PREDNÁŠKA č.2

Štátna rozpočtová vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania USMU Ministerstva zdravotníctva Ruskej federácie
Katedra biochémie
Disciplína: Biochémia
PREDNÁŠKA č.2
Enzýmy 2.
Prednáša: Gavrilov I.V.
Fakulta: terapeutická a profylaktická,
Kurz: 2
Jekaterinburg, 2015

Osnova prednášky

1.
2.
3.
Kinetika enzymatických reakcií.
Regulácia rýchlosti enzymatických reakcií.
Bunková signalizácia

Enzymológia je veda
štúdium enzýmov

1. Kinetika
enzymatické reakcie
Kinetika enzymatických reakcií je odbor enzymológie, ktorý študuje
vplyv reagujúcich látok (substráty,
produkty, inhibítory, aktivátory atď.) a
podmienky (pH, t°, tlak) na rýchlosť
enzymatickej reakcie.

Teórie o mechanizmoch pôsobenia enzýmov

Teórie o špecifickosti
pôsobenie enzýmov
1. Model so zámkom na kľúč
Vysvetliť vysokú špecifickosť enzýmov podľa
vo vzťahu k substrátom predložil Emil Fischer v roku 1894
hypotéza presnej korešpondencie geometrického tvaru
substrát a aktívne miesto enzýmu.
+
E+S
ES
E
P1
+
P2

2. Teória „indukovanej korešpondencie“
S
A
B
E
A
B
C
C
Existuje nielen
geometrické, ale aj
elektrostatické
korešpondencia
ES
Teória indukovanej (nútenej) korešpondencie
Daniel Koshland (1959): úplná zhoda s enzýmami
a substrát sa vyskytuje iba v procese ich interakcie:
Substrát navodzuje potrebnú konformáciu
zmeny v enzýme, po ktorých sú spojené.
Teória je založená na údajoch kinetickej analýzy,
štúdium komplexov enzým-substrát pomocou metód
Röntgenová štrukturálna analýza, spektrografia a
kryštalografia atď.

3. Teória „indukovanej korešpondencie“
(moderné pohľady)
S
A
B
A
C
B
C
E
ES
Keď enzým a substrát interagujú, oboje
prechádzajú úpravami a navzájom sa prispôsobujú
priateľ. Zmeny, ktoré sa vyskytujú v substráte prispievajú k
premeniť ho na produkt.

Teória prechodových stavov
(stredne rozšírené spojenia)
P
S
E
ES
ES*
EP*
E
keď enzým E interaguje so substrátom S, tvorí sa
komplex ES*, v ktorom je reaktiv
substrát je vyšší ako v prirodzenom stave. Cez riadok
medziprodukty sa konvertujú
substrát do reakčného produktu P

Mechanizmy enzymatických reakcií

Počas enzymatickej katalýzy sa tieto
rovnaké mechanizmy, ktoré sú možné bez účasti
enzýmy:
1.
2.
3.
4.
Acidobázické reakcie – v aktívnom mieste
enzýmu existujú skupiny -COO- a -NH3+, ktoré
schopný pripevniť a rozdať N.
Adičné reakcie (eliminácia, substitúcia)
elektrofilné, nukleofilné – v aktívnom centre
enzýmu dochádza k vytesňovaniu heteroatómov
elektrónová hustota.
Redoxné reakcie – in
aktívne centrum enzýmu obsahuje atómy
majú rozdielnu elektronegativitu
Radikálne reakcie.

Energia enzymatických reakcií

Enzýmy znižujú aktivačnú energiu
Rýchlosť chemickej reakcie závisí od
koncentrácie reaktantov
Substráty v kombinácii s enzýmami
stať sa odolnejšími
medziprodukty, vďaka ktorým sa
koncentrácia sa prudko zvyšuje, čo
pomáha urýchliť reakciu

Neenzymatická reakcia
S
S*
P*
P
S
E
ES
ES*
Enzymatická reakcia
EP*
E

ENERGETICKÁ BARIÉRA REAKCIE –
množstvo potrebnej energie
molekula vstúpiť do chemického
reakciu.
AKTIVAČNÁ ENERGIA - množstvo energie,
ktoré musia byť oznámené molekule
prekonať energiu
bariéra.

