Download
slide1 n.
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Enzymy = biokatalyzátory PowerPoint Presentation
Download Presentation
Enzymy = biokatalyzátory

Enzymy = biokatalyzátory

268 Views Download Presentation
Download Presentation

Enzymy = biokatalyzátory

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. Enzymy = biokatalyzátory

  2. Enzymy – biologické katalyzátory Analogie s chemickými katalyzátory • Katalyzátor je jiná látka než reaktant a produkt reakce • Zvyšuje rychlost reakce v obou směrech, snižuje aktivační energii obou reakcí; reakce vedena jinudy (ilustrace – tok řeky) • Z toho plyne, že zkracuje dobu potřebnou k dosažení rovnováhy ale neovlivňuje tuto rovnováhu!!!!!! • Vystupuje z reakce nezměněn

  3. ·     bílkoviny ( vyjímka ribozymy, např. 2S-rRNA) ·     aktivní místo - vazebné skupiny - katalytické skupiny ·     vazba substrátu - zámek a klíč - indukované přizpůsobení ·      úloha "zbytku molekuly"

  4. Aktivační energie rozkladu peroxidu vodíku H2O2 → 2H2O + O2

  5. Enzymy – biologické katalyzátory • Platí o nich totéž co o chemických katalyzátorech, ale mají něco navíc: • účinné snížení aktivační energie • specifita • regulovatelnost účinnosti (aktivity)

  6. Enzymy = biokatalyzátory Každá (metabolická) reakce má svůj enzym

  7. Co umí enzymy ·  účinné snížení aktivační energie ·   specifita účinku ·   specifita substrátová ·  regulovatelnost účinnosti (aktivity)

  8. Snížení aktivační energie

  9. Enzym = buď jednoduchá bílkovina neboapoenzym (peptidový řetězec) + kofaktor = holoenzym Kofaktor: nepeptidová součást enzymu, která se přímo účastní chemické reakce (bez něj by to nešlo), častá souvislost s vitaminy Prosthetická skupina- pevně vázána na peptidový řetězec Koenzym- volně vázaná molekula

  10. prosthetická skupina (př. FAD, PLP, hem) E-Pr + S1  E-Pr* + P1 E-Pr* + S2  E-Pr + P2 _____________________ E-Pr S1 + S2  P1 + P2 koenzym (druhý substrát) (př. NAD(P),CoA, ATP) E1 S1 + K  P1 + K* E2 K* + S2  K + P2 ________________ S1 + S2  P1 + P2

  11. Prosthetická skupina x Koenzym

  12. AKTIVNÍ MÍSTO ENZYMŮ relativně malá kapsa (štěrbina) uvnitř nebo při povrchu enzymu, často hydrofóbní, umožňující vazbu substrátu(ů), ev. nebílkovinné části enzymu slabšími přechodnými, většinou nekovalentními vazbami: • vodíkovými můstky (výrazně směrovaná) • elektrostatickým přitahováním • hydrofóbními interakcemi • van der Waalsovými silami Obsahuje postranní řetězce sekvenčně vzdálených aminokyselin, které představují kontaktní, orientující a katalytické zbytky a vytvářejí biospecifickou trojrozměrnou strukturu (konformaci). -efekt zvýšení koncentrace Vzniká dočasně a reverzibilně komplex enzym-substrát (ES).

  13. AKTIVNÍ MÍSTO ENZYMŮ

  14. Teorie zámku a klíče

  15. Změna konformace hexokinasy způsobená vazbou substrátu

  16. Kofaktory - prosthetická skupina • 1. prosthetická skupina (př. FAD, PLP, hem) • E-Pr + S1 E-Pr* + P1 • E-Pr* + S2 E-Pr + P2 • _____________________ • E-Pr • S1 + S2  P1 + P2

  17. Prosthetická skupina - FAD přenos elektronů, riboflavin B2

  18. Prosthetická skupina - PLP

  19. Prosthetická skupina - hem

  20. Kofaktory - koenzym 2. koenzym (druhý substrát) (př. NAD(P),CoA, ATP) E1 S1 + K  P1 + K* E2 K* + S2  K + P2 ________________ S1 + S2  P1 + P2

  21. Koenzymy – NAD+, NADP+

  22. Koenzymy – CoA

  23. Koenzymy – ATP

  24. Kofaktory - ostatní 3. "nespecifické" organické sloučeniny - kyselina askorbová (komplex s Fe) - některé další vitaminy 4. kovy přímo se účastnící reakce (metaloenzymy, Zn, Fe, Se, Cu ...) 5. specifické kovy, působící "nepřímo" (Mg a ATP)

