1 / 48

Ensümaatiline katalüüs II

Ensümaatiline katalüüs II. Koensüümid ja vitamiinid Ensümaatilise aktiivsuse regulatsioon Geneetiline regulatsioon Ensüümide kovalentne modifikatsioon Ensüümide proteolüütiline aktivatsioon Allosteeriline regulatsioon Isoensüümid Katalüütiline RNA. Koens üüm

petunia
Download Presentation

Ensümaatiline katalüüs II

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Ensümaatiline katalüüs II

  2. Koensüümid ja vitamiinid • Ensümaatilise aktiivsuse regulatsioon • Geneetiline regulatsioon • Ensüümide kovalentne modifikatsioon • Ensüümide proteolüütiline aktivatsioon • Allosteeriline regulatsioon • Isoensüümid • Katalüütiline RNA

  3. Koensüüm Orgaaniline või organometalliline molekul, mis on vajalik ensüümi aktiivsuseks Prosteetiline rühm Koensüüm, mis on kovalentselt või väga tugevalt mittekovalentsete sidemeta ensüümiga seotud Vitamiinid Rühm suhteliselt väikeseid orgaanilisi molekule, mis on organismi normaalseks kasvuks ja arenguks vajalikud

  4. Kofaktorid ja koensüümid Rida ensüüme ei ole puhastatud polüpeptiidi kujul võimelised katalüüsiks vaid vajavad mingit teist kofaktorit aktivatsiooniks Selliste kofaktor tüüpi ensüümid koosnevad järgmistest komponentidest Apoensüüm- polüpeptiidne osa, inaktiivne puhtal kujul Kofaktor- metalliioon või koensüüm, mis “aktiveerib” ensüümi. Võib osaleda vahetult reaktsioonis või muuta valgu konformatsiooni

  5. Vitamiinid Vitamiine klassifitseeritakse vastavalt lahustuvusele vees lahustuvad vitamiinid lipiidides lahustuvad vitamiinid Iga koensüümi struktuur baseerub kindlal vitamiinil Koensüüm vastav vitamiin KoensüümA pantoteenhape FAD riboflaviin NAD+ niatsiin

  6. Vees lahustuvad vitamiinid Vitamiin B1- Tiamiin Funktsioon: Tiamiinpürofosfaat on mitmesuguste dekarboksüleerimisreaktsioonide kofaktor. Oluline süsivesikute metabolismis. Näiteks püruvaadi dehüdrogenaasi kompleksis, mis on absoluutselt vajalik suhkrute aeroobses metabolismis

  7. Vees lahustuvad vitamiinid Vitamiin B2- Riboflaviin Funktsioon: Koensüüm FAD koostisosa. Osaleb prosteetilise rühmana mitmesugustes redoksprotsessides. Süsivesikute, rasvade metabolismis, hingamisahelas

  8. Vees lahustuvad vitamiinid Vitamiin B3- Pantoteenhape Paljudes toitainetes, toodetakse ka enterobakterite poolt Koensüümi A eellane. Osaleb atsüülrühmade ülekandmisel, näiteks lipiidide ja süsivesikute metabolismis

  9. Vees lahustuvad vitamiinid Vitamiin B6- püridoksiin Vastav koensüüm oluline aminohapete metabolismis, nii katabolismis kui anabolismis

  10. Vees lahustuvad vitamiinid Vitamiin B12- koobalamiin Radikaalse reaktsioonimehhanismiga kulgevad metüülrühma ülekanded

  11. Vees lahustuvad vitamiinid Vitamiin C Vajalik kollageeni modifitseerimiseks. Antioksüdant

  12. Vees lahustuvad vitamiinid Niatsiin, nikotiinhape ja nikotiinamiid Koensüümid NAD+ ja NADP+ redoksprotsessides. Olulised energia metabolismis, näiteks glükolüüsil

  13. Vees lahustuvad vitamiinid Foolhape Koensüüm tetrahüdrofolaat oluline näiteks puriinide ja pürimidiinide biosünteesil. Osaleb 1C rühmade ülekandel

  14. Vees lahustuvad vitamiinid Biotiin ATP sõltuvad karboksüleerimised või karboksüüli ülekanded rasvade, süsivesikute ja valkude metabolismis

  15. Lipiidides lahustuvad vitamiinid Vitamiin A-trans-retinool Kriitilise funktsiooniga silmanägemise tagamisel

  16. Lipiidides lahustuvad vitamiinid Vitamiin K- füllokinoon Vajalik verehüübesüsteemis protrombiini moodustamisel. Osaleb glutamaadi karboksüleerimisel