Voľná ​​energia systému
S*
Aktivačná energia
nekatalyzovaná reakcia
S
ES*
Aktivačná energia
katalyzovaná reakcia
Originál
štát
P
Konečný stav
Priebeh reakcie

2H20 + O2
2.
3.
Energia
aktivácia
1) 2H202
Voľná ​​energia systému
kataláza
1.
Priebeh reakcie
Aktivačná energia:
1. Pri spontánnej reakcii – 18 kcal/mol
2. Pri použití katalyzátora Fe2+ – 12 kcal/mol
3. V prítomnosti enzýmu kataláza – 5 kcal/mol

Závislosť rýchlosti reakcie od koncentrácie substrátu

Kinetika
enzymatické reakcie
Závislosť na rýchlosti reakcie
na koncentrácii substrátu
Vmax
Koncentrácia
enzýmová konštanta
[S]

Závislosť na rýchlosti reakcie
na koncentrácii enzýmov
V
Koncentrácia
substrát -
konštantný
koncentrácie
enzým

Vplyv teploty na rýchlosť enzymatickej reakcie

Zvýšenie teploty o 10
stupňov zvyšuje rýchlosť
chemická reakcia 2-4 krát.
Keď teplota stúpa, enzým
prechádza denaturáciou a stráca
vašu aktivitu.

Rýchlosť
enzymatické
reakcie
V
Množstvo
aktívny
enzým
0
10
20
Rýchlosť
aktívne reakcie
enzým
30
40
50
60
T

Vplyv pH na rýchlosť enzymatickej reakcie

Zmena koncentrácie H+ sa mení
chemické zloženie enzýmu, jeho
štruktúru a katalytickú aktivitu.
Zmena koncentrácie H+ sa mení
chemické zloženie substrátu, jeho
štruktúru a schopnosť vstúpiť
enzymatickej reakcie.
Denaturácia enzýmu pri veľmi
vysoké alebo veľmi nízke pH.

Závislosť rýchlosti enzymatickej reakcie od pH

V
0
4
5
6
7
8
9
pH

Michaelis-Mentonova konštanta

Km – koncentrácia substrátu [S], pri ktorej
rýchlosť enzymatickej reakcie V sa rovná
polovicu maxima
Vmax
Vmax
2
Km
[S]

Rovnica rýchlosti reakcie enzýmu

Vmax [S]
V = -----Km + [S]
V – rýchlosť reakcie
Vmax – maximálna rýchlosť reakcie
Km – Michaelisova konštanta
[S] – koncentrácia substrátu

Vplyv aktivátorov a inhibítorov na rýchlosť enzymatických reakcií

Enzymatické inhibičné reakcie
procesy
TYPY INHIBICIE ENZÝMOV
I. Reverzibilné
II. Nezvratné
Konkurencieschopný
Nesúťažný
Nesúťažný
Zmiešaný typ
Na stanovenie reverzibility inhibície sa vykonáva dialýza.
prostredie, kde je enzým a inhibítor.
Ak sa po dialýze obnoví aktivita enzýmu, potom
inhibícia je reverzibilná

Možnosti interakcie
inhibítor s enzýmom
1. Blokujte aktívne centrum enzýmu
2. Zmeňte kvartérnu štruktúru enzýmu
3. Spojte sa s koenzýmom, aktivátorom
4. Zablokujte časť enzýmu, na ktorú sa pripája
koenzým
5. Narúšajú interakciu enzýmu s
substrát
6. Spôsobiť denaturáciu enzýmu
(nešpecifické inhibítory)
7. Viaže sa na alosterické centrum

Konkurenčný typ inhibície
Vykonáva sa látkou podobnou chemickej
štruktúru k podkladu
V
Vmax
Vmax/2
Km
Kmi
[S]

Nekonkurenčný typ inhibície
Inhibítor reaguje s enzýmom iným spôsobom ako
substrát, takže zvýšenie koncentrácie substrátu nie
môže vytesniť inhibítor a obnoviť aktivitu
enzým
V
Vmax
Vmax
Vmax
Vmax
K
m
[S]

2. Regulácia rýchlosti enzymatických reakcií v organizme

Najdôležitejšou vlastnosťou živých organizmov je schopnosť udržiavať homeostázu. Homeostáza v tele je udržiavaná reguláciou

Najdôležitejšou vlastnosťou živých organizmov je
schopnosť udržiavať homeostázu.
Homeostáza v tele je udržiavaná o
regulácia rýchlosti enzymatických reakcií, ktoré
vykonáva sa zmenou:
ja). Dostupnosť molekúl substrátu a koenzýmu;
II). Katalytická aktivita molekúl enzýmu;
III). Počet molekúl enzýmu.
E*
S
S
koenzým
Vitamín
Bunka
P
P

I. Dostupnosť molekúl substrátu a koenzýmu

Transport látok cez membránu
ATP
ADF + Fn
antiport
Uľahčená difúzia
Difúzia
Bunka
Primárne aktívne
dopravy
Sekundárne aktívne
dopravy

inzulín
Glukóza
GLUT-4
GLUT-4
Adipocyty,
myocyty
E1, E2, E3…
Glukóza
PVK
Koenzýmy
Hepatocyt
Vitamíny
Enzýmy
Koenzýmy