  25. Jednotky vyjadřování enzymové aktivity katal (zkratka kat): množství enzymové aktivity, které katalyzuje přeměnu l molu substrátu za sekundu; l0-6 kat = µkat ; l0-9 kat = nkat starší mezinárodní jednotka: U : množství enzymové aktivity, které katalyzuje přeměnu l µmolu substrátu za minutu; l0-3 U = mU PŘEVOD: U=16,67 nkat 60 U=1 µkat Faktory ovlivňující enzymovou aktivitu koncentrace substrátu (Km, V, kcat) teplota pH iontová síla aktivátory a inhibitory

  26. Názvosloví enzymů triviální (pepsin, trypsin, elastasa, invertasa ...) doporučené ("polosystematické") (alkoholdegydrogenasa...)

  27. Slovník biochemických pojmů: http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-002/ebook.help.htm enzymy - názvosloví {1} enzyme nomenclature a) triviální (např. pepsin, trypsin, thrombin, elastasa{EC 3.4.21.36, EC 3.4.21.71}), b) tzv. doporučené, tvořené názvem substrátu, typem reakce a příponou -asa (např. alkoholdehydrogenasa, glukosaoxidasa, alaninaminotransferasa{EC 2.6.1.2}, alaninracemasa{EC 5.1.1.1}), c) systémové (též systematické), vytvářené podle daných pravidel. Systémové názvosloví je založeno (až na výjimky) pouze na účinkové a substrátové specifitě enzymů a vychází z rozdělení enzymů do šesti tříd (viz enzymy - rozdělení do tříd). Vedle tohoto jednoznačného, byť v běžné praxi poněkud nepohodlného názvosloví má každý enzym ještě své katalogové číslo (viz EC, enzymový katalog). Názvy enzymů mají, kromě nejstarších triviálních názvů, příponu -asa.

  28. Příklady:  ENTRY EC 3.2.1.26 NAME -Fructofuranosidase Invertase Saccharase CLASS Hydrolases Glycosidases Hydrolysing O-glycosyl compounds SYSNAME -D-Fructofuranoside fructohydrolase REACTION Hydrolysis of terminal non-reducing -D-fructofuranoside residues in -D-fructofuranosides SUBSTRATE -D-Fructofuranoside Sucrose H2O PRODUCT -D-Fructose POZNÁMKA: Termín invertasa vznikl proto, že při hydrolyse sacharosy se obrací (invertuje) optická rotace z pravotočivého na levotočivý smysl. Enzym se využívá k výrobě invertního cukru (směs glukosy a fruktosy), který je mnohem sladší a stravitelnější než sacharosa; používá se jako umělý med, jako sladidlo do zmrzliny, čokolád apod.

  29. Třídyenzymů 1) Oxidoreduktasy katalyzují různé oxidoredukční reakce, často s využitím koenzymů jako např. NADH, NADPH, FADH2,nebo hemu. Triviální názvy v této třídě: dehydrogenasy, oxidasy, cytochromy, peroxidasa, katalasa. 2) Transferasy Katalyzují přenos skupin: amino-, methyl-, acyl-, glykosyl-, fosforyl-. Kinasy katalyzují přenos fosfátové skupiny z ATP nebo jiných nukleosidtrifosfátů. Triviální názvy v této třídě: aminotransferasy (transaminasy), acyltransferasy, fosfotransferasy. 3) Hydrolasy Katalyzují štěpení vazeb mezi atomem uhlíku a jinými atomy prostřednictvím spotřebované molekuly vody. Obvyklé triviální názvy: esterasy, peptidasy, amylasy, fosfatasy, lipasy, proteasy (pepsin, trypsin, chymotrypsin).

  30. Třídy enzymů 4) Lyasy Katalyzují adiční reakci na dvojné vazbě nebo eliminační reakci mezi dvěma C atomy za vzniku dvojné vazby. Příklady: fumaráthydratasa (fumarasa), karbonátdehydratasa (karboanhydrasa), aldolasa, citrátlyasa, dekarboxylasy. . 5) Isomerasy Katalyzují racemizaci optických isomerů nebo vytváření polohových isomerů: epimerasy, racemasy, mutasy. 6) Ligasy Katalyzují tvorbu vazeb mezi uhlíkem a jinými atomy spojenou se štěpením ATP (spřažení exergonické a endergonické reakce): karboxylasy, synthetasy (glutaminsynthetasa).

