫‪ -2‬إنزيمات مركبة‬
‫‪ -3‬معقدات اإلنزيمات (مجوعة من إنزيمات مختلفة التركيب يؤدي كل منها تفاعل مختلف عن اآلخرين‬
‫ولكن يعمل الجميع على إتمام مجموعة من التفاعالت المكملة لبعضها (مثال إنزيمات سلسلة التنفس)‬
‫‪ -4‬أيزوإنزيمات (إنزيمات تركيبها مختلف ولكنها تقوم بتحفيز نفس التفاعل‪ .‬أي أن لها نفس المادة‬
‫المتفاعلة وتعطي نفس النواتج)‬
‫تنشيط اإلنزيمات ‪Enzyme activation‬‬
‫‪ -1‬بواسطة المرافق اإلنزيمي‬
‫‪ -2‬بواسطة فقد جزء من البروتين‬
‫التنشيط بواسطة المرافق اإلنزيمي‬
‫الجزء البروتيني ‪ +‬المرافق إلنزيمي‬
‫(غير نشط)‬
‫(غير نشط)‬
‫اإلنزيم النشط‬
‫‪Holoenzyme‬‬
‫‪Apoenzyme + Coenzyme‬‬
‫التنشيط بفقد جزء من البروتين‬
‫الزيموجينات أو البروإنزيمات‬
‫هي مولدات اإلنزيم وتكون فيه السلسلة الببتيدية المكونة‬
‫لإلنزيم تحتوي علي جزئ ببتيدي إضافي يتم حذفه عند‬
‫تنشيط اإلنزيم‪.‬‬
‫مثال‪ :‬الببسينوجين ‪ >----‬ببسين ‪ +‬ببتيد‬
‫التربسينوجين ‪ >----‬تربسين ‪ +‬ببتيد‬
Enzyme inhibitors ‫مثبطات اإلنزيمات‬
Competitive inhibition ‫ تثبيط تنافسي‬-1
Non-competitive inhibition ‫ تثبيط التنافسي‬-2
Uncompetitive inhibition ‫ تثبيط غير تنافسي‬-3
Feed-Back inhibition ‫ تثبيط التغذية المرتدة‬-4
Irriversible inhibition ‫ تثبيط غير عكسي‬-5
‫مثبطات اإلنزيمات ‪Enzyme inhibitors‬‬
‫‪ -1‬تثبيط تنافسي‬
‫وفيه يتحد المثبط بنفس مكان إرتباط مادة‬
‫التفاعل فينافسها في ذلك الموضع ويتم‬
‫التغلب علي هذا التثبيط بزيادة تركيز مادة‬
‫التفاعل‬
‫مادة التفاعل‬
‫المثبط‬
‫إنزيم‬
+S
ES
E
+
P
E
+I
EI
1/V
1/V max
-1/Km
-1/Kim
‫ مثبط تنافسي‬+
.
.
.
.
.
1/[S]
.
.
‫ مثبط‬-
‫‪ -2‬تثبيط التنافسي‬
‫‪Non-competitive inhibition‬‬
‫وفيه يتحد المثبط باإلنزيم في موقع مختلف‬
‫عن مكان ارتباط مادة التفاعل‪ .‬فهو بالتالي‬
‫ال ينافسها‪ .‬ويعتمد التثبيط علي أن المثبط‬
‫يغير من شكل اإلنزيم في الفراغ وبالتالي‬
‫موقع اتصال مادة التفاعل‬
‫‪ -2‬تثبيط التنافسي‬
‫مادة التفاعل‬
‫مثبط‬
‫إنزيم‬
S
E
ES
E
+ P
+I
+I
EI
+S
ESI
‫ مثبط ال تنافسي‬+
1/V
1/Vi max
.
.
.
.
.
1/V max
-1/Km
1/[S]
.
.
‫ مثبط‬-
‫‪ -3‬تثبيط غير تنافسي‬
‫وفيه يتحد المثبط بمادة التفاعل بعد إتحادها باإلنزيم‬
‫فيمنع اإلنزيم من تحويل مادة التفاعل إلي نواتج‬
‫مثبط‬
‫مادة التفاعل‬
‫إنزيم‬
E+ S
E
ES
+P
+I
ESI
‫ مثبط غير تنافسي‬+
1/V
1/Vi max
.
.
.
.
.
1/V max
-1/Kim
-1/Km
1/[S]
.
.
‫ مثبط‬-
‫مثبطات اإلنزيمات ‪Enzyme inhibitors‬‬
‫‪ -4‬تثبيط التغذية المرتدة ‪Feed-Back inhibition‬‬
‫هو تثبيط ال تنافسى ولكن المثبط هو أحد نواتج‬
‫التفاعل اإلنزيمي الذي إن زاد عن حد ما يقوم بتقليل‬
‫سرعة التفاعل عن طريق تثبيطه لإلنزيم‬
‫مادةتفاعل‬
‫مادة‬
‫تفاعل‪11‬‬
‫إنزيم ‪1‬‬
‫ناتج ‪1‬‬
‫(مادة تفاعل ‪)2‬‬
‫إنزيم ‪2‬‬
‫ناتج ‪2‬‬
‫(مادة تفاعل ‪)3‬‬
‫إنزيم ‪3‬‬
‫ناتج ‪3‬‬
‫(مادة تفاعل ‪)4‬‬
‫يقوم الناتج رقم ‪ ( 5‬الناتج من‬
‫تحويل ‪ 4‬بواسطة اإلنزيم ‪)5‬‬
‫بتثبيط اإلنزيم ‪ 1‬فيمنع تحويل مادة‬
‫الت فاعل ‪ 1‬إلي الناتج ‪ 1‬وبالتالي‬
‫يتم تثبيط جميع اإلنزيمات ‪5- 2‬‬
‫إنزيم ‪4‬‬
‫ناتج ‪4‬‬
‫(مادة تفاعل ‪)5‬‬
‫إنزيم ‪5‬‬
‫ناتج‬
‫ناتج‪55‬‬
‫( (مثبط)‬
‫مثبط)‬
‫مخطط كروكي يوضح تثبيط اإلنزيم بالتغذية املرتةة‪.‬‬
‫مثبطات اإلنزيمات ‪Enzyme inhibitors‬‬
‫‪ -5‬تثبيط غير عكسي‬
‫يتحد المثبط بالمراكز الفعالة لإلنزيم إرتباطا ً قويا ً‬
‫فال ينفصل عنها وبالتالي يفقد اإلنزيم نهائيا ً‬
‫وظيفته وال يتم التغلب علي هذا التثبيط بزيادة‬
‫تركيز مادة الفاعل‪.‬‬
‫اإلنزيمات األلوستيرية (غير الوضعية)‬
‫‪Allosteric enzymes‬‬
‫تعطي منحنى أسي ‪ Sigmoid‬للعالقة بين سرعة التفاعل وتركيز‬
‫المادة المتفاعلة‪.‬‬
‫تتكون من عدة وحدات فرعية ‪ subunits‬تحتوى على ‪:‬‬
‫•أ‪ -‬مركز فعال‬
‫•ب‪ -‬مركز تنظيمي‪:‬‬
‫• تنظيم إيجابي ‪Positive effector‬‬
‫• تنظيم سلبي ‪Negative effector‬‬
‫السرعة القصوى ‪Vmax‬‬
‫‪Vmax/2‬‬
‫منحنى أس ي‬
‫‪km‬‬
‫تركيز مادة التفاعل‬
‫املنحنى األس ي لإلنزيمات األلوسيرية‬
‫سرعة التفاعل‬
‫نصف السرعة القصوى‬