II. Regulácia enzýmovej katalytickej aktivity

Regulácia katalytickej aktivity enzýmov sa vyskytuje:
1). Nešpecifické. Katalytická aktivita všetkých enzýmov
závisí od teploty, pH a tlaku.
V
pepsín
V
0
50
100
t
0
arginázy
7
14
pH
2). Špecifické. Pod vplyvom špecifických aktivátorov a
inhibítory, mení sa aktivita regulačných enzýmov,
ktoré riadia rýchlosť metabolických procesov v
telo.

Mechanizmy špecifickej regulácie
katalytická aktivita enzýmov:
1). Alosterická regulácia;
2). Regulácia proteín-proteín
interakcie;
3). Regulácia prostredníctvom kovalentnej modifikácie.
A). Regulácia podľa
fosforylácia/defosforylácia
enzým;
b). Regulácia čiastočnou proteolýzou.

1. Alosterická regulácia

Allosterické enzýmy sú enzýmy, ktorých aktivita
regulované reverzibilným nekovalentným pripojením
modulátor (aktivátor a inhibítor) do alosterického centra.
E1
S
E2
A
E3
B
E4
C
P
K aktivácii dochádza podľa princípu priameho pozitívneho
spojenie a inhibícia je založená na princípe negatívnej spätnej väzby
komunikácie.
Aktivita alosterických enzýmov sa značne líši
rýchlo

2. Regulácia katalytickej aktivity enzýmov pomocou interakcií proteín-proteín

A). Aktivácia enzýmov ako výsledok pripojenia regulačných proteínov.
AC
G
G
AC
ATP cAMP
b). Regulácia enzýmovej katalytickej aktivity
asociácia/disociácia protomérov
cAMP
cAMP
R
R
C
R
C
PC A
cAMP
S
C
P
R
cAMP
S
C
P

3). Regulácia katalytickej aktivity enzýmov ich kovalentnou modifikáciou

Výsledkom je regulácia enzýmovej aktivity
kovalentná adícia alebo odštiepenie fragmentu z nej.
Existujú 2 typy:
A). fosforyláciou a defosforyláciou enzýmov; .
ATP
ADF
PC
ENZYME
H3PO4
FPF
*
ENZYME-F
substrát
produkt
H2O
b). čiastočnou proteolýzou enzýmov (extracelulárne)
Substrát
trypsinogén
Produkt
trypsín

III. Mechanizmy na reguláciu počtu enzýmov
Induktory
Represory
hydrolýza
biosyntéza
Aminokyseliny
Enzým
Aminokyseliny
Induktory sú látky, ktoré spúšťajú syntézu enzýmov
Proces spustenia syntézy enzýmov sa nazýva indukcia
Enzýmy, ktorých koncentrácia závisí od prídavku
induktory sa nazývajú indukovateľné enzýmy
Enzýmy, ktorých koncentrácia je konštantná a nie je regulovaná
induktory sa nazývajú konštitutívne enzýmy
Základná hodnota je koncentrácia indukovaného enzýmu
v neprítomnosti induktora.

Represory (presnejšie korepresory) sú látky, ktoré
ktoré zastavujú syntézu enzýmov.
Proces zastavenia syntézy enzýmov sa nazýva
represie.
Derepresia je proces tzv
obnovenie syntézy enzýmov po odstránení
z prostredia represora
Pôsobia ako induktory a represory
niektoré metabolity, hormóny a biologicky
účinných látok.

3. Bunková signalizácia

U mnohobunkových organizmov udržiavanie
homeostázu zabezpečujú 3 systémy:
1). Nervózny
2). Humorné
3). Imúnna
Regulačné systémy fungujú za účasti
signálne molekuly.
Signálne molekuly sú organické
látky, ktoré prenášajú informácie.
Pre prenos signálu:
A). CNS využíva neurotransmitery
B). Humorálny systém využíva hormóny
IN). Imunitný systém využíva cytokíny.

Hormóny sú signálne molekuly bezdrôtového systémového účinku
Skutočné hormóny, na rozdiel od iných signálnych molekúl:
1. syntetizované v špecializovaných endokrinných bunkách,
2. transportovaný krvou
3. pôsobiť na diaľku na cieľové tkanivo.
Hormóny sú rozdelené podľa ich štruktúry:
1. proteín (hormóny hypotalamu, hypofýzy),
2. deriváty aminokyselín (štítna žľaza, katecholamíny)
3. steroidy (sexuálne, kortikoidy).
Peptidové hormóny a katecholamíny sú rozpustné vo vode,
regulujú prevažne katalytické
enzýmová aktivita.
Steroidné hormóny a hormóny štítnej žľazy sú nerozpustné vo vode,
regulujú hlavne množstvo
enzýmy.

