Jana Fauknerová Matějčková
glykosyltransferáza schopná syntetizovat řetězec prvních několika molekul glukosy jako základ nové molekuly glykogenu glykogenin tak slouží jako primer prvním krokem je navázání glukosy na tyrosinový zbytek v pozici 194 ◦ po navázání dalších cca sedmi molekul glukosy přejímá aktivitu glykogensyntáza, glykogenin však zůstává kovalentně navázán na začátku řetězce
typy chemických reakcí názvosloví enzymů ve vztahu ke katalyzované reakci typické koenzymy enzymů způsoby regulace aktivity enzymu v metabolických reakcích enzymy běžně stanovované v krvi jako markery poškození buněk určité tkáně
katalyzátory chemických reakcí – zvyšují rychlost chemických reakcí a snižují aktivační energii těchto reakcí enzymy = proteiny, produkované živými buňkami výjimka – speciální molekula RNA – katalyzuje vlastní strukturou přeměnu intracelulární a extracelulární enzymy
2 typy enzymů ◦ molekulu tvoří pouze bílkovina – jednoduchý protein ◦ molekula obsahuje vedle proteinu i nebílkovinnou složku – kofaktor ◦ kofaktor ion kovu organická molekula koenzym – slabá vazba na protein prostetická skupina – pevná vazba - kovalentní, součást molekuly, př. hem v cytochromu
holoenzym – funkční kompletní molekula = apoenzym (protein) + koenzym (neproteinová složka)
oligomery, obsahují podjednotky vazebné místo pro efektory – regulátory ◦ podjednotky regulační
katalytická podjednotka ◦ vazebné místo jen na některých podjednotkách
různé vazby pro aktivátory, inhibitory multienzymové komplexy ◦ následné reakce, kooperující skupina enzymů
aktivní místo
koenzym
prostetická skupina
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme
substrátová ◦ ◦ ◦ ◦
vztah k bílkovinné části – umožní rozpoznat substrát absolutní – ureáza skupinová – fosfatáza malá - esteráza
funkční - reakční ◦ určená především koenzymem, ale i bílkovinou – určuje např. redox potenciál enzymu
stereospecifita ◦ hexokináza – jen s D-Glc, s L-Glc žádná reakce ◦ v chemické reakci bez enzymu vzniká vždy 50% L- a 50% D-izomerů
intracelulární ◦ pro vlastní potřebu (LDH)
extracelulární ◦ katalýza reakcí probíhající mimo buňku, než byly vytvořeny ◦ syntetizovány v neaktivní formě – proenzymy (protrombin, trypsinogen)
poločas rozpadu – důležité v regulaci!!! ◦ LDH - 50 hodin ◦ HMG-CoA reduktáza (syntéza cholesterolu) – 2 hodiny
zkratky enzymů ◦ běžně používané v medicíně
staré triviální názvy ◦ bez vztahu ke katalyzované reakci ◦ koncovka –in (pepsin, trypsin, …) ◦ používají se pro enzymy objevené již dávno (dlouho používané názvy)
EC nomenklatura ◦ http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/
každý enzym má své EC číslo ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦
EC1.x.x.x EC2.x.x.x EC3.x.x.x EC4.x.x.x EC5.x.x.x EC6.x.x.x
oxidoreduktázy transferázy hydrolázy lyázy izomerázy ligázy (syntetázy)
◦ vychází z typu enzymem katalyzované reakce
systematický název ◦ podle specifických pravidel ◦ specifikují reakci katalyzovanou enzymem ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦
ATP: D-glukóza fosfotransferáza (EC 2.7.1.2) 2 – transferáza – přenáší 7 – fosfát přenáší 1 – na alkoholovou skupinu ATP + D-Glc → ADP + D-Glc-6-fosfát doporučený název - glukokináza
EC 1. - OXIDOREDUKTÁZY
1.
-
katalyzují redoxní reakce
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme
oxidace / redukce (ionty, organické sloučeniny) přenáší atomu vodíku jako takové (společný přenos p+ + e-) nebo se p+ odpojí a e- jsou přenášeny odděleně
redoxní ekvivalenty
◦ FAD/FADH2 flavinadenindinukleotid ◦ NAD/NADH + H+ nikotinamiddinukleotid – prekurzor niacin – kyselina nikotinová ◦ NADP/NADPH + H+ nikotinamiddinukleotidfosfát ◦ FMN/FMNH2 flavinmononukleotid – prekurzor vit. B12 ◦ hem Fe3+ + e- ↔Fe2+
O=P-OH OH
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme
koenzym Q ◦ akceptor redukčních ekvivalentů (ubichinon Q přechází na ubichinol QH2)
kyselina lipoová ◦ komplex katalyzující oxidativní dekarboxylaci 2-oxokyselin
jednodušší názvy než systematické
dehydrogenáza ◦ přenáší vodíkové atomy
reduktáza oxidáza ◦ přenáší elektrony
peroxidáza (různé peroxidy) ◦ přenáší elektrony
oxygenáza (O2)
◦ zabudovává atom nebo molekulu kyslíku do substrátu
hydroxyláza (monooxygenáza) desaturáza (-HC2-CH2- → -CH=CH-)
EC 2. – TRANSFERÁZY
2.
