funkcije proteinov l.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Funkcije proteinov PowerPoint Presentation
Download Presentation
Funkcije proteinov

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 40

Funkcije proteinov - PowerPoint PPT Presentation


  • 177 Views
  • Uploaded on

Funkcije proteinov. Transport/skladiščenje določenih molekul (ligandov, npr. Hb, Mb) Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini) Oporna funkcija (strukturni proteini, npr keratini, kolagen ...) Kontraktilni proteini

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Funkcije proteinov' - cana


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.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
funkcije proteinov
Funkcije proteinov
  • Transport/skladiščenje določenih molekul (ligandov, npr. Hb, Mb)
  • Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini)
  • Oporna funkcija (strukturni proteini, npr keratini, kolagen ...)
  • Kontraktilni proteini
  • Membranski proteini, vključeni v transport molekul/ionov preko bioloških membran
  • Proteini, vključeni v prenos signala (receptorji, G-proteini, kinaze ...)
  • Obramba pred tujki/invazivnimi organizmi (imunoglobulini/Ig)
  • Kataliza biokemijskih reakcij (encimi)
encimi
Encimi
  • Splošne lastnosti
  • Kofaktorji, koencimi in prostetične skupine
  • Klasifikacija encimov
  • Mehanizmi encimske katalize
  • Encimska kinetika
  • Encimska inhibicija
  • Uravnavanje encimsko kataliziranih biokemijskih reakcij
  • Encimi v medicinski diagnostiki
splo ne lastnosti
Splošne lastnosti
  • Encimi - biokatalizatorji - so visokospecializirani proteini (in RNA)

- visoka katalitična moč

- visoka specifičnost

  • Encimi omogočajo reakcije v blagih pogojih (temperatura, pH, tlak)
  • Delujejo oragnizirano – katalizirajo reakcijska zaporedja po stopnjah: razgradnja hranilnih molekul in shranjevanje/transformacija energije → biosinteze makromolekul, transmembranski transport, gibanje ...
  • Bolezenske spremembe - spremenjena encimska aktivnost (znižana, zvišana) → diagnostika, terapija
  • Uporaba encimov: v farmacevtski, živilski industriji in agronomiji
zgodovina
Zgodovina
  • V 18. stoletju – raziskave razgradnje mesa z izločki želodca
  • V 19. stoletju – razgradnja sladkorja s slino in rastlinskimi izvlečki
  • 1850 Luis Pasteur: kvasovke fermentirajo sladkor → aklohol; predpostavka: fermeniti so v živih celicah (vitalizem)
  • 1897 Eduard Buchner: izvlečki iz kvasovk fermentirajo sladkor → aklohol; predpostavka: fermenti so aktivne molekule - encimi
  • 1926 James Sumner: encim ureaza je protein
  • 1930 J.B.S. Haldane: katalitično moč encimov pogojujejo šibke interakcije med encimom in substratom
encimi kofaktorji koencimi
Encimi, kofaktorji, koencimi
  • Encimi (biokatalizatorji) – Mr od 12 000 do 106
  • Za aktivnost encima pomembna 3D struktura
  • Encimi - proteini (sestavljeni samo iz polipeptidne verige) →

→ katalitska funkcija

- proteini + kofaktorji (ioni) → katalitska funkcija

- proteini + koencimi (kompleksne organske molekule) →

→ katalitska funkcija

koencim ni stalno vezan na proteinski del

prostetična skupina = koencim, trdno vezan na proteinski

del molekule

HOLOENCIM = APOENCIM + PROSTETIČNA SKUPINA

encim proteinski del neproteinski del molekule

anorganski elementi kofaktorji encimov
Anorganski elementi – kofaktorji encimov

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

slide8

VITAMINI, KOENCIMI IN PROSTETIČNE SKUPINE

+ vitamin C

Večina koencimov izhaja iz vitaminov in so ključni za katalitsko reakcijo

nomenklatura encimov
Nomenklatura encimov

Zgodovina:

  • Končnica –aza k substratu ali k reakcijski aktivnosti, npr. ureaza, DNA-polimeraza ...
  • Opis široke funkcije telesne tekočine, ki vsebuje določen encim, npr. pepsin (iz grščine prebava), lizocim (liza – razgradnja bakterijske celične stene) ...
  • Zmešnjava: en encim več imen ali več encimov isto ime