Kaskádové systémy
Hormóny regulujú množstvo a katalytické
enzýmová aktivita nie je priama, ale
nepriamo cez kaskádové systémy
Hormóny
Kaskádové systémy
Enzýmy
x 1 000 000
Kaskádové systémy:
1. Opakovane zosilňujú signál hormónu (zvyšujú množstvo resp
katalytická aktivita enzýmu) tak, že 1 molekula hormónu
môže spôsobiť zmeny v bunkovom metabolizme
2. Zabezpečte prienik signálu do bunky (rozpustný vo vode
hormóny nevstupujú do bunky samy)

kaskádové systémy pozostávajú z:
1. receptory;
2. regulačné proteíny (G-proteíny, IRS, Shc, STAT atď.).
3. sekundárni sprostredkovatelia (messenger - messenger)
(Ca2+, cAMP, cGMP, DAG, ITP);
4. enzýmy (adenylátcykláza, fosfolipáza C,
fosfodiesteráza, proteínkinázy A, C, G,
fosfoproteín fosfatáza);
Typy kaskádových systémov:
1. adenylátcykláza,
2. guanylátcykláza,
3. inozitoltrifosfát,
4. RAS atď.),

Receptory

Receptory sú proteíny uložené v bunkovej membráne resp
umiestnené vo vnútri buniek, ktoré interagujú s
signálne molekuly, menia aktivitu regulačných proteínov.
Podľa lokalizácie sa receptory delia na:
1) cytoplazmatické;
2) jadrové;
3) membrána.
Podľa účinku sa receptory delia na:
aktivátor (aktivácia kaskádových systémov)
inhibičné (blokové kaskádové systémy).
Podľa mechanizmu prenosu signálu sú receptory rozdelené do 4 typov:
1). Receptory spojené s iónovým kanálom
2). Receptory s enzymatickou aktivitou.
Existujú 3 typy:
A). Receptory s tyrozínkinázovou aktivitou (tyrozín
proteínkináza).
b). Receptory s fosfatázovou aktivitou (tyrozín
proteínová fosfotáza) (napríklad PPP).
V). Receptory s aktivitou guanylátcyklázy (GC).
3). Receptory spojené s G-proteínmi vo svojej štruktúre sú stále
nazývaný serpentín.
4). Jadrové a cytoplazmatické receptory.

Receptor spojený s iónovým kanálom

Receptorová aktivita spojená s G proteínom (serpentín)

Receptor s enzymatickou aktivitou (tyrozínkináza)
inzulín
a
a
inzulín
inzulín
a
a
a
b
b
b
b
strelnica
strelnica
strelnica
strelnica
ATP
ADF
b
a
b
úroveň-F* úroveň-F*
IRS-1
IRS-1-F*
ATP ADP
FPF
FPF*

Systém adenylátcyklázy
Hormóny:
Glukagón, vazopresín, katecholamíny (cez β2-adrenergné receptory)
Hormóny hypofýzy (ACTH, LDH, FSH, LT, MSH, TSH), parathormón, rastový faktor
nervy
PGE1
G
R
Cytoplazmatická membrána
G
A
C
cytoplazme
ATP cAMP
PC A
Neaktívny enzým
PC A*
ATP
ADF
Enzýmový akt
substrát
F
produkt
Dostupné
a
β-adrenergné
receptory
membrány pečeňových buniek, svalov a tukového tkaniva.
V
plazmatické

Systém guanylátcyklázy
Signálne molekuly:
PNF (relaxácia cievneho tonusu),
Katecholamíny (cez α-adrenergné receptory)
Bakteriálny endotoxín (blokuje vstrebávanie vody a spôsobuje hnačku)
NIE, produkty LPO (cytoplazmatická GC)
G
GC
Cytoplazmatická membrána
cytoplazme
GTP cGMP
PC G
Neaktívny enzým
PC G*
ATP
ADF
Enzýmový akt
substrát
F
produkt
Systém guanylátcyklázy funguje v pľúcach, obličkách a endoteli
čreva, srdca, nadobličiek, sietnice a pod.Podieľa sa na regulácii
metabolizmus voda-soľ a cievny tonus, spôsobuje relaxáciu atď.

