ENZYMY A NUKLEOVÉ KYSELINY Autor: Mgr. Stanislava Bubíková Datum (období) tvorby: 28. 3. 2013
Ročník: devátý
Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Organické sloučeniny
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
1
Anotace: Žáci se seznámí s biokatalyzátory (enzymy) a nositeli genetické informace (DNA a RNA). V rámci tohoto modulu žáci rozdělí enzymy na skupiny, popíší jejich strukturu. Popíší stavbu molekul DNA a RNA, vysvětlí jejich funkci v organismu, popíší přenos genetické informace.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
2
Enzymy • biokatalyzátory – látky umožňující chemické reakce v organismu – reakce probíhají až 1010× rychleji, za mnohem nižších teplot, při atmosférickém tlaku a při fyziologickém pH
• názvosloví – obsahují koncovku: -áza (-asa) • např. amyláza (štěpí škroby)
– většinou triviální názvy: pepsin, ptyalin – mezinárodní označení α-amylázy: EC 3.2.1.1
Obr. č. 1: Struktura enzymu [2] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:St ructure_Of_Human_Chitotriosidase.png
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
3
Dělení enzymů • Oxidoreduktázy (EC 1) – Katalyzují redoxní reakce v organismu
• Transferázy (EC 2) – přenášejí funkční skupiny (například methyl-, acetyl- nebo fosfátovou skupinu)
• Hydrolázy (EC 3) – Katalyzují hydrolýzu chemických vazeb
• Lyázy (EC 4) – Štěpí chemické vazby jiným způsobem než hydrolýzou či redoxní reakcí
• Izomerázy (EC 5) – Katalyzují izomerizační reakce
Obr. č. 2: Reakce koagulázy (mění fibrinogen na fibrin [3] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/Fil e:Coagulase%2B.JPG
• Ligázy (EC 6) – Spojují dvě molekuly kovalentní vazbou Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
4
Průběh reakce • enzymy snižují aktivační energii reakce – Biokatalyzátory, umožňují reakci v živém organismu
Obr. č. 3: Aktivační energie [4] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki /File:Activation2_updated.svg
5 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Účinnost enzymů • specifická – katalyzuje pouze jeden typ reakce
• substrátová – působí pouze na určitou látku (substrát)
Obr. č. 4: Reakce enzymu se substrátem [5] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Non-competitive_inhibition.svg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
6
Struktura enzymu • holoenzym = apoenzym + kofaktor • apoenzym – základní bílkovinná struktura
• kofaktor – umožňuje aktivitu enzymu – 1. koenzym • nízkomolekulární látka nebílkovinné povahy • není pevně navázán na apoenzym • deriváty vitamínů rozpustné ve vodě, koenzym Q10
– 2. prostetická skupina • • • •
pevně navázaná na apoenzym kovalentní vazbou (např. hem, železo, hořčík) součást aktivního centra umožňuje transport atomů a jejich skupin
Obr. č. 5: Struktura enzymu [6] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mod%C3%A8le_d e_l%27activit%C3%A9_d%27une_enzyme.PNG
7 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Reakce enzymu 1. Na enzym E se naváže substrát S (reaktant). 2. Vytvoří se komplex ES enzym-substrát. 3. Ze substrátu vzniká jeden nebo více produktů P, enzym zůstává nezměněn.
