Title: ENZYMY
1HISTORIE ENZYMOLOGIE
1. Berzelius (18.stol.) v rostlinách i
živociších probíhají tisíce katalyzovaných reakcí
FERMENTY fermentace (Fabrony) 2. W.Kühne en
zýme v kvasnicích enzymy 3. J. Sumner (1926)
prokázána bílkovinná povaha enzymu
2HISTORIE
Katalytický úcinek enzymu a) teorie
komplementarity E. Fischer (1894) predstava o
vzniku komplexu enzym-substrát b) V.Henri (1902)
predstava o vzniku meziproduktu
enzym-substrát Michaelis a Mentenová kinetika
jednosubstrátových reakcí (1913)
3HISTORIE
- 1814 první enzym AMYLASA ze sladu
- SLINNÁ AMYLASA
- 1830 1840 žaludecní proteasa PEPSIN
- - dnes známo cca 3000 ruzných enzymu
4ENZYMY
základ existence života
5CHARAKTERISTIKA
1. Enzymy ve všech živých systémech. 2.
Nejjednodušší bunky obsahují pres 3000
enzymu. 3. Jeví druhovou specifitu. 4. Veškerá
existence života založena na existenci
enzymu. 5. Aktivita enzymu pružne regulovatelná
dle menících se potreb organismu.
6ENZYMY predcí umelé katalyzátory
1. Jsou úcinnejší 1 molekula enzymu je
schopna premenit až 5.10 na 4 molekul substrátu
což je spojeno se znacnou reakcní rychlostí
(vyšší o nekolik rádu než u umelých
katalyzátoru). 2. Vykazují znacnou specifitu
jak co do typu katalyzované reakce, tak co do
substrátu struktury premenovaných
7ENZYMY predcí umelé katalyzátory
3. Pracují za mírných podmínek teplota
20-40C, tlak 0,1 MPa, pH vetšina kolem 7.
4. Jejich úcinek lze snadno regulovat, dokonce na
nekolika úrovních. 5. Jsou netoxické, na
rozdíl od umele vyrobených enzymu.
8Jak za tyto prednosti platí živá príroda?
- složité struktury enzymu jsou citlivé k rade
vlivu - enzymy podléhají pomerne rychlému
opotrebení - podle potreb regulace jsou stále
odbourávány a znovu syntetizovány
9AKTIVACNÍ ENERGIE katalyzátory reakcí
10KLASIFIKACE A NÁZVOSLOVÍ ENZYMU
Enzymová komise Mezinárodní unie biochemnie
(IUBMB- 1961) vedle triviálních názvu (pepsin,
trypsin, kathepsin,..) i systémové názvosloví (EC
klasifikace) - hlavním hlediskem je TYP
KATALYZOVANÉ REAKCE delení do 6 tríd
11TRÍDY ENZYMU
1. OXIDOREDUKTÁZY - katalyzují intramolekulární
a oxidacne-redukcní reakce, mají povahu složených
bílkovin - oxidacne-redukcní deje se realizují
bud prenosem atomu VODÍKU - dehydrogenázy
nebo ELEKTRONU - transelektronázy
12TRÍDY ENZYMU
- 2. TRANSFERÁZY
- realizují prenos skupin CH3, - NH2, ...
- v aktivované forme z jejich donoru na akceptor
- mají povahu složených bílkovin
- delí se na podtrídy dle charakteru prenášených
skupin
13TRÍDY ENZYMU
- 3. HYDROLÁZY
- hydrolyticky štepí vazby, které vznikly
kondenzací - napríklad PROTEASY štepí peptidickou vazbu v
molekule proteinu a peptidu - 4. LYASY
- - katalyzují nehydrolytické štepení a vznik
vazeb C-C, C-O, C-N
14TRÍDY ENZYMU
- 5. ISOMERAZY
- realizují vnitromolekulární presuny atomu a
jejich skupin vzájemné premeny isomeru - - nejméne pocetná trída
- typ jednoduchých bílkovin
- delení na podtrídy podle typu isomerie
15TRÍDY ENZYMU
- 6. LIGASY ( triviální názen SYNTHETASY)
- katalyzují vznik energeticky nárocných vazeb za
soucasného rozkladu ATP - málo pocetná trída uplatnuje se pri
biosyntézách - povaha složených bílkovin
- delení podle vytvárených vazeb
16(No Transcript)
17VYJÁDRENÍ KATALYTICKÉ ÚCINNOSTI ENZYMU
1972 definována nová jednotka KATAL 1 kat
predstavuje množství katalyzátoru, který premení
za standardních podmínek za 1 sekundu 1 mol
substrátu - v praxi se používají zlomky této
jednotky mikrokatal, nanokatal
18STRUKTURA MOLEKUL ENZYMU
enzymy 1.globulární bílkoviny
2.kofaktor KOFAKTORY nízkomolekulární
struktury, které vetšinou obsahují heterocyklus
Funkce prenos atomu, skupin atomu a elektronu
pri biochemických reakcích, které enzymy
katalyzují.