Inozitoltrifosfátový systém
Hormóny:
gonadoliberín, hormón uvoľňujúci tyreotropín, dopamín, tromboxány A2, endoperoxidy,
leukotriény, agniotenzín II, endotelín, parathormón, neuropeptid Y,
adrenergné katecholamíny (cez α1 receptory), acetylcholín,
bradykinín, vazopresín (cez V1 receptory).
G
R
G
FL S
Cytoplazmatická membrána
FIF2
DG
2+
ITF Ca
substrát
Kalmodulín -4Ca2+
PC C
cytoplazme
produkt
Neaktívny enzým
Ca2+
Kalmodulín -4Ca2+
kalmodulín
Enzýmový akt
substrát
produkt

Transmembránový prenos informácií zahŕňajúci
cytoplazmatické receptory
bielkoviny
G
sprievodca
Cytoplazmatický
membrána
KPR
bielkoviny
G
sprievodca
Hormóny:
kortikoidy,
sexuálne,
štítnej žľazy
G
CORE
KPR
G
KPR
DNA
cytoplazme
substrát
produkt
Prepis
mRNA
Vysielanie
mRNA
Enzým
ribozóm

kapitolaIV.3.

Enzýmy

Metabolizmus v tele možno definovať ako súhrn všetkých chemických premien, ktorým podliehajú zlúčeniny prichádzajúce zvonka. Tieto transformácie zahŕňajú všetky známe typy chemických reakcií: medzimolekulový prenos funkčných skupín, hydrolytické a nehydrolytické štiepenie chemických väzieb, intramolekulárne preskupenia, novotvorbu chemických väzieb a redoxné reakcie. Takéto reakcie prebiehajú v tele extrémne vysokou rýchlosťou iba v prítomnosti katalyzátorov. Všetky biologické katalyzátory sú látky bielkovinovej povahy a nazývajú sa enzýmy (ďalej F) alebo enzýmy (E).

Enzýmy nie sú zložkami reakcií, ale iba urýchľujú dosiahnutie rovnováhy zvýšením rýchlosti priamej aj spätnej konverzie. K zrýchleniu reakcie dochádza v dôsledku poklesu aktivačnej energie - energetickej bariéry, ktorá oddeľuje jeden stav systému (pôvodná chemická zlúčenina) od druhého (produkt reakcie).

Enzýmy urýchľujú rôzne reakcie v tele. Takže, celkom jednoduché z pohľadu tradičnej chémie, reakcia eliminácie vody z kyseliny uhličitej za vzniku CO 2 vyžaduje účasť enzýmu, pretože bez nej postupuje príliš pomaly na reguláciu pH krvi. Vďaka katalytickému pôsobeniu enzýmov v organizme sa môžu vyskytnúť reakcie, ktoré by bez katalyzátora prebiehali stovky a tisíckrát pomalšie.

Vlastnosti enzýmov

1. Vplyv na rýchlosť chemickej reakcie: enzýmy zvyšujú rýchlosť chemickej reakcie, ale samy sa nespotrebúvajú.

Rýchlosť reakcie je zmena koncentrácie reakčných zložiek za jednotku času. Ak ide v smere dopredu, potom je to úmerné koncentrácii reaktantov, ak v opačnom smere, potom je to úmerné koncentrácii produktov reakcie. Pomer rýchlostí priamych a spätných reakcií sa nazýva rovnovážna konštanta. Enzýmy nemôžu meniť hodnoty rovnovážnej konštanty, ale rovnovážny stav nastáva rýchlejšie v prítomnosti enzýmov.

2. Špecifickosť pôsobenia enzýmov. V bunkách tela prebieha 2-3 tisíc reakcií, z ktorých každá je katalyzovaná špecifickým enzýmom. Špecifickosť pôsobenia enzýmu je schopnosť urýchliť priebeh jednej špecifickej reakcie bez ovplyvnenia rýchlosti iných, aj veľmi podobných.

Existujú:

Absolútna– keď F katalyzuje iba jednu špecifickú reakciu ( arginázy- rozklad arginínu)

Relatívna(skupinový špeciálny) – F katalyzuje určitú triedu reakcií (napríklad hydrolytické štiepenie) alebo reakcií, na ktorých sa podieľa určitá trieda látok.

Špecifickosť enzýmov je spôsobená ich jedinečnou sekvenciou aminokyselín, ktorá určuje konformáciu aktívneho centra, ktoré interaguje s reakčnými zložkami.

Látka, ktorej chemická premena je katalyzovaná enzýmom, sa nazýva tzv substrát ( S ) .

3. Enzýmová aktivita – schopnosť v rôznej miere zrýchliť rýchlosť reakcie. Aktivita je vyjadrená v:

1) Medzinárodné jednotky aktivity - (IU) množstvo enzýmu, ktoré katalyzuje premenu 1 µM substrátu za 1 minútu.