-
katalyzující přenos funkčních skupin mezi donory a akceptory přenáší –NH2, fosfát, acyl, c1-fragmenty
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Th
◦ thiamindifosfát – TPP – přenos - C=O vitamin B1 - thiamin
◦ koenzym A – vitamin kyselina panthothenová přenos váží acyl ◦ ATP, GTP – fosfát ◦ PALP – pyridoxalfosfát – NH2 vitamin B6
◦ THF – tetrahydrofolát – C1 fragment kyselina listová
◦ PAPS – fosfoadenosinfosfosulfát - sulfát
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme
skupinatransferáza – aminotransferáza kináza – fosfotransferáza fosforyláza transketoláza transaldoláza
EC 3. – HYDROLÁZY
3.
-
katalyzují hydrolytické štěpení kondenzace ↔ hydrolýza peptidázy, proteázy, lipázy, a-amyláza, nukleáza esterázy - R1-CO-O-R2 fosfatáza - (fosfát-O-R) Pi !!! fosfodiesteráza - (R1-O-fosfát-O-R2)
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme
EC 4. - LYÁZY – SYNTÁZY
4. -
přidávají nebo odebírají malou molekulu do / ze substrátu adice / eliminace vody = hydratace / dehydratace dekarboxylázy CO2 hydratázy -CHCH- + H2O -CH(OH)-CH2-) dehydratázy H2O syntáza
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Th
PALP – pyrixoxalfosfát - dekarboxylázy
EC 5. - IZOMERÁZY
5.
-
katalyzují izomeraci epimerázy - monosacharid jeho epimer mutázy - změna polohy fosfátové skupiny v molekule
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme
EC 6. - LIGÁZY - SYNTETÁZY
6.
-
katalyzující syntetické reakce, kde 2 molekuly jsou spojeny v jednu molekulu, syntéza vyžaduje dodávku energie - ATP karboxyláza - pyruvátkarboxyláza, syntetázy glutaminsyntetáza
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme
ATP ◦ acylCoAtransferázy ◦ aminoacyl-t-RNA-syntetázy
biotin ◦ karboxylázy
AST ◦ aspartátaminotransferáza
ALT ◦ alaninaminotransferáza
ALP ◦ alkalická fosfatáza
LPS ◦ lipáza
CK
transferáza
transferáza
hydroláza
hydroláza
transferáza
oxidoreduktáza
◦ kreatinkináza
LD ◦ laktátdehydrogenáza
snižují aktivační energii zkracují čas dosažení rovnovážných koncentrací nespotřebovávají se, nemění se umožňují uskutečnění reakce při t, p, pH lidského těla specifické mohou být regulovány nemění DG dané reakce nemění rovnovážné koncentrace
aktivační energie – minimální energie molekul nutná k nástupu chemické reakce při jejich vzájemné srážce
aktivační energie bez enzymu aktivační energie s enzymem
např. C6H12O6
CO2, H2O
některé enzymy jsou produkovány ve formě prekurzorů – proenzymů nebo zymogenů (neakt. enzymů) izoenzymy – enzymy, katalyzující stejnou reakci, ale liší se strukturou a fyzikálněchemickými vlastnostmi ◦ ◦ ◦ ◦
kódovány různými geny (pravé izoenzymy) vznikají různou posttranslační modifikací (izoformy) nachází se v různých kompartmentech nachází se v různých tkáních
faktory ovlivňující rychlost enzymatických reakcí: ◦ teplota - ↑t, ↑ počet molekul schopných reakce, ↑ frekvence srážek – ale jen do limitu!!!, pak ztráta katalytické aktivity denaturace
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Th
◦ pH optimum 5-9, průběh křivek – změny nabitého stavu enzymu či substrátu, při změnách pH se mění konformace enzymů ionizace enzymů denaturace enzymů
◦ S + E ↔ ES → P + E ◦ koncentrace substrátu a enzymu – ↑ konc. substrátu – rychlost roste k max. hodnotě (Vmax.) dokud není E nasycen S C – veškerý E je spojen se S
B – ½ molekul E je nasycena S
Km – Michaelisova konstanta
Km – Michaelisova konstanta
◦ množství S, pří níž reakce probíhá ½ Vmax. ◦ poskytuje info o afinitě S k E, čím je ↓, tím je ↑ afinita S k E
Km = mol/l průběh křivky (hyperboly) může být popsán rovnicí vi – počáteční rychlost Vmax. – max. limitní rychlost, při úplném nasycení enzymu S
