Enzymy a hormony
Enzymy = biokatalyzátory jejich působení je umožněn souhrn chemických přeměn v organismu (metabolismus) jednoduché, složené bílkoviny globulární v porovnání s katalyzátory – účinnější, netoxické, specifické, regulovatelné, pracují za mírných podmínek t = 20-40 oC, p = 0,1 MPa, pH ~ 7
Historie 1. Berzelius (1835) – rozklad škrobu v bramborách 2. W.Kühne (1878) „en zýme“ = v kvasnicích fermentace (ferment = enzym) 3. E. Buchner (1897) – nebuněčné kvašení 1907 – Nobelova cena 4. J. Sumner (1926) – prokázána bílkovinná povaha enzymů Pozor! né vždy jen bílkovinná část
1833 – amylasa ve sladu škrob – dextrin - maltóza slinná amylasa – ptyalin (α−amylasa) 1836 – žaludeční proteasa – pepsin - dnes známo ~ 3 000 různých enzymů - odhad v lidské buňce ~ 50 000 enzymů T. Cech – některé RNA – enzymatické vlastnosti
Struktura enzymu globulární složená bílkovina (60-70 %) aktivní centrum - vazebné skupiny slabé interakce, H-můstky, Van der Walsovy
- katalyticky aktivní skupiny
Složení enzymu J. Sumner (1926) – prokázána bílkovinná povaha enzymů
Apoenzym Kofaktor prostetická skupina
Holoenzym cytochromy - hem
koenzym - odštěpitelný
Mechanismus účinku teorie komplementarity (E. Fischer 1984) teorie indukovaného přizpůsobení
Enzym
Jak enzym pracuje EA
t E + S → ES = EP → E + P
Spřažení reakcí Reakce - katabolické (exergonické – energeticky výhodné) -∆G - anabolické (endergonické – energeticky nevýhodné) +∆G ∆G ∆G = -49,4 kJ/mol
-29,3
29,3
kJ/mol
∆G = 12,6 kJ/mol
Obrázek byl převzat z knihy: Biochemie, Jaroslav Odstrčil, Brno 2005
Obrázek převzat z knihy: Základy buněčné biologie, Bruce Alberts, Dennis Bray, a další, nakladatelství ESPERO
Lokalizace a formy enzymů intracelulární extracelulární (v tkáňových kapalinách, trávící šťávy, krev, mozkomíšní mok a.j.) neaktivní formy enzymů: proenzymy, zymogeny Pepsinogen + HCl → pepsin
MW = 40 000
MW = 35 000
Izoenzymy
katalyzují reakci stejného substrátu rozdílná strukturu, MW odolnost vůči teplotě Laktátdehydrogenáza (LDH) - tetramer dvou druhů částic (M a H) – 5 izoenzymů LD1-LD5
Názvosloví enzymů triviální názvosloví - koncovka –in (pepsin, trypsin) název substrátu + koncovka –áza (alkoholdehydrogenáza) systematické názvosloví – charakterizuje katalyzovanou reakci
L-laktát + NAD+ → pyruvát + NADH + H+ enzym: L-laktát: NAD+-oxidoreduktáza Doporučený název: laktátdehydrogenáza
V roce 1961 International Union of Biochemistry doporučila systematickou klasifikaci enzymů podle typu chemické reakce, kterou daný enzym katalyzuje – 6 tříd enzymů. Každý enzym - Kódové číslo: E.C.1.1.1.27 = LDH
Třídy enzymů 1) 2) 3) 4) 5) 6)
Oxidoreduktázy Transferázy Hydrolázy Lyázy Izomerázy Ligásy
Třídy enzymů 1. OXIDOREDUKTÁZY - katylyzují oxidačně-redukční reakce, - složené bílkoviny - oxidačně-redukční děje se realizovány buď: přenosem atomů VODÍKU - dehydrogenázy nebo ELEKTRONŮ - transelektronázy
Třídy enzymů 2. TRANSFERÁZY - realizují přenos skupin –CH3, -NH2, ... v aktivované formě z jejich donoru na akceptor - mají povahu složených bílkovin - dělí se na podtřídy dle charakteru přenášených skupin: - aminotransferázy, - transmetylázy, - transacylázy, - transglykosidázy…
Třídy enzymů 3. HYDROLÁZY - hydrolyticky štěpí vazby, které vznikly kondenzací - například PROTEASY štěpí peptidickou vazbu v molekule proteinů a peptidů - LIPÁSY, PEPTIDÁZY, ESTERÁZY, GLYKOSIDÁZY
4. LYASY - katalyzují nehydrolytické štěpení a vznik vazeb C-C, C-O, C-N
Třídy enzymů 5. ISOMERAZY - realizují vnitromolekulární přesuny atomů a jejich skupin – vzájemné přeměny isomerů - nejméně početná třída - typ jednoduchých bílkovin - dělení na podtřídy podle typu isomerie: - cis/trans-izomerázy - epimerázy - mutázy - racemázy
Třídy enzymů 6. LIGASY (SYNTHETASY) - katalyzují vznik energeticky náročných vazeb za současného rozkladu ATP - málo početná třída – uplatňuje se při biosyntézách - povaha složených bílkovin - dělení podle vytvářených vazeb: - KYNÁZY
Vyjadřování katalytické účinnosti (aktivity) enzymů katal – množství katalyzátoru, který přemění za 1 s 1 mol substrátu. V praxi µkat a nkat. Mezinárodní jednotka U [µmol/min] 1kat = 6.107 U - někdy uváděna jako číslo přeměny (turnover number) n molekul substrátu/s/1 molekulu enzymu. Acetylcholin esteráza 25 000 molekul acetylcholinu / s Karbonátdehydrogenáza 600 000 molekul H2CO3 / s KM – Michaelisova konstanta (Michaelis-Mentenové konstanta) = konc. substrátu při ½Vmax [mol/l] SATURAČNÍ KŘIVKA
Podmínky enzymové aktivity teplota: rychlost všech reakcí vzrůstá až do 55-60 oC
optimální pH - disociace skupin aktivního centra (pepsin 1,5-2,5, trypsin 7,5-10) přítomnost aktivátorů otrava enzymů – vysvětlit!
Inhibice enzymových reakcí látky ovlivňující rychlost reakce působením na enzymy = efektory (aktivátory, inhibitory) 1) kompetitivní inhibice – inhibitor velmi podobný substrátu, reverzeibilní 2) nekompetitivní inhibice – změna konformace aktivního místa, nebo jeho ireverzibilní obsazení 3) inhibice substrátem – nevázání více molekul substrátu do aktivního centra 4) inhibice produktem 5) alosterická inhibice – vazba na alosterické místo, změna konformace aktivního centra
Využití v enzymů v praxi -
diagnostická a prognostická pomůcka k léčebným zásahům (proteolytické enzymy) v potravinářství – výroba sýra, kvasné procesy součást pracích prášků (amylasy, lipasy)
- molekulární biologie - práce s DNA.
Některé důležité enzymy stanovované v klinické biochemii Enzym
Poškozený orgán nebo tkáň
α-amyláza (AMS)
pankreas
alkalická fosfatáza (ALP)
kost, játra
kreatinkináza (CK)
sval, srdce
laktátdehydrogenáza (LD)
srdce, játra
alaninaminotransferáza (ALT)
játra
aspartátaminotransferáza (AST)
srdce, játra