2) Katalach (kat) - množstvo katalyzátora (enzýmu) schopného premeniť 1 mol substrátu za 1 s.

3) Špecifická aktivita - počet jednotiek aktivity (ktorákoľvek z vyššie uvedených) v testovanej vzorke k celkovej hmotnosti bielkovín v tejto vzorke.

4) Menej používaná je molárna aktivita – počet molekúl substrátu premenených jednou molekulou enzýmu za minútu.

Aktivita závisí predovšetkým na teplote . Ten či onen enzým vykazuje najväčšiu aktivitu pri optimálnej teplote. Pre F živého organizmu je táto hodnota v rozmedzí +37,0 - +39,0° C, v závislosti od druhu zvieraťa. S poklesom teploty sa Brownov pohyb spomaľuje, rýchlosť difúzie sa znižuje a následne sa spomaľuje proces tvorby komplexu medzi enzýmom a reakčnými zložkami (substrátmi). Ak teplota stúpne nad +40 - +50° Molekula enzýmu, ktorou je proteín, prechádza procesom denaturácie. V tomto prípade rýchlosť chemickej reakcie výrazne klesá (obr. 4.3.1.).

Enzýmová aktivita závisí aj od pH prostredia . Pre väčšinu z nich existuje určitá optimálna hodnota pH, pri ktorej je ich aktivita maximálna. Keďže bunka obsahuje stovky enzýmov a každý z nich má svoje limity pH, zmeny pH sú jedným z dôležitých faktorov regulácie enzymatickej aktivity. Takže v dôsledku jednej chemickej reakcie za účasti určitého enzýmu, ktorého hodnota pH leží v rozmedzí 7,0 - 7,2, vzniká produkt, ktorý je kyselinou. V tomto prípade sa hodnota pH posúva do oblasti 5,5 – 6,0. Aktivita enzýmu prudko klesá, rýchlosť tvorby produktu sa spomaľuje, no zároveň sa aktivuje ďalší enzým, pre ktorý sú tieto hodnoty pH optimálne a produkt prvej reakcie podlieha ďalšej chemickej premene. (Ďalší príklad o pepsíne a trypsíne).

Chemická povaha enzýmov. Štruktúra enzýmu. Aktívne a alosterické centrá

Všetky enzýmy sú proteíny s molekulovou hmotnosťou od 15 000 do niekoľkých miliónov Da. Rozlišujú sa podľa chemickej štruktúry jednoduché enzýmy (pozostávajúce len z AA) a komplexné enzýmy (majú neproteínovú časť alebo prostetickú skupinu). Proteínová časť sa nazýva - apoenzým, a neproteínový, ak je kovalentne spojený s apoenzýmom, nazýva sa koenzým, a ak je väzba nekovalentná (iónová, vodíková) – kofaktor . Funkcie prostetickej skupiny sú nasledovné: účasť na akte katalýzy, kontakt medzi enzýmom a substrátom, stabilizácia molekuly enzýmu v priestore.

Úlohu kofaktora zvyčajne zohrávajú anorganické látky - ióny zinku, medi, draslíka, horčíka, vápnika, železa, molybdénu.

Koenzýmy možno považovať za integrálnu súčasť molekuly enzýmu. Sú to organické látky, medzi ktoré patria: nukleotidy ( ATP, UMF atď.), vitamíny alebo ich deriváty ( TDF– z tiamínu ( V 1), FMN– z riboflavínu ( AT 2), koenzým A– z kyseliny pantoténovej ( AT 3), NAD a pod.) a tetrapyrolové koenzýmy - hemy.

V procese katalyzovania reakcie neprichádza do kontaktu so substrátom celá molekula enzýmu, ale jej určitá časť, tzv. aktívne centrum. Táto zóna molekuly nepozostáva zo sekvencie aminokyselín, ale vzniká stočením molekuly proteínu do terciárnej štruktúry. Jednotlivé úseky aminokyselín sa k sebe približujú a vytvárajú špecifickú konfiguráciu aktívneho centra. Dôležitým znakom štruktúry aktívneho centra je, že jeho povrch je komplementárny k povrchu substrátu, t.j. Zvyšky AK v tejto zóne enzýmu sú schopné vstúpiť do chemických interakcií s určitými skupinami substrátu. Človek si to vie predstaviť Aktívne miesto enzýmu sa zhoduje so štruktúrou substrátu ako kľúč a zámok.