Danes:

  • Sistematska klasifikacija encimov v 6 razredov glede na vrsto reakcije, ki jo katalizirajo; razredi razdeljeni na podrazrede ... Vsak encim točno definiran s 4 številkami, npr. EC 2.7.1.1 (EC, Enzyme Commission number)
sistematska klasifikacija encimov 6 razredov
Sistematska klasifikacija encimov(6 razredov)
  • 1. oksidoreduktaze – prenos elektronov (tudi kot hidridni ion H- in H atom)
  • 2. transferaze – prenos skupin z ene na drugo molekulo
  • 3. hidrolaze – prenos skupin na H2O
  • 4. liaze – adicija na dvojno vez/nastanek dvojne vezi
  • 5. izomeraze – prenos skupin znotraj molekule → druga izomerna oblika
  • 6. ligaze – nastanek kovalentnih vezi C-C, C-S, C-O in C-N (kondenzacijske reakcije ob porabi energije ATP)
slide11

Klasifikacija encimov

+

+

Ared

Boks

Aoks

Bred

+

+

A-B C A C-B

esteraze (fosfataze)

glikozidaze

peptidaze

amidaze

+

+

A-B H2O A-H B-OH

+

A B A-B

klasifikacija encimov nadaljevanje
Klasifikacija encimov (nadaljevanje)

A

izo-A

A

+ XDP

+ P

+ XTP

B

A-B

slide13

Primer 1:

razred podrazred

  • Dehidrogenaze – odvzem atomov vodika H z molekule substrata
  • Oksidaze – oksidacijska reakcija, kjer je akceptor elektronov kisik O, nastane H2O
  • (prostetična skupina pogosto flavoprotein FMN, FAD)
  • (citokrom oksidaza v dihalni verigi)
  • Peroksidaze – oksidacijska reakcija, kjer je akceptor elektronov H2O, nastane H2O2
  • Oksigenaze – kisik O se vgradi v molekulo substrata, nastane –OH ali –C=O
  • - monooksigenaze – 1 atom O v substrat (hidroksilaze, oksidaze z mešano funkcijo)

Monooksigenaze pogosto vsebujejo v aktivnem centru hemski del -

citokrom P450 kot akceptor elektronov

monooksigenaze

Nadaljevanje

- monooksigenaze

Primer: Reakcijska shema oksidacije substrata s citokromom P450

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

slide15

Nadaljevanje:

- dioksigenaza – 2 atoma O v substrat

Primer: Oksidacija triptofana

Nelson DL, Cox MM, Lehninger

Principles of Biochemistry, 2005

primer 2
Primer 2:

razred podrazred

  • Št. encima: EC 2.7.1.1.
  • 1. št. - 2. razred transferaze
  • 2. št. - 7. podrazred, kjer so encimi fosfotransferaze
  • 3. št. - 1. fosfotransferaze, ki imajo –OH kot akceptor fosforilne skupine
  • 4. št. - 1. akceptor fosforilne skupine je glukoza
  • Trivialno ime heksokinaza – še vedno večinoma uporabljano

ATP + D-glukoza → ADP + D-glukoza-6 fosfat

klasifikacija encimov in njihova vloga
Klasifikacija encimov in njihova vloga

Več primerov encimsko kataliziranih reakcij v:

R.Boyer: Temelji biokemije, Študentska založba, Ljubljana, 2005

encimsko katalizirana kemijska reakcija

Kako encimi delujejo?

nekatalizirana kemijska reakcija

encimsko katalizirana kemijska reakcija

S ↔ P

substrat produkt

Substrat, vezan na aktivno mesto encima

E + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + P

E – encim

S – substrat

P – produkt

ES – kompleks encim-substrat

EP – kompleks encim-produkt

Encim predstavlja za molekule, ki reagirajo

/substrate/, specifično okolje, reakcija

poteče na aktivnem mestu encima

reakcijski koordinatni diagram kemijske reakcije
Reakcijski koordinatni diagram kemijske reakcije

nekatalizirana reakcija in

katalizirana reakcija

nekatalizirana reakcija

ΔG0‘sprememba standardne

proste energije pri prehodu S→P

ΔG# S→Penergijska bariera za

prehod S → # (prehodno stanje)

ΔG#P→S energijska bariera za

prehod P → # (nekatalizirana

reakcija)

