Enzymologie
Enzymy a jejich základní vlastnosti
Koenzymy
Enzymová kinetika
Katalyzátor (Berzelius 1835)
•Látka urychlující chemickou reakci
•Snižuje aktivační energii
•Nemění rovnováhu chemických reakcí (zvyšuje rychlost reakce oběma směry)
Aktivační energie
Překonání repulsních sil
• dostatečné přiblížení reaktantů
nutná dostatečná kinetická energie
T , p – v živých systémech omezeno
substrát katalyzátor Ea (kJ/mol)
H2O2 žádný 75.4
H2O2 jodid 54.4
H2O2 kol. platina 48.6
H2O2 kataláza 23.0
Enzym = biokatalyzátor
Enzymy jsou proteiny, které katalyzují chemické reakce v živých buňkách
Rozložení aktivační energie do několika kroků (suma stejná jako bez katalyzátoru)
Reakce spěje do rovnovážného stavu (ne pouze produkt)
Chemické katalyzátory
• látky urychlující chemické reakce
• nemění přitom rovnováhy chemických reakcí
• snižují aktivační energii
• „nemění“ se při reakci
Biokatalyzátory – navíc speciální požadavky
• katalyzované reakce probíhají cíleně podle přesného genetického plánu
• průběh reakcí musí být specifický
• rychlost reakce, kterou katalyzují, musí být přesně regulována podle
potřeb organismu
Katalyzátory – obecné vlastnosti
Proto se biokatalyzátory liší od běžných chemických katalyzátorů:
Schopností regulace
Vyšší specifitou
Vyšší reakční rychlostí
Mírnějšími podmínkami reakce – T, pH, tlak
substrát produkt
enzym
Berzelius 1835 rozklad škrobu sladem
Pasteur 1860 – fermentace cukru na ethanol, fermentace je katalyzována
látkami „fermenty“, tuto schopnost však nelze oddělit od živých buněk,
které jsou vybaveny tzv. životní sílou vis vitalis
Liebig – fermenty jsou schopny katalyzovat tyto reakce i mimo živou buňku
– spor s Pasteurem
Kühn 1878 – „enzym“ en zme – v kvasnicích
Büchner 1897 – tyto reakce je schopen katalyzovat i samotný extrakt
kvasinek (extrahoval směs enzymů z kvasničných buněk)
Sumner 1926 – bílkovinná povaha enzymů – ureasa (izolace + krystal)
Historie
Názvosloví a klasifikace enzymů
Triviální – nejstarší objevené enzymy
• názvy souvisely s místem výskytu nebo funkcí – ptyalin (sliny), trypsin,
pepsin, starý žlutý enzym
Jednoduché
• název substrátu nebo reakce + koncovka asa – amylasa, ureasa
Systematické názvosloví
• odráží reakční specificitu – podle katalyzované reakce
• Regulérní
• Substráty:produkty-reakce, typické pro jednotlivé třídy
• L-Glu:NAD+-oxidoreduktasa (deaminující)
• Zjednodušené
• Substrát + reakce + asa
• glukosa-6-fosfátdehydrogenasa
Mezinárodní klasifikace enzymů
1. Oxidoreduktasy - enzymy biologické oxidace a redukce
Např. alkohol:NAD-oxidoreduktasa (alkoholdehydrogenasa) EC 1.1.1.1
EC 1 – oxidoreduktasy
EC 1.1. – skupina CHOH
EC 1.1.1. – kofaktor NAD
EC 1.1.1.1 – číslo uvnitř skupiny
2. Transferasy - enzymy přenášející skupiny (alaninaminotransferasa)
3. Hydrolasy – enzymy katalyzující hydrolytická štěpení (ureasa)
4. Lyasy – enzymy katalyzující eliminační reakce (karbonátanhydrasa)
5. Isomerasy – enzymy katalyzující přeskupení uvnitř molekul (glukosa-6-
fosfátisomerasa)
6. Ligasy – enzymy katalyzující tvorbu vazby za štěpení ATP (glutaminsyntetasa)
1961 EC (Enzyme Commission) rozdělení do šesti tříd
http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/index.html
(holo)enzym=kofaktor+apoenzym
Enzym se skládá z bílkovinné složky – apoenzymu a
nízkomolekulární neaminokyselinové struktury - kofaktoru.
Apoenzymy – globulární proteiny
Vyjímka - RNA – ribozymy
Několik speciálních reakcí
Syntéza peptidové vazby
Zbytek „RNA světa“
struktura enzymů
jednoduché enzymy – složené pouze z proteinu
globulárních protein
enzymy monomerní - tvořené jedinou podjednotkou
dimerní, tetramerní …. oligomerní - tvořené z více podjednotek
složené enzymy – obsahují navíc nebílkovinou složku
kovový ion – metaloenzymy (Zn2+ - alkoholdehydrogenasa, Cu2+ - diaminoxidasa)
organická skupina či sloučenina
Pevně (většinou kovalentně) vázaná – prostetická skupina
Volně vázaná – koenzym – běžně disociuje
odstranění kofaktoru – ztráta aktivity
koenzym x prostetická skupina - dialýza
struktura enzymů
Různý způsob regenerace :
jednoduchý enzym – vratná změna reaktivních skupin aminoacylů
prostetická skupina – na téže enzymové bílkovině, je pevně vázaná
koenzym – disociuje z dané enzymové bílkoviny a může se regenerovat v jiné
enzymové reakci – též druhý substrát
Oddělení vysokomolekulární látky od nízkomolekulární bez ztráty aktivity
• GPC (Gelová permeační chromatografie)
• dialýza
dialýza
Vlastnosti enzymů
Substrátová specifita
absolutní
• nepůsobí ani na velmi podobný substrát
• ureasa
skupinově specifická
• alkoholdehydrogenasa
• proteinasy
o trypsin (karboxyl argininu nebo lysinu)
o chymotrypsin (karboxyl tyrosinu, tryptofanu, fenylalaninu nebo leucinu)
Všechny enzymy dokážou rozlišit enantiomery substrátu
Vlastnosti enzymů
Specifita účinku
enzym katalyzuje pouze jednu z možných přeměn substrátu
Vlastnosti enzymů
Aktivní místo enzymů
interakcí enzym – substrát se deformuje i substrát
• zvýšení rychlosti reakce
• správná prostorová orientace
Vlastnosti enzymů
Aktivní místo enzymů
Model zámku a klíče Model indukovaného přizpůsobení
Fischer 1894 Koshland 1959
vazbou substrátu se mění konformace
schopnost vyvolávat změnu konformace
– afinita, Km
řazená vazba substrátů
Uspořádaný x neuspořádaný mechanismus