IN aktívne centrum rozlišujú sa dve zóny: väzbové centrum, zodpovedný za pripevnenie substrátu a katalytické centrum, zodpovedný za chemickú premenu substrátu. Katalytické centrum väčšiny enzýmov zahŕňa AA ako Ser, Cys, His, Tyr, Lys. Komplexné enzýmy majú v katalytickom centre kofaktor alebo koenzým.

Okrem aktívneho centra je množstvo enzýmov vybavených regulačným (alosterickým) centrom. Látky, ktoré ovplyvňujú jeho katalytickú aktivitu, interagujú s touto zónou enzýmu.

Mechanizmus účinku enzýmov

Akt katalýzy pozostáva z troch po sebe nasledujúcich etáp.

1. Tvorba komplexu enzým-substrát po interakcii cez aktívne centrum.

2. K väzbe substrátu dochádza na viacerých miestach v aktívnom centre, čo vedie k zmene štruktúry substrátu a jeho deformácii v dôsledku zmien väzbovej energie v molekule. Toto je druhá fáza a nazýva sa aktivácia substrátu. V tomto prípade dochádza k určitej chemickej modifikácii substrátu a dochádza k jeho premene na nový produkt alebo produkty.

3. V dôsledku tejto premeny stráca nová látka (produkt) schopnosť udržať sa v aktívnom centre enzýmu a komplex enzým-substrát, respektíve komplex enzým-produkt disociuje (rozpadá).

Typy katalytických reakcií:

A+E = AE = BE = E + B

A + B + E = AE + B = ABE = AB + E

AB+E = ABE = A+B+E, kde E je enzým, A a B sú substráty alebo reakčné produkty.

Enzymatické efektory - látky, ktoré menia rýchlosť enzymatickej katalýzy a tým regulujú metabolizmus. Medzi nimi sú inhibítory - spomaliť rýchlosť reakcie a aktivátory - urýchlenie enzymatickej reakcie.

V závislosti od mechanizmu inhibície reakcie sa rozlišujú kompetitívne a nekompetitívne inhibítory. Štruktúra molekuly kompetitívneho inhibítora je podobná štruktúre substrátu a zhoduje sa s povrchom aktívneho centra ako kľúč a zámok (alebo sa takmer zhoduje). Stupeň tejto podobnosti môže byť dokonca vyšší ako pri substráte.

Ak A+E = AE = BE = E + B, potom I+E = IE¹

Znižuje sa koncentrácia enzýmu schopného katalýzy a prudko klesá rýchlosť tvorby reakčných produktov (obr. 4.3.2.).

Ako kompetitívne inhibítory pôsobí veľké množstvo chemických látok endogénneho a exogénneho pôvodu (t. j. tých, ktoré sa tvoria v organizme a prichádzajú zvonku - xenobiotiká, resp.). Endogénne látky sú regulátory metabolizmu a nazývajú sa antimetabolity. Mnohé z nich sa využívajú pri liečbe onkologických a mikrobiálnych ochorení, as. inhibujú kľúčové metabolické reakcie mikroorganizmov (sulfónamidy) a nádorových buniek. Ale s nadbytkom substrátu a nízkou koncentráciou kompetitívneho inhibítora sa jeho účinok ruší.

Druhý typ inhibítorov je nekonkurenčný. Interagujú s enzýmom mimo aktívneho miesta a prebytok substrátu neovplyvňuje ich inhibičnú schopnosť, ako je to v prípade kompetitívnych inhibítorov. Tieto inhibítory interagujú buď s určitými skupinami enzýmu (ťažké kovy sa viažu na tiolové skupiny Cys) alebo najčastejšie s regulačným centrom, čo znižuje väzbovú schopnosť aktívneho centra. Vlastným procesom inhibície je úplné alebo čiastočné potlačenie aktivity enzýmu pri zachovaní jeho primárnej a priestorovej štruktúry.

Tiež sa rozlišuje medzi reverzibilnou a ireverzibilnou inhibíciou. Ireverzibilné inhibítory inaktivujú enzým vytvorením chemickej väzby s jeho AK alebo inými štrukturálnymi zložkami. Zvyčajne ide o kovalentnú väzbu na jedno z aktívnych miest. Takýto komplex sa za fyziologických podmienok prakticky nedisociuje. V inom prípade inhibítor narúša konformačnú štruktúru molekuly enzýmu a spôsobuje jej denaturáciu.

Účinok reverzibilných inhibítorov možno odstrániť pri nadbytku substrátu alebo pod vplyvom látok, ktoré menia chemickú štruktúru inhibítora. Kompetitívne a nekompetitívne inhibítory sú vo väčšine prípadov reverzibilné.