  31. 1. OXIDOREDUKTASY donor + akceptor oxidovaný donor + redukovaný akceptor Systematický název: donor : akceptor-oxidoreduktasa angl .: donor : acceptor oxidoreductase Triviální názvy: dehydrogenasa reduktasa (důležitější redukce substrátu) transhydrogenasa (vzácné, glutathion-cystin-transhyhrogenasa) oxidasa (přenos dvou elektronů na O2, obvykle vznik H2O2) oxygenasa (1 nebo 2 atomy O jsou inkorporovány do substrátu(ů), monooxygenasa: vzniká voda, dioxygenasa: nevzniká) peroxidasa (peroxid vodíku je akceptorem elektronů) katalasa (disproporcionace peroxidu vodíku)

  32. donor akceptor 1.1. CH_OH (alkohol) 1.n.1 NAD+ nebo NADP+ 1.2. CHO (aldehyd) 1.n.2 cytochrom 1.3. CH_CH 1.n.3 molekulový kyslík 1.4. CH_NH2 1.n.4 disulfidová sloučenina 1.5. CH_NH (sekundární amin) 1.n.5 chinon nebo příbuzné látky 1.6. NADH nebo NADPH 1.n.6 dusíkatá skupina 1.7. ostatní dusíkaté donory 1.n.7 FeS proteiny 1.8. sloučeniny síry 1.n.8 flavin 1.9. hemová skupina 1.10. difenoly a příbuzné slouč. 1.11. peroxid vodíku jako akceptor 1.12. vodík 1.13. působící na jeden donor, do něhož se vnáší kyslík (oxygenasy) 1.13. (14.) 11 až 18 (různé 1.14. působící na dva donory, typy oxygenačních reakcí) které inkorporují kyslík 1.15. superoxidový radikál jako akceptor 1.16. kovové ionty 1.17. _CH2 _ (vzniká alkohol) 1.18. redukovaný ferredoxin 1.19. redukovaný flavodoxin 1.97. ostatní oxidoreduktasy 1.n.99 různé další akceptory

  33. Oxidoreduktasy - příklady EC 1.14.13.25 Methan,NAD(P)H:kyslík-oxidoreduktasa (hydroxylující) CH4 + NAD(P)H + H+ + O2  CH3OH + NAD(P)+ + H2O EC 1.11.1.6 H2O2: H2O2-oxidoreduktasa, katalasa (též peroxid vodíku:peroxid vodíku - oxidoreduktasa) H2O2 + H2O2  2 H2O + O2 EC 1.11.1.7 donor: H2O2-oxidoreduktasa, peroxidasa donor + H2O2  oxidovaný donor + 2 H2O

  34. Oxidoreduktasy - příklady EC 1.1.1.1 Alkohol:NAD+-oxidoreduktasa, alkoholdehydrogenasa CH3-CH2-OH + NAD+ CH3-CHO + NADH + H+ EC 1.1.3.4 -D-Glukosa:O2-1-oxidoreduktasa, glukosaoxidasa -D-glukosa + O2 -D-glukono-1,5-lakton + H2O2 EC1.13.11.18 Síra:kyslík-oxidoreduktasa, síradioxygenasa S + O2  SO2

  35. 2. TRANSFERASY donor_SK + akceptor  donor + akceptor_SK Systematický název: donor : akceptor_skupinatransferasa angl.donor : acceptor grouptransferase Triviální názvy: methyltransferasy, hydroxymethyltransferasy aminotransferasy (dříve transaminasy) kinasy = fosfotransferasy atd.

  36. Kofaktory transferas (koenzym)

  37. Kofaktory transferas (koenzym) přenos acylových zbytků

  38. 2. TRANSFERASY 2.1 Přenášející jednouhlíkatou skupinu 2.1.1 Methyltransferasy 2.1.2 Hydroxymethyltransferasy 2.1.3 Karboxyl_ a karbamoyltransferasy 2.1.4 Amidinotransferasy 2.2 Přenášející aldehydické nebo ketonické skupiny 2.1.1. Transaldolasy a transketolasy 2.3 Acyltransferasy 2.3.1. Acyltransferasy 2.3.2. Aminoacyltransferasy

  39. 2. TRANSFERASY 2.4 Glykosyltransferasy 2.4.1. Hexosyltransferasy 2.4.2. Pentosyltransferasy 2.4.3. Přenášející ostatní glykosylové skupiny 2.5 Přenášející akrylové nebo arylové skupiny jiné než methyl 2.5.1. (velmi heterogenní skupina) 2.6Přenášející dusíkaté skupiny 2.6.1. Aminotransferasy 2.6.3. Oximinotransferasy 2.6.99 Přenášející jiné dusíkaté skupiny