19VAZBA KOFAKTORU A ENZYMU
1. Je-li kofaktor vázán pevnou vazbou
(kovalentní) stabilní soucást molekuly
tvorí prostetickou skupinu (pr. hem u
transelektronáz cytochromu) 2. Je-li kofaktor
vázán slabou vazbou tvorí tzv. koenzym
20PREHLED KOFAKTORUklasifikace dle jejich funkcí
1. PYRIDINOVÉ (NIKOTINAMIDOVÉ) - nejdéle známé
(1906) NAD , NADP - soucástí
jejich molekul je niacin vit. B - známo cca
250 enzymu s temito kofaktory, jsou povahy
transhydrogenas odnímají substrátum dvojici
atomu vodíku
21(No Transcript)
22PREHLED KOFAKTORU
- 2. FLAVINOVÉ (ŽLUTÉ)
- struktura 1933
- FAD, FMN
- - soucástí jejich struktury je riboflavin vit
B2 - úcastní se redoxních reakcí
- oxidací jsou substrátem odebírány 2H za vzniku
vazby, v této forme jsou žluté - pri redukci jsou 2H prijímány a vytvárí se
bezbarvá leuko forma kofaktoru FADH2,
FMNH2
23(No Transcript)
24PREHLED KOFAKTORU
- 3. alfa LIPOÁT
- objeven 1950 jako rustový faktor urcitých
mikroorganismu - je soucástí nekterých transhydrogenás
- reakce za úcasti tohoto kofaktoru jsou soucástí
komplexního deje OXIDACNÍ DEKARBOXYLACE
alfa-OXOKYSELIN
25PREHLED KOFAKTORU
- 4. UBICHINONY
- - fungují v organismu jako casté akceptory atomu
vodíku - patrí mezi ne napr. koenzym Q (Co-Q)
- jsou soucástí mitochondriálních dýchacích retezcu
- dalším príkladem je plastochinon úcastní se
svetelné fáze fotosyntézy
26PREHLED KOFAKTORU
- 5. ATP adenosintrifosfát
- kofaktor má nukleotidovou strukturu
- triviálním názvem se oznacují jako KINASY
- prenášejí za odštepení ADP fosforylovou skupinu
27(No Transcript)
28(No Transcript)
29LOKALIZACE ENZYMU
- Dle místa pusobení
- 1. INTRACELULÁRNÍ
- jsou a zustávají uvnitr bunky, ve které vznikly
- mohou být vázány v ruzných biologických
strukturách - mnohé z nich jsou pouze v nekterých orgánech
(popr. organelách) - 2. EXTRACELULÁRNÍ
- - jsou bunkami, které je vytvorily vylucovány
- - nacházejí se ve tkánových kapalinách
(žaludecní štáva, krev, mozkomíšní mok,)
30FORMY ENZYMU
- - nekteré enzymy jsou syntetizovány v inaktivním
stavu PROENZYMY - - jsou dopraveny z místa vzniku do místa
pusobení a jejich aktivaci umožní jiná látka - (lipásy alkalické prostredí
duodena) - ISOENZYMY ruzné formy urcitého enzymu, který se
postupne nahrazuje behem vývoje organismu - (chymosin pepsin)
31ENZYMATICKÉ REAKCE
- reakce enzymu se odehrávají v malé oblasti
molekuly enzymu 1. AKTIVNÍ CENTRUM - do tohoto místa se váží substráty
- na výstavbe katalytického centra se úcastní
nekolik skupin - a) katalytické aktivní skupiny tvorí
katalytické centrum - b) skupiny, jejichž úkolem je specificky vázat
substrát vazebné centrum
32ENZYMATICKÉ REAKCE
- c) další skupiny, které tvorí vhodné chemické
prostredí v centru a vhodnou prostorovou
strukturu - Vedle aktivního centra jsou v molekule enzymu
další významné oblasti pro funkci techto
biokatalyzátoru tyto oblasti - 2. AKTIVACNÍ MÍSTA
33PRUBEH ENZYMATICKÉ REAKCE
- - v oblasti aktivního centra jsou reakce
ASYMETRICKÉ tzn., že pripojování struktury se
blíží k molekule substrátu z jednoho smeru a
odštepované cásti odcházejí z komplexu
enzym-substrát v druhém smeru
34MECHANISMUS ÚCINKU ENZYMU
- Názory na mechanismus úcinku enzymu vychází ze
dvou predstav - 1. Predstava teorie komplementarity (též
systém zámek a klíc) - - formuloval E. Fischer 1894 do aktivního
centra zapadne pouze substrát o vhodné velikosti
a tvaru molekuly
35(No Transcript)
36MECHANISMUS ÚCINKU ENZYMU
- 2.Teorie Michaelise a Mentenové ( poc. 20.