Okrem inhibítorov sú známe aj aktivátory enzymatickej katalýzy. Oni:

1) chráni molekulu enzýmu pred inaktivačnými vplyvmi,

2) tvoriť komplex so substrátom, ktorý sa aktívnejšie viaže na aktívne centrum F,

3) v interakcii s enzýmom, ktorý má kvartérnu štruktúru, oddeľujú jeho podjednotky a tým otvárajú prístup substrátu k aktívnemu centru.

Distribúcia enzýmov v tele

Enzýmy zapojené do syntézy bielkovín, nukleových kyselín a enzýmov energetického metabolizmu sú prítomné vo všetkých bunkách tela. Ale bunky, ktoré vykonávajú špeciálne funkcie, obsahujú aj špeciálne enzýmy. Bunky Langerhansových ostrovčekov v pankrease teda obsahujú enzýmy, ktoré katalyzujú syntézu hormónov inzulínu a glukagónu. Enzýmy, ktoré sú charakteristické len pre bunky určitých orgánov, sa nazývajú orgánovo špecifické: argináza a urokináza- pečeň, kyslá fosfatáza- prostata. Zmenou koncentrácie takýchto enzýmov v krvi sa posudzuje prítomnosť patológií v týchto orgánoch.

V bunke sú jednotlivé enzýmy distribuované v cytoplazme, iné sú zabudované v membránach mitochondrií a endoplazmatického retikula, takéto enzýmy tvoria priehradky, v ktorých sa vyskytujú určité, navzájom úzko prepojené štádiá metabolizmu.

Mnohé enzýmy sa tvoria v bunkách a v neaktívnom stave sa vylučujú do anatomických dutín – ide o proenzýmy. Proteolytické enzýmy (ktoré štiepia proteíny) sa často tvoria ako proenzýmy. Potom vplyvom pH alebo iných enzýmov a substrátov dochádza k ich chemickej modifikácii a aktívne centrum sa stáva prístupným pre substráty.

Existujú tiež izoenzýmy - enzýmy, ktoré sa líšia molekulárnou štruktúrou, ale plnia rovnakú funkciu.

Nomenklatúra a klasifikácia enzýmov

Názov enzýmu sa skladá z nasledujúcich častí:

1. názov substrátu, s ktorým interaguje

2. povaha katalyzovanej reakcie

3. názov triedy enzýmov (ale je to voliteľné)

4. prípona -aza-

pyruvát - dekarboxyl - aza, sukcinát - dehydrogen - aza

Keďže je už známych asi 3 tisíc enzýmov, je potrebné ich klasifikovať. V súčasnosti bola prijatá medzinárodná klasifikácia enzýmov, ktorá je založená na type katalyzovanej reakcie. Existuje 6 tried, ktoré sú zase rozdelené do niekoľkých podtried (v tejto knihe sú uvedené iba selektívne):

1. Oxidoreduktázy. Katalyzujte redoxné reakcie. Sú rozdelené do 17 podtried. Všetky enzýmy obsahujú nebielkovinovú časť vo forme hému alebo derivátov vitamínov B2, B5. Substrát prechádzajúci oxidáciou pôsobí ako donor vodíka.

1.1. Dehydrogenázy odstraňujú vodík z jedného substrátu a prenášajú ho na iné substráty. Koenzýmy NAD, NADP, FAD, FMN. Prijímajú vodík odstránený enzýmom, premieňajú ho na redukovanú formu (NADH, NADPH, FADH) a prenášajú do iného komplexu enzým-substrát, kde ho uvoľňujú.

1.2. Oxidázy – katalyzujú prenos vodíka na kyslík za vzniku vody alebo H 2 O 2 . F. Cytochróm oxidáza dýchacieho reťazca.

RH + NAD H + 02 = ROH + NAD + H20

1.3. Monoxidázy - cytochróm P450. Podľa svojej štruktúry ide o hemoproteín aj flavoproteín. Hydroxyluje lipofilné xenobiotiká (podľa mechanizmu opísaného vyššie).

1.4. peroxidázyA kataláza- katalyzujú rozklad peroxidu vodíka, ktorý vzniká pri metabolických reakciách.

1.5. Oxygenázy - katalyzujú reakcie pridania kyslíka k substrátu.

2. transferázy - katalyzujú prenos rôznych radikálov z donorovej molekuly na akceptorovú molekulu.

A A+ E + B = E A+ A + B = E + B A+ A

2.1. metyltransferáza (CH3-).

2.2. Karboxyl- a karbamoyltransferázy.

2.2. Acyltransferázy – koenzým A (prenos acylovej skupiny – R-C=O).

Príklad: syntéza neurotransmiteru acetylcholