C8160 Enzymologie

Přírodovědecká fakulta
jaro 2007
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučující
prof. RNDr. Igor Kučera, DrSc. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Igor Kučera, DrSc.
Ústav biochemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 9:00–10:50 kamenice
Předpoklady
C4182 Biochemie II || C3580 Biochemie
Je doporučeno absolvování základních kurzů z biochemie, organické chemie a fyzikální chemie.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
předmět má 20 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Pokročilá přednáška. Názvosloví enzymů. Měření enzymové aktivity. Izolace a uchovávání enzymů. Mechanismy enzymové katalýzy. Enzymová kinetika. Vliv teploty, pH a inhibitorů. Techniky imobilizace enzymů, vlivy imobilizace na vlastnosti enzymů. Použití enzymů v biochemických analýzách, molekulární biologii, medicině a technologii.
Osnova
  • ) Úvodní informace o enzymech Historie enzymologie. Stavba enzymů, pojmy holoenzym, apoenzym, kofaktor, koenzym, kosubstrát, prostetická skupina. Charakteristické rysy enzymové katalysy. Možnosti regulace enzymů in vivo. Mnohočetné formy enzymů (isoenzymy, konjugované enzymy, polymerní enzymy), multienzymy (multienzymové komplexy, polypeptidy). Názvosloví enzymů. 2) Enzymová aktivita Závislost rychlosti enzymové reakce na koncentraci enzymu a substrátu. Aktivita, molekulová aktivita, aktivita katalytického místa, katalytická koncentrace, specifické aktivita. Používání konvenčních jednotek enzymové aktivity. Přímé a nepřímé měření aktivity; spřažené enzymové reakce. Možnosti monitorování průběhu enzymové reakce; příklady syntetických substrátů pro fotometrii, fluorimetrii a luminometrii. 3) Isolace enzymů Živočišné, rostlinné a mikrobiální zdroje enzymů. Uvolňování intracelulárních enzymů z buněk, zahušťování extraktu, výběr separačních technik, konečné úpravy. Kvantitativní hodnocení purifikačního postupu. Krystalisace enzymů. Kriteria čistoty enzymových preparátů. Faktory ovlivňující stabilitu enzymových preparátů, možnosti stabilisace. 4) Chemické mechanismy enzymové katalysy Acidobasická katalysa, nukleofilní a elektrofilní katalysa. Kovalentní katalysa. Příklady účasti konkretních aminokyselinových zbytků a kofaktorů. Radikálové reakce enzymů. Konvergence, divergence, paralelismus a zvrat funkce v evoluci katalytického mechanismu. 5) Termodynamika a kinetika přeměny substrátu na produkt Tvorba komplexu enzymu se substrátem. Energetický profil nekatalysované a katalysované reakce, možnosti ovlivnění aktivační energie. Kinetika reakčního mechanismu Michaelise a Mentenové (prestacionární stadium, stacionární a rovnovážné přiblížení). Rovnice Michaelise a Mentenové v diferenciálním a v integrovaném tvaru. Význam kinetických parametrů vmax (vlim), Km a vmax / Km. Reversibilní forma mechanismu Michaelise a Mentenové. Haldanův vztah. 6) Teoretické základy enzymové kinetiky Použití teorie grafů při odvozování kinetických rovnic ve stacionárním, rovnovážném a blokově rovnovážném přiblížení. Grafické a výpočetní metody analysy experimentálních kinetických dat. Software pro enzymovou kinetiku. 7) Vliv faktorů prostředí na rychlost enzymové reakce Vliv teploty, pH, iontové síly a viskosity. 8) Inhibitory Typy reversibilní inhibice v Botts-Moralesově schematu a jejich diagnostika. Inhibice substrátem a produktem. Vysokoafinitní reversibilní inhibitory. Ireversibilní inhibice - afinitní značení, inaktivace závislá na reakčním mechanismu. Analoga přechodového stavu. Farmakologický význam inhibitorů. Návrh nových účinných inhibitorů. 9) Vícesubstrátové reakce Klasifikace kinetických mechanismů vícesubstrátových reakcí. Clelandova symbolika. Kinetické rovnice. Experimentální rozlišení mezi jednotlivými mechanismy. Primární a sekundární grafy, inhibice produkty, analogy substrátů, isotopová výměna. 10) Kooperativitivní jevy při působení enzymů Definice kooperativity. Homeotropní a heterotropní kooperativita; allosterie. Určení stupně kooperativity. Hillova rovnice, Hillův koeficient. Fenomenologický rovnovážný model; Adairova rovnice. Molekulové modely Monod-Wyman-Changeux a Koshland-Nemethy-Filmer a jejich zobecnění. Asociace-disociace oligomeru. Kinetická kooperativita a kooperativita v monomerních enzymech. Pseudokooperativita a její možné příčiny. 11) Enzymy na pevných površích a v micelách Metody imobilisace enzymů. Vliv imobilisace na kinetické parametry, pH optimum, teplotní závislost aktivity a stabilitu enzymu. Kinetické modely reaktorů s imobilisovaným enzymem. Micelární systémy - příprava, kinetické vlastnosti, možnosti použití. 12) Enzymy v biochemické analytice Stanovení analytů s použitím rozpustných enzymů. Nerovnovážné metody (meření počáteční rychlosti, konverze na produkt za fixní čas, dvouenzymové a jednoenzymové recyklizační systémy), rovnovážné metody (do konečného bodu, isotopová výměna za rovnováhy). Enzymové biosensory - rozdělení podle měřené elektrické veličiny, analytické charakteristiky, příklady použití. Enzymová imunoanalysa. Enzymy jako markery genové exprese. 13) Další oblasti použití enzymů, enzymové inženýrství Nejdůležitější prakticky používané enzymy. Příklady uplatnění (potravinářství, krmivářství, výroba pracích prostředků, organická synthesa, medicina aj.). Extremofily jako zdroje enzymů. Využití strukturních dat k optimalisaci enzymové funkce. Cílená evoluce genů.
Literatura
  • MACHOLÁN, Lumír. Enzymologie. 2. upr. vyd. Brno: Vydavatelství Masarykovy univerzity, 1994, 152 s. ISBN 8021010398. info
  • KUČERA, Igor. Řešené úlohy z enzymologie. Brno: Rektorát UJEP, 1987, 121 s. info
  • KOTYK, Arnošt a Jaroslav HORÁK. Enzymová kinetika. Vyd. 1. Praha: Academia, 1977, 268 s. info
Metody hodnocení
Jde o jednosemestrovou přednášku s výukou 2 hod týdne. U zkoušky (kolokvia) si student vylosuje trojici otázek, z nichž jedna je zaměřena na kvantitativní aspekty předmětu. Nejprve má vyhrazenu 1 hod na zpracování písemné přípravy, pak následuje pohovor.
Informace učitele
Student by měl získat základní představy o vlastnostech enzymů a vztahu mezi jejich strukturou a mechanismy katalytického působení. Měl by znát nejdůležitější zástupce jednotlivých tříd, oblasti jejich použití v praxi a metody stanovení aktivity. Předpokládá se, že zvládne zpracování dat z kinetických studií a interpretaci výsledků ve vztahu k mechanismu reakce.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2000, jaro 2001, jaro 2002, jaro 2003, jaro 2004, jaro 2005, jaro 2006, jaro 2008, jaro 2009, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2012, jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.