století) - základem je predpoklad, že molekuly enzymu vážou
substrát za tvorby meziproduktu - existence meziproduktu se stala výchozím bodem
pro objasnení mechanismu pusobení enzymu
37(No Transcript)
38(No Transcript)
39KINETIKA ENZYMATICKÝCH REAKCÍ
-
- Vysvetlení kinetiky enzymatických reakcí
- 1. Schéma prubehu enzymatické reakce
- 2. Saturacní krivka krivka závislosti
rychlosti enzymatické reakce na koncentraci
substrátu
40(No Transcript)
41SATURACNÍ KRIVKA
42MICHAELISOVA KONSTANTA
- Michaelisova konstanta - KM
- - nezávisí na koncentraci enzymu
- - závisí na prostredí (pH, teplota,...)
- - hodnoty konstanty mají široké rozmezí pro
vetšinu enzymu 10-1 až 10-6 mol/l - - cím je hodnota KM nižší, tím je afinita enzymu
k danému substrátu vyšší
43VÝZNAM KM
- - umožnuje odhadnout koncentraci substrátu
nutnou pro dosažení limitní rychlosti reakce -
- - umožnuje vypocítat pocátecní rychlost
enzymatické reakce pro danou koncentraci substrátu
44VLIV REAKCNÍCH PODMÍNEK NA ÚCINNOST ENZYMU
- 1. Koncentrace substrátu
- - rychlost reakce vrustá s koncentrací
substrátu tak dlouho, dokud se neobsadí všechna
aktivní centra enzymu - 2. Množství enzymu
- - rychlost reakce se zvyšuje prímo úmerne s
množstvím enzymu
45VLIV REAKCNÍCH PODMÍNEK NA ÚCINNOST ENZYMU
- 3. pH prostredí
- optimální oblast pH (pH 5-7), kde je jejich
úcinnost nejvyšší - pH optimum úzké pepsin pH 1-2
- pH optimum široké chymotrypsin pH 8-11
- 4. teplota prostredí
- - rychlost reakce roste se vzrustající
teplotou, pri teplote 45-50C se rychlost
zastavuje a zacíná klesat
46OVLIVNENÍ ÚCINNOSTI ENZYMU
- - enzymatické reakce ovlivnují EFEKTORY
(modifikátory) - pozitivní efektory AKTIVÁTORY
- - látky, které se vážou na molekulu enzymu
vratne (napr. ionty kovu) - látky snižující aktivitu enzymu - INHIBITORY
brzdí enzymatické reakce - ( ionty anorganických látek,
nízkomolekulární látky, antibiotika,
kolchicin,...)
47OVLIVNENÍ ÚCINNOSTI ENZYMU
- Inhibitory vyvolávají bud zmenu struktury
molekuly enzymu nebo konkurují v pusobení na
aktivní centrum substrátu
48INHIBITORY
- Inhibitory delíme z hlediska mechanismu
pusobení - a) kompetitivní inhibitory inhibitor se váže
na aktivní centrum enzymu a zabranuje tak
substrátu vytvorit komplex enzym-substrát - b) nekompetitivní inhibitory - inhibitor pevne
blokuje reaktivní skupiny aktivního centra enzymu
(napr. SH, -OH) - - tento úcinek mají napríklad ionty težkých
kovu (Hg, Pb, Cu tzv. katalytické jedy)
49PROTEOLYTICKÉ ENZYMY - PROTEÁZY
- - nejvíce prostudované enzymy
- - katalyzují hydrolýzu bílkovin, peptidu, amidu
esteru a aminokyselin - - delení 4 skupiny dle mechanismu úcinku
50SKUPINY PROTEÁZ
- SERINOVÉ PROTEÁZY (též OH proteázy nebo
trávicí enzymy) - - zásadité pH
- - trypsin, chymotripsin,
- - elastáza, trombin,
- - mikrobní proteázy
51SKUPINY PROTEÁZ
- 2. CYSTEINOVÉ PROTEÁZY (thiolové proteázy)
- - jako katalytickou skupinu používají thiolovou
skupinu zbytku cysteinu - - neutrální pH
- a) rostlinné papain, ficin, bromelain
- b) živocišné cathepsin B
- c) mikrobní streptokoková proteáza
52SKUPINY PROTEÁZ
3. ASPARTÁTOVÉ PROTEÁZY - kyselé pH ( dva
karboxyly jeden donorem, druhý akceptorem) -
pepsin, chymosin, plísnové proteázy 4.
METHALOPROTEÁZY - typická tvorba komplexu s
kovem - karboxypeptidáza A - lucinaminopeptidáza
(Zn)
53(No Transcript)
54(No Transcript)