Km popisuje afinitu enzymu k danému substrátu (nepřímá úměrnost) charakterizuje dvojici S-E hodnoty Km 10-3 – 10-7 mol/l
vyšší afinita k substrátu
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme
Lineweauerův Burkův graf – pro přesné stanovení Km
směrnice = Km/Vmax
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme
efektory ◦ přirozené ◦ nepřirozené
aktivátory, inhibitory reverzibilní, ireverzibilní
kompetitivní ◦ I se váže na vazebné (katalytické) místo enzymu, I soutěží se S ◦ I je podobný S, reverzibilně se kombinuje s E → E-I komplex ◦ zvyšuje Km (snižuje afinitu enzymu substrátu), je třeba vyšší koncentrace S ◦ lze potlačit inhibici ↑ koncentrace substrátu ◦ rychlost Vmax. se nemění ◦ inhibice methanolu ethanolem ◦ léky - antimetabolity
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme
nekompetitivní ◦ ◦ ◦ ◦ ◦
I pevně blokuje aktivní centrum, např. ionty těžkých kovů I nejsou podobné S I se váže na jiné místo enzymové molekuly nelze potlačit ↑ koncentrace substrátu (nemění se Km) ↓ Vmax - ↓ aktuální koncentrace aktivního enzymu
◦ vratná pouze pokud se inhibitor neváže na enzym kovalentně
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme
inhibitor se váže na molekulu enzymu mimo aktivní centrum (allosterické centrum) změní strukturu molekuly → projeví se změnami v aktivním centru dochází k úplnému zrušení možnosti vazby S na E změna křivky z hyperboly na sigmoidu
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme
inhibice léky a jedy ◦ vratná – reverzibilní ◦ nevratná – ireverzibilní - inhibitor se váže na enzym kovalentně (pevně)
inhibice jako regulace metabolických drah ◦ produktem nebo meziproduktem ◦ reverzibilní kovalentní modifikací - fosforylace / defosforylace enzymu ◦ kompetitivní (↑Km) nebo alosterická (změna aktivního místa)
nádorové buňky jeví abnormality v regulaci své enzymové výbavy indukce enzymů je jednou z nejdůležitějších příčin lékové interakce regulací metabolismu se udržuje homeostázy tok metabolitů živou buňkou je jednosměrný
klíčové enzymy – většinou 1. reakce
změna absolutního množství přítomného enzymu (syntéza a degradace) ◦ syntéza E může být spuštěna induktorem ◦ konstitutivní enzymy – nezávislé na induktoru ◦ syntéza potlačena konečnými produkty – katabolická represe ◦ rychlost degradace závisí na konc. substrátů, koenzymů, iontů v buňce
změna velikosti souboru reaktantů jiných než enzymů změna katalytické účinnosti enzymu
rozdělení enzymů do kompartmentů usnadňuje řízení metabolismu enzymy jsou řízeny lokálními konc. S, koenzymy, ionty některé enzymy regulované allosterickými efektory zpětnovazebná inhibice – inhibice aktivity E konečným produktem E1 E2 E3 A →B→C→D
…↑D inhibuje konverzi A na B – negativní allosterický inhibitor (zpětnovazebný), D se naváže do allosterického místa E
reakční rychlost je vyjádřena jako změna koncentrace látky za jednotku času – mol/L/s pro enzymově-katalytické reakce – přeměna látkového množství substrátu za jednotku času katal (kat) = mol substrátu přeměněný enzymem za s ◦ v medicíně mkat, nkat
mezinárodní jednotka IU = mmol substrátu / min.
stanovení enzymové aktivity nejčastěji je vyšetřována krev (sérum, plazma) zjištění přítomnosti a závažnosti tkáňového poškození jednotky: mkat/L (= katalytická koncentrace enzymu) enzym
poškozený orgán nebo tkáň
a-amyláza (AMS)
pankreas
alkalická fosfatáza (ALP)
kost, játra
kreatinkináza (CK)
sval, srdce
laktátdehydrogenáza (LDH)
srdce, játra
alaninaminotransferáza (ALT)
játra
aspartátaminotransferáza (AST)
srdce, játra