  40. 2. TRANSFERASY 2.7.Přenášející skupiny obsahující fosfor 2.7.1. Fosfotransferasy s alkoholem jako akceptorem 2.7.2. Fosfotransferasy s karboxylem jako akceptorem 2.7.3. Fosfotransferasy s dusíkatou skup. jako akcept. 2.7.4. Fosfotransferasy s fosfátovou skup. jako akcept. 2.7.6. Difosfotransferasy 2.7.7. Nukleotidyltransferasy 2.7.8. Transferasy ostatních substituovaných fosf. skup. 2.7.9. Fosfotransferasy se dvěma akceptory 2.8. Přenášející sirné skupiny 2.8.1. Sulfurtransferasy (sirné skupiny kromě 2.8.2. a 2.8.3.) 2.8.2. Sulfotransferasy (přenášející sulfát) 2.8.3. CoA_transferasy

  41. Transferasy - příklady EC 2.4.1.1 1,4--D-Glukan:orthofosfát--D-glukosyltransferasa, fosforylasa (1,4--D-glukan)n + Pi  (1,4--D-glukan)n-1 + -D-glukosa-1-fosfát EC 2.6.1.2 L-Alanin:2-oxoglutarát-aminotransferasa, alaninaminotransferasa (AAT) ++ L-Ala + 2-oxoglutarát pyruvát + L-Glu

  42. Transferasy - příklady EC 2.7.1.1 ATP:D-hexosa-6-fosfotransferasa, hexokinasa ATP + D-hexosa  ADP + D-hexosa-6-fosfát 

  43. 3. HYDROLASY A _ B + H2O AOH + HB Systematický název: substrát (skupina) hydrolasa angl.: substrate (group) hydrolase Triviální název: substrátasa, často zcela nesystematické názvy

  44. 3. HYDROLASY 3.1Esterasy 3.1.1. Estery karboxylových kyselin (lipasy) 3.1.3. Monoestery fosforečné kyseliny (fosfatasy) 3.1.4. Diestery fosforečné kyseliny (fosfodiesterasy, štěpení c-AMP) 3.1.11 _ 30 Endo_ a exo_ (deoxy)nukleasy 3.2Glykosidasy 3.2.1. Hydrolysující O_glykosidové vazby (amylasy, invertasa=sacharasa, celulasy) 3.2.2. Hydrolysující N-glykosidové vazby 3.3Působící na etherové vazby

  45. 3. HYDROLASY 3.4Peptidasy 3.4.11._Aminoacylpeptid hydrolasy (aminopeptidasy) 3.4.13. Dipeptid hydrolasy 3.4.14. Dipeptidylpeptid hydrolasy 3.4.15 Peptidyldipeptid hydrolasy 3.4.16 Serinové karboxypeptidasy 3.4.17 Metallo_karboxypeptidasy 3.4.18 Cysteinové karboxypeptidasy 3.4.21 Serinové proteinasy 3.4.22 Cysteinové proteinasy 3.4.23 Aspartátové proteinasy 3.4.24 Metallo_proteinasy 3.4.99 Proteinasy neznámého katalyt. mechanismu 3.5Působící na C_N vazbu jinou než peptidovou

  46. 3. HYDROLASY 3.6Působící na anhydridy kyselin 3.6.1 Anhydridy fosforečné kyseliny (pyrrofosfatasa, nespec. ATPasy) 3.6.3 a zprostředkující membránový transport (transportní ATPasy) 3.6.4 umožňující pohyb (aktomyosinový komplex, složky cytoskeletu) 3.7Působící na vazbu C_C 3.8Působící na vazby halogenů 3.9Působící na P_N vazby 3.10 Působící na S_N vazbu 3.11Působící na C_P vazbu

  47. 4. LYASY substrát 1 (+ substrát2) produkt1 + produkt2 (malý) Systematický název: substrát1 (substrát 2)- produkt2lyasa angl: substratel (substrate2)- product2lyase Triviální název: dekarboxylasa, hydrolyasy (=dehydratasa), ammonialyasa, aldolasa, synthasa (velmi riskantní)

  48. 4. LYASY 4.1 C_C lyasy 4.1.1 Karboxylyasy (dekarboxylasy) 4.1.2 Aldehydlyasy (aldolasy) 4.1.3 Oxo_acid lyasy (např. citrátsynthasa) 4.1.99 Ostatní C_C lyasy 4.2 C_O lyasy 4.2.1 Hydrolyasy (např. fumarasa) 4.2.2 Působící na polysacharidy (štěpí za vznikudeoxysacharidů) 4.2.3 Ostatní C _O lyasy 4.3 C_N lyasy 4.3.1 Ammonia_lyasy (např. aspartátamonialyasa) 4.4 C_S lyasy 4.5 C_halogen lyasy 4.6 P_O lyasy 4.99 Ostatní lyasy