ΔG0‘nekatalizirana = ΔG0‘katalizirana

katalizator ne vpliva na reakcijsko

ravnotežje

ES, EPintermediata katalizirane

reakcije

ΔG#catenergijska barierakatalizirane

reakcije

hitrost reakcije s p dolo a hitrostna konstanta k
Hitrost reakcije S → P določa hitrostna konstanta k

V = k ·[S] reakcija S → P

V = k ·[S1]·[S2] reakcija S1 + S2 → P

k – hitrostna konstanta

k –Boltzmanova konstanta

h – Planckova konstanta

ΔG#–aktivacijska energija

R – splošna plinska konstanta

T – temperatura

primerjava nekatalizirane in katalizirane reakcije
Nekatalizirana reakcija

S ↔ P

Ravnotežje

Visoka aktivacijska energija

Nizka reakcijska hitrost

Reakcijski mehanizem preko prehodnega stanja

Katalizirana z encimom

E + S ↔ ES ↔ EP ↔ E +P

Ravnotežje

Nizka aktivacijska energija

Visoka reakcijska hitrost

Reakcijski mehanizem preko drugih reakcijskih intermediatov

Primerjava nekatalizirane in katalizirane reakcije

Aktivacijska energija ΔG# pogojuje hitrost reakcije

Katalizatorji pospešijo hitrost reakcije (znižajo aktivacijsko

energijo), ne spremenijo pa ravnotežja reakcije

kemijska reakcija s p encimsko katalizirana reakcija e s es ep e p
kemijska reakcija:S ↔ Pencimsko katalizirana reakcija: E + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + P

Reakcijski koordinatni diagram reakcije

ΔG‘o=ΔG‘o = - RT ln K‘o ΔG#↓ V↑

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

ravnote na konstanta k ravn k eq in sprememba standardne proste energije g o
Ravnotežna konstanta Kravn (Keq) in sprememba standardne proste energijeΔG‘o

Nelson DL, Cox MM, Lehninger

Principles of Biochemistry, 2005

8,3 J/molK

reakcija: S ↔ P ΔG‘o = - RT ln K‘eq

298 K

zna ilnosti encimskih reakcij
Značilnosti encimskih reakcij

E + S ↔ ES ↔ ES1 ↔ ES2 ↔ EP ↔ E + P

  • če je reakcija sestavljena iz zaporedja več reakcij, hitrost celotne reakcije določa najpočasnejša stopnja (najvišja aktivacijska energija) – “rate limiting step”
  • energijske bariere so ključnega pomena za življenje – če jih ne bi bilo, bi se makromolekule spontano razgrajevale v osnovne gradnike ...
  • tekom evolucije so se razvili encimi, ki selektivno znižujejo aktivacijsko bariero
zvi anje reakcijske hitrosti z encimi kataliti na mo encimov
Zvišanje reakcijske hitrosti z encimi – katalitična moč encimov

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

k energijski barieri g prispeva
K energijski barieri ΔG#prispeva:
  • Zmanjšanje entropije - manjša svoboda gibanja dveh molekul v raztopini
  • Hidratacijski plašč vode obdaja biomolekule in jih stabilizira
  • Deformiranje (prelom) substrata v reakciji
  • Potreba po pravilnem prileganju katalitičnih funkcionalnih skupin encima s substratom

Od kod energija za znižanje energijske bariere?

es komplementarnost substrata z vezavnim mestom na encimu
ES - komplementarnost substrata z vezavnim mestom na encimu

Komplementarnost substrata in

vezavnega mesta na encimu

Zgodovina: Emil Fischer 1894

E vs. S - ključ v ključavnico

Danes: Inducirano prilagajanje encima

substratu

Encim je komplementaren

reakcijskemu prehodnemu stanju

Aktivacijska energija se zniža

zaradi sproščene vezavne energije

ob nastanku šibkih interakcij med

encimom in substratom

prileganje substrata in encima

Model mehanizma hipotetične reakcije razcepa substrata:

A, ključ (substrat) v ključavnico (encim)

B, encim je komplementaren reakcijskemu prehodnemu stanju

Prileganje substrata in encima

A,

B,

Inducirano prilagajanje encima substratu

imaginarni encim ki katalizira prelom kovinske palice
Imaginarni encim, ki katalizira prelom kovinske palice

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

od kod kataliti na mo nastanek kompleksa es
Od kod katalitična moč?→ nastanek kompleksaES
  • Prerazporeditev kovalentnih vezi med encimom in substratom – kemijske reakcije med funkcionalnimi skupinami aktivnega mesta encima (-R ak, ioni, koencimi) in substratom
  • Prehodne kovalentne vezi aktivirajo substrat za reakcijo, znižajo aktivacijsko bariero → nizkoenergijska pot preko intermediatov
  • Šibke interakcije med encimom in substratom (ES) – vezavna energija ΔGV (angl. ΔGB) zniža aktivacijsko bariero → nizkoenergijska pot preko intermediatov
  • Šibke interakcije prispevajo h katalizi in k specifičnosti - pomen velikosti molekule encima
  • Šibke interakcije so maksimalne v reakcijskem prehodnem stanju (aktivno mesta encima komplementarno prehodnemu stanju substrata)
vezavna energija prispeva h katalizi in k specifi nosti
Vezavna energija prispeva h katalizi in k specifičnosti

Šibke interakcije

4 - 30 kJ/mol

Znižanje ΔG# za

60 -100 kJ/mol

Iste interakcije prispevajo k specifičnosti – maksimalno št. interakcij med encimon in substratom v prehodnem stanju (intermediatom)

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

mehanizmi encimske katalize
Mehanizmi encimske katalize
  • Kompleks ES stabilizirajo šibke interakcije
  • Sledi razcep ES in nastanek vezi po različnih mehanizmih, ki vključujejo prehodni nastanek kovalentnih vezi

- splošna kislinsko-bazna kataliza

- kovalentna kataliza

- kataliza s kovinskimi ioni

slide33

Mehanizem encimskih reakcij:

Specifična/splošna kislinsko-bazna kataliza

primer: razcep amida

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

kislinsko bazna kataliza
Kislinsko-bazna kataliza:
  • Specifična - proton donor in proton akceptor je molekula H2O
  • Splošna - proton donor in proton akceptor je druga molekula (šibke organske kisline ali šibke baze)
  • Aktivna mesta encimov sestojijo iz šibkih kislin in šibkih baz

→ povišanje hitrosti reakcije za 102 do 105 x

  • Večina encimskih reakcij poteka po mehanizmu sploške kislinsko-bazne katalize
aminokislinski ostanki ki lahko sodelujejo v splo ni kislinsko bazni katalizi
Aminokislinski ostanki, ki lahko sodelujejo v splošni kislinsko-bazni katalizi

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

pk vrednosti ak ki sodelujejo v splo ni kislinsko bazni katalizi
pK vrednostiak, ki sodelujejo v splošni kislinsko bazni katalizi

aminokislina

pK1 pK2 pKR

Pozor: Vrednost pKR se lahko zelo spremeni, ko je ak vpeta v polipeptidno verigo – na disociacijo vplivajo bližnji –R v 3D srtukturi proteina

mehanizem encimskih reakcij kovalentna kataliza
Mehanizem encimskih reakcij:Kovalentna kataliza
  • Med encimom in substratom nastane prehodna kovalentna vez
  • Primer: hidroliza vezi med A in B
  • Katalizator: encim z nukleofilno skupino X:se prehodno veže na substrat
  • Reakcija poteče, če ta pot poteka preko nižje energijske bariere kot nekatalizirana reakcija
slide39
Primer kovalentne in kislinsko-bazne katalize: razcep peptidne vezi s kimotripsinom (v aktivnem mestu Ser)

R2−NH2

  • stopnja: kovalentna kataliza
  • stopnja: kislinsko-bazna kataliza

Nelson DL, Cox MM, Lehninger

Principles of Biochemistry, 2005

mehanizem encimskih reakcij kataliza s kovinskimi ioni
Mehanizem encimskih reakcij:Kataliza s kovinskimi ioni
  • Kovinski ioni so ali trdno vezani na encim ali prihajajo iz okolja
  • Ionske interakcije med ionom in substratom orientirajo substrat v položaj za reakcijo, stabilizirajo nabito reakcijsko prehodno stanje
  • Sprosti se vezavna energija šibkih interakcij
  • Lahko pride do izmenjave elektronov med kovinskim ionom in substratom (oksidoredukcijska reakcija)
  • Približno ena tretjina encimov potrebuje kovinski ion za svojo aktivnost