Transcript 9_Prezentace - Enzymy, enzymová katalýza

ENZYMY – enzymová katalýza
PaedDr. Vladimír Šmahaj
Charakteristika enzymů
Název enzym (z řec. en zýme – v kvasnicích) pochází od W. Kühneho (1878)

enzymy jsou biokatalyzátory

biokatalýza se uskutečňuje v oblasti molekuly enzymu
nazývané AKTIVNÍ CENTRUM

látka, přeměnu které enzym katalyzuje se nazývá
SUBSTRÁT

téměř všechny známe enzymy jsou globulární proteiny,
většinou (60 až 70%) povahy složených bílkovin
(bílkovinnou povahu enzymů prokázal až J. Summer v roce 1926)
Působení enzymů

účinek enzymů je specifický. Specifický ve
katalyzované reakce (specifita účinku –
katalyzuje jedině konkrétní reakci) a ve
výběru substrátu (substrátová specifita –
katalyzuje přeměnu jen jediného substrátu)

enzymy snižuji aktivační energii reakce. Tvoří
komplex ze substrátem (komplex enzym-substrát)
vhodný
substrát
aktivní
centrum
smyslu
enzym
smyslu
enzym
prostorově vymezená malá
oblast molekuly enzymu
obsahující charakteristické
skupiny, které umožňují
substrát specificky vázat.
Rychlost enzymových reakcí
Závisí na řadě faktorů, především na:




koncentraci substrátu
koncentraci enzymu
pH prostředí – každý enzym má určitou optimální oblast
pH, při které má nejvyšší účinnost. Pro většinu enzymů
leží optimální hodnota pH v neutrální oblasti, např. slinná
amylasa při pH 7, ale např. pepsin v žaludku při pH 1 až
2
teplotě – rychlost enzymových reakcí s rostoucí teplotou
stoupá, ale při dosažení určité teploty se růst rychlosti
reakce zastaví a dalším zvyšováním teploty dochází k
postupné inaktivaci enzymu jeho tepelnou denaturací
Složeni enzymů
ENZYM
bílkovinná část apoenzym
nebílkovinná část - kofaktor
ionty kovů
prostetická skupina – pevně
vázaná s apoenzymem





1.
2.
3.
bílkovinná část enzymu – apoenzym
katalyticky aktívní enzym – holoenzym
apoenzym + kofaktor = holoenzym
koenzym – organická látka,
snadno se uvolňuje od
apoenzymu
kofaktory jsou nebílkovinné částice, obyčejně s nízkou molekulovou
hmotnosti, které jsou nepostradatelné pro aktivitu enzymu.
kofaktory:
jsou kovové ionty – Zn2+, K+, Mg2+, Fe2+; plní funkci aktivátorů
organické molekuly, které se dají od apoenzymu oddělit (např..
hydrolýzou) se nazývají koenzymy. Přenáší při reakci určité skupiny,
nebo ionty z jednoho substrátu na druhý.
kovalentně vázané na apoenzym se označuji jako prostetická skupina
(např. hem)
Enzymy snižuji aktivační energii (EA) reakce
(Enzymové reakce jsou 108 až 1014krát rychlejší než reakce nekatalyzované)
Pøechodový stav, S
Volná energie
G (nekatalyzovaná)
G (katalyzovaná)
Substrát
G reakce
Produkt
Smì r reakce
Mechanizmus účinku enzymů
Teorie „klíče (substrát) a zámku (enzym)“, E. Fischer 1894.
enzym + substrát
E
komplex enzym-substrát
+ S
ES
komplex enzym-produkt
enzym + produkt
EP
E
E+S
ES
EP
+
P
E+P
Inhibice a aktivace enzymů
Inhibice enzymu = snižovaní katalytické účinnosti
enzymu
Aktivace enzymu = zvyšovaní katalytické
účinnosti enzymu
Inhibice enzymů (lat. inhibeo – zastaviti)
- podle mechanizmu účinku rozlišujeme 3 typy
inhibice enzymů

A, kompetitivní (konkurenční inhibice)
molekuly inhibitoru mají strukturu podobnou molekule
substrátu, ale inhibitor (chemoterapeutikum,
antibiotikum) má vetší afinitu k aktivnímu centru enzymu
než substrát

inhibitor se váže na aktivní centrum enzymu

je to vratný (reversibilní) typ inhibice (účinek inhibitoru
se dá tlumit zvýšením koncentrace substrátu.
aktivní
centrum
B, nekompetitivní (nekonkurenční inhibice)

inhibitor se váže pevně na reaktívní skupiny aktivního
centra enzymu (např. - SH, - OH skupiny na R- ku)

je to nevratný (ireversibilní) typ inhibice

příkladem jsou ionty těžkých kovů (Hg, Pb, Cu) = tzv.
enzymové – katalytické jedy, nervové jedy, některá
léčiva
C, allosterická inhibice
alosterické
centrum
aktivní
centrum

inhibitor se váže na enzym mimo aktívního centra, na tzv.
allosterické centrum, přičemž vyvolá změnu terciární a kvartérní
struktury bílkoviny v aktivním centru enzymu a tak znemožňuje
navázání substrátu na aktivní centrum

tyto inhibitory si buňka zpravidla tvoří sama
Aktivace enzymů
A, Přeměna neaktívní formy enzymu na aktívní



tuto funkci plní některé kovové ionty (Mg2+, H+, Ca2+)
neaktivní forma enzymu (proenzym, zymogen) se
přemění na aktivní, obvykle odštěpením části
polypeptidového řetězce molekuly proenzymu, která
prostorově zabraňuje substrátu vázat se na aktívní
centrum
proenzym se může aktivovat i změnou své terciární
struktury
B, Allosterická aktivace
aktivní centrum
aktivátor
alosterické
centrum


substrát
na allosterické centrum enzymu se váže iont nebo malá
molekula, která z tohohle místa způsobí změnu terc. nebo
kvartérní struktury molekuly enzymu v aktívním centru a
umožní tak navázání substrátu na aktivní centrum enzymu
uvedené aktivátory (i inhibitory) [společné označení
EFEKTORY] si buňka tvoří sama, obvykle je to některý z
meziproduktů intermediárního metabolismu látek. Tento
způsob regulace využívají oligomerní enzymy, nacházející
se ve význačných místech metabolických drah (na jejich
začátku, v místech větvení a u nejpomalejších reakcí), a
proto celé dráhy řídí
Dodatek

při přeměně substrátu na produkt, může hromaděni
produktu způsobit inhibici některého z enzymů
zapojených do metabolismu, avšak zvýšené množství
substrátu může zvýšit aktivitu určitého enzymu, např.
enzymu 2 (jedná se o typ allosterické regulace – zpětná
vazba/feedback):
substrát
produkt
zvýšené množství
produktu inhibuje
činnost enzymu 1
Názvosloví enzymů



triviální názvy, většinou s koncovkou –in, např. pepsin,
trypsin
v r. 1883 byla pro názvy enzymů zvolena koncovka –
asa a název byl tvořen podle substrátu, jehož přeměnu
enzym katalyzoval (amylasa z řec. amylum – škrob)
nebo podle charakteru katalyzované reakce (oxidasa,
hydrolasa)
systémové názvy enzymů (1961):
název substrátu+typ katalyzované reakce+asa
např. ethanoldehydrogenasa
Klasifikace enzymů
Základem klasifikace enzymů je jejich rozdělení do šesti
hlavních tříd podle typu katalyzované reakce.
Děkuji za pozornost!