  17. Lipiidides lahustuvad vitamiinid Vitamiin D- kolekaltsiferool Vajalik normaalseks luustiku arenguks, osaleb kaltsiumi ja fosfori metabolismis

  18. Lipiidides lahustuvad vitamiinid Vitamiin E- tokoferool

  19. Koensüümid Vitamiinid on koensüümide eelladeks NAD+ FAD KoensüümA

  20. NAD+

  21. FAD

  22. Koensüüm A

  23. Allosteerilised ensüümid Raku metabolismis osaleb tuhandeid ensüüme Metaboolsed reaktsioonid on süstematiseeritavad metaboolsetesse radadesse E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 A B C D E F G P Paljude ensüümide käitumine vastab Michaelis-Menteni kineetikale Tavaliselt on aga igas rajas vähemalt üks ensüüm, mis ei ole kirjeldatav Michaelis-Menteni võrrandi alusel See ensüüm katalüüsib reguleeritavat reaktsiooni, mis kontrollib kogu rada vaheühendid

  24. Allosteerilised ensüümid • Regulatoorsete reaktsioonide aktiivsuse kontrolliks on mitmeid võimalusi • Lõppprodukti kontsentratsiooni kaudu • Substraadi kontsentratsiooni kaudu • Metaboolse raja intermediaatide abil • Välise faktori (näiteks hormooni) abil

  25. Allosteerilised ensüümid Kontrollitavaks ensüümiks on metabolismis sageli konkreetse raja esimene ensüüm E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 A B C D E F G P vaheühendid • Võimalik vältida energia kulutamist teistes reaktsioonides • On lihtsalt reguleeritav lähteühendi hulga poolt • Sageli reguleeritakse tagasisidestatult raja lõpp-produktiga

  26. Ensüümi aktiivsuse regulatsioon Lihtne inhibitsioon lõpp-produkti poolt Võimalik tasakaaluliste reaktsioonide korral. Produkti akumuleerumise korral pärisuunaline reaktsioon aeglustub. Produkti eemaldamisel süsteemist (näiteks mingi keemilise reaktsiooni tulemusel) nihkub tasakaal ja selle taastamiseks kiireneb pärisuunaline reaktsioon E + S ES ES* EP E + P Tasakaal nihkub vasakule produkti akumuleerudes Tasakaal nihkub paremale produkti eemaldades

  27. Positiivsed ja negatiivsed efektorid Modulaatorid ehk efektorid Molekulid, mis muudavad ensüümi aktiivsust Positiivsed efektorid stimuleerivad ensüümi Negatiivsed efektorid inhibeerivad ensüümi Efektorid toimivad seondudes pöörduvalt, mittekovalentselt ensüümiga. Selle tulemusena muutub tüüpiliselt aktiivsaidi konformatsioon. Allosteerilised efektorid- efektorid, mille sidumine toimub teise, mitte katalüütilisse tsentrisse- allosteerilisse saiti

  28. Allosteeriliste ensüümide regulatsioon Allosteeriline efektori sidumine allosteerilisse tsentrisse mõjutab positiivselt või negatiivselt ligandi sidumist teise (katalüütilisse) tsentrisse

  29. Ensüümi aktiivsuse regulatsioon Aktiivsuse kontroll kovalentse modifikatsiooni teel Kovalentne pöörduv aminohapete kõrvalahelate modifitseerimine • modifikatsioonid on järgmised • Seriini, treoniini või türosiini hüdroksüülrühma fosforüleerimine • AMP jäägi liitmine- adenülüleerimine • Tsüsteiini disulfiidsideme redutseerimine • Atsetüleerimine, glükosüleerimine, metüleerimine

  30. Kovalentne modifikatsioon -fosforüleerimine Ensüümide fosforüleeritud vorm on kas aktiivne või vastupidi inaktiivne Näide: glükogeeni fosforülaas Fosforülaas-(OH)2 + 2ATP Fosforülaas-(Pi)2 +2ADP Ensüümi dimeerses molekulis fosforüleeritakse kaks spetsiifilist seriini jääki. Vastavat reaktsiooni katalüüsib fosforülaasi kinaas. Teine ensüüm, fosforülaasi fosfataas eemaldab fosfaatrühmad. Glükogeeni fosforülaas on suurema aktiivsusega fosforüleeritud vormis Fosforülaas-(Pi)2 + 2H2O Fosforülaas-(OH)2 + 2Pi

  31. Kovalentne modifikatsioon Glutamiini süntetaas inaktiveeritakse AMP liitmisega Süntetaas-OH + ATP süntetaas-O-AMP + PPi Aktiivne vorm Inaktiivne vorm Tsüsteiini disulfiidsidemete redutseerimine fotosünteesis osalevatel ensüümidel Ensüüm + AH2 Ensüüm + A SH SH S-S Aktiivne vorm Inaktiivne vorm

  32. Ensüümi aktiivsuse kontroll proteolüütilise hüdrolüüsi abil Tsümogeenid- proteolüütiliste ensüümide suuremad inaktiivsed prekursorid (proensüümid) Osa prevalgu molekulist tuleb aktiveerimiseks eemaldada proteolüütiliselt. Tsümogeeni aktivatsioon on seega pöördumatu protsess Trüpsinogeen, kümotrüpsinogeen Inaktiivne tsümogeen Aktiivne ensüüm proteaas

  33. Kümotrüpsiin Kümotrüpsiin on proteaas, mis hüdrolüüsib aromaatsete aminohapete jäägi moodustatava peptiidsideme, mis paikneb valgu C otsa pool. Seega on kümotrüpsiini võimalik kasutada valgu selektiivseks hüdrolüüsiks fenüülalaniini, türosiini ja trüptofaani jääkide juurestl. Kümotrüpsiin on proteolüütiline ensüüm, mis sünteesitakse rakus inaktiivse tsümogeeni, kümotrüpsinogeeni kujul. Aktivatsiooni käigus moodustub esmalt p-kümotrüpsiin, mis edasi konverteeritakse a-kümotrüpsiiniks Küpsel kujul koosneb kümotrüpsiin kolmest polüpeptiidist, mida hoitakse koos ahelate vaheliste disulfiidsidemetega. 1 245 Kümotrüpsinogeen, inaktiivne trüpsiin 1 245 15 16 p-kümotrüpsiin, aktiivne kümotrüpsiin 1 16 146 149 13 245 a-kümotrüpsiin, aktiivne + Ser14-Arg15, Thr147-Asn148

  34. Tsümogeenide aktivatsiooni kontroll organismis Trüpsiin tekib kas autokatalüütiliselt või enteropeptidaasi toimel kaksteistsõrmikus. Pankreases spetsiifiline kompleksi moodustav inhibiitor, akivatsioon aeglane ja tsümogeenid paiknevad spetsiifiliste graanulitena. Kümotrüpsinogeen, proelastaas, prokarboksüpeptidaasid A ja B ning profosfolipaas A2 aktiveeritakse trüpsiini poolt. Tsümogeenide inaktiivsus on tingitud aktiivtsentri moodustavate jääkide erinevas konformatsioonis.

  35. Verehüübesüsteemi proteolüütiline kaskaad Vere hüübimine- fibriini moodustumine Protsess vajab mitut ensümaatilist etappi Paljud ensüümid on sünteesitud inaktiivsetenam selleks et minimaliseerida iseeneslikku hüübimist Hüübimisprotsessi võidakse initseerida kahte rada kasutades Väline aktivatsioon- aktiveeritakse koepurustuse tõtu väljaspool veresoont Sisemine aktivatsioon- aktiveeritakse veresoone kahjustamise tõttu

  36. Sisemine rada väline rada XII XII* VII VII* XI XI* VII kompleks* IX IX* VII kompleks* X X* protrombiin trombiin fibriin fibrinogeen Fibriini polümeer Ühine rada Trombi tekkimist on võimalikravimitega mõjutada. Hepariin- antikoagulant Trombiin suurendab trombiini naturaalse inhibiitori antitrombiinIII toimet. Antitrombiin seob aktiveeritud trombiini tugevasse kompleksi inhibeerides tema toime verehüübekaskaadis

  37. Ensüümide aktiivsuse regulatsioon • Isoensüümid ehk isosüümid • Isoensüümid on sageli sarnase ent mitte identse struktuuriga • Katalüüsitav reaktsioon on sama • Erinevus kineetikas, Km, Vmax • Erinevad efektorid ja koensüümi vormid • Rakusisene paiknemine ja hulk erinevad

  38. Isoensüümide regulatsioon Hästi uuritud näide- laktaadi dehüdrogenaas (LDH). Katalüüsib püruvaadi konversiooni laktaadiks lihastes LDH on tetrameer, mis sisaldab kahte klassi subühikuid. M ja H Vastavad subühikud on kodeeritud erinevate geenide poolt, kuid on sarnase aminohappelise järjestusega Skeletilihasetes- domineerib M4 vorm Südames- domineerib H4 Maksas on olemas kõik kombinatsioonid M4, M3H, M2H2, MH3 ja H4 Isoensüümid võimaldavad sageli koespetsiifilist regulatsiooni

  39. Ensümaatilise aktiivsuse kontroll ensüümi hulga abil (geneetiline kontroll) Ensüüm Süntees degradatsioon Proteolüüs Transkriptsioon Translatsioon

  40. Katalüütiline aktiivsus on valkudel eksperimentaalselt muudetav ja ka tekitatav Koht suunatud mutagenees (site-directed mutagenesis) Valgu aminohappelise järjestuse sihipärane muutmine • Võimaldab uurida ensüümide struktuuri ja aktiivsuse seoseid • Võimaldab disainida uusi ensüüme ja teisi soovitud omadustega valke • On võimalik rakendada uute terapeutiliste vahendite saamiseks (näiteks vaktsiinid)

  41. Katalüütilised antikehad Antikehad on valgud, nende toime baseerub võõraste substantside tugeval sidumisel Antikehad sarnanevad selles aspektis ensüümidega, mis seovad tugevalt hüpoteetilist üleminekuolekut Üleminekuoleku analoog- stabiilne ühend, mille struktuur sarnaneb ebastabiilse hüpoteetilise üleminekuolekuga

  42. Katalüütilised antikehad p-nitrobensoaadi metüülestri hüdrolüüs Eesmärgiks oleks saada antikeha, mis seoks hüpoteetilist tetraeedrilist üleminekuolekut. Üleminekuolek on aga ebastabiilne, analoog on aga lihtsalt valmistatav. Antikehadest, mis saadi üleminekuoleku analoogi vastu, oli võimalik leida selline, mis katalüüsis estri hüdrolüüsi reaktsiooni, katalüüsi kineetika oli kirjeldatav Michaelis-Menteni võrrandi alusel. Antikeha kiirendas estrite hüdrolüüsi 108-106 korda

  43. Katalüütiline RNA Ensümaatiline funktsioon oli pika perioodi jooksul ainult valkudega seotud 1981-1982 kirjeldati esimesed katalüütilised RNAd- ribosüümid 1989- Keemia Nobeli preemia Altman ja Cech

  44. Ribonukleaas P • Esimene avastatud katalüütiline RNA, esineb kõigis organismides • Substraadiks inaktiivsed prekursor tRNA molekulid • Ribonukleaas P lõikab ära segmendi pretRNA molekulist, tekitades küpse, aktiivse tRNA • Ensüüm koosneb väikesest valgust Mw=14000 ja RNA komponendist pikkusega 377 nukleotiidi RNaas P hüdrolüüsib spetsiifilise fosfodiestersideme pretRNA molekulis Ensüümi kineetika vastab Michaelis-Menteni võrrandile, teda on vaja väikeses hulgas ja aktiivsuse säilitamiseks on vajalik spetsiifiline tertsiaarne struktuur

  45. Iseeneslikult splaiseeruvad RNA intronid Teine avastatud katalüütiline RNA oli Tetrahymena thermophila RNA intronite splaisinguga seotud. Intron selles algloomas, mis paiknes rRNA geenis, osutus autokatalüütiliseks, katalüüsides iseenda väljalõikamist Splaisingu protsessis eemaldatakse rRNA geenist intron pikkusega 414 nukleotiidi, mis hiljem protsessitakse 19 nukleotiidi eemaldamisega L-19IVS RNA-ks,

  46. Haamripea (hammerhead) ribosüümid Avastati taime RNA viiruste komponentidena Aktiivne regioon 19-30 nukleotiidi Iseloomulik molekuli kuju ja funktsioneerimine, millest ka nimi

  47. Katalüütilise RNA aktiivsuseid • Oligonukleotiidide spetsiifiline hüdrolüüs • Oligonukleotiidide ühendamine • DNA fosfodiestersideme hüdrolüüs • RNA järjestusspetsiifiline hüdrolüüs • Estrite hüdrolüüs • Peptiidsideme moodustamine aminohapete vahel

More Related