E + S → ES → E + P
Obr. č. 6: Struktura enzymu [7] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:AjusteInducido.svg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
8
Aktivace enzymu • přítomnost některých kationtů (např. Mg2+) zvyšuje aktivitu enzymu
Obr. č. 8: Vznik komplexu ES [9] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Enzymwerking.gif
Obr. č. 7: Sled několika enzymatických reakcí [8] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Enzymatic_Reaction.jpg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
9
Inhibice enzymu • nevratná – její účinky se nedají zvrátit • působení jedovatých kationtů těžkých kovů (2+Hg2+, Pb2+)
Obr. č. 9: Kompetitivní a alosterická inhibice [10] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Comp_inhib3.png
Obr. č. 10: Inhibitory zpomalují aktivitu enzymu [11] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:AChe_inhibitors_pic.jpg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
10
Inhibice enzymu • vratná – její účinky se dají zvrátit – 1. kompetitivní - soutěživá
Obr. č. 11: Kompetitivní inhibice [12] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Binding_ sites_enzyme_inhibitors.svg
• inhibitor soutěží se substrátem o vazebné (aktivní) místo
– 2. alosterická (nekompetitivní) • inhibitor se váže do alosterického centra Obr. č. 12: Alosterická inhibice [13] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:EnzimasAlostericos.svg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
11
Nukleové kyseliny • biochemické makromolekuly • jejich řetězce jsou tvořené z nukleotidů • uchovávají genetickou informaci – součást všech živých organismů
• DNA – deoxyribonukleová kyselina • RNA – ribonukleová kyselina Obr. č. 13: Struktura DNA [14] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:D NA_methylation.jpg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
12
DNA • polymer tvořený dvěma řetězci nukleotidů • stavba nukleotidu: – nukleosid (cukr deoxyribóza, nukleová báze) + fosfátová skupina
• dvě vlákna DNA vytvářejí dvoušroubovici, navzájem jsou spojena vodíkovými můstky mezi dusíkatými bázemi – tři můstky spojují guanin a cytosin – dva můstky adenin a thymin
Obr. č. 14: Spojování bází [15] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Blunt_ligation.svg
Obr. č. 15: Nukleotid a nukleosid [16] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nucleotid e_nucleoside_general_it.svg
13 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Nukleové báze • = dusíkaté báze – adenin (A), guanin (G) – cytosin (C), thymin (T) – první dvě (A, G) jsou odvozeny od purinu, zbylé báze od pyrimidinu (C, T, U – uracil v RNA)
Obr. č. 16: Purin [17] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Purine_2D_aromatic_full.svg
Obr. č. 17: Pyrimidin [18] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Pyrimidin.png
Obr. č. 18: Spojení částí DNA [19] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:0322_DNA_Nucleotides.jpg
14 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
RNA • stavba nukleotidu: – nukleosid (cukr ribóza, nukleová báze) + fosfátová skupina – obsahuje báze: adenin, guanin, cytosin, uracil
• tvořena jedním vláknem – umožňuje přepis genetické informace z DNA do struktury proteinů Obr. č. 1: Struktura DNA a RNA [3] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Difference_DNA_RNA-uk.svg
15 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Druhy RNA • mRNA = mediátorová RNA – jednovláknová – vzniká během transkripce • přepis genetické informace z DNA
• rRNA = ribozomální RNA – jednovláknová (část ve šroubovici) – součást ribozomu • nejhojnější = 80 % všech RNA
• tRNA = transferová RNA – jednovláknová (vlákno vytváří 3D strukturu) – podílí se na proteosyntéze • připojuje jednotlivé aminokyseliny do řetězce Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obr. č. 19: Replikace DNA [20] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:D NA_replication_split.svg
16
Přepis genetické informace 1. Replikace DNA 2. Transkripce přepis z DNA do mRNA
3. Translace sestavení primární struktury bílkoviny z aminokyselin přinesených tRNA v ribozomu podle vzoru (mRNA)
Obr. č. 20: Syntéza proteinu na ribozomu [21] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proteintransl.jpg
Obr. č. 21: Prostorová struktura tRNA [22] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_tRNA_clo verleaf_general.svg
17 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Zdroje 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.
BENEŠ, Pavel, Václav PUMPR a Jiří BANÝR. Základy chemie pro 2. stupeň základní školy, nižší ročníky víceletých gymnázií a střední školy. Vyd. 3. Praha: Fortuna, 2001, 96 s. ISBN 80-716-8748-0. Structure_Of_Human_Chitotriosidase.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Structure_Of_Human_Chitotriosidase.png Coagulase%2B.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Coagulase%2B.JPG Activation2_updated.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CActivation2_updated.svg Non-competitive_inhibition.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Noncompetitive_inhibition.svg Mod%C3%A8le_de_l%27activit%C3%A9_d%27une_enzyme.PNG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mod%C3%A8le_de_l%27activit%C3%A9_d%27une_enzyme.PNG AjusteInducido.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:AjusteInducido.svg Enzymatic_Reaction.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Enzymatic_Reaction.jpg Enzymwerking.gif. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Enzymwerking.gif Comp_inhib3.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Comp_inhib3.png AChe_inhibitors_pic.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:AChe_inhibitors_pic.jpg Binding_sites_enzyme_inhibitors.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Binding_sites_enzyme_inhibitors.svg EnzimasAlostericos.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:EnzimasAlostericos.svg DNA_methylation.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_methylation.jpg Blunt_ligation.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Blunt_ligation.svg Nucleotide_nucleoside_general_it.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nucleotide_nucleoside_general_it.svg Purine_2D_aromatic_full.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Purine_2D_aromatic_full.svg Pyrimidin.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pyrimidin.png 0322_DNA_Nucleotides.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:0322_DNA_Nucleotides.jpg DNA_replication_split.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_replication_split.svg Proteintransl.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proteintransl.jpg The_tRNA_cloverleaf_general.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_tRNA_cloverleaf_general.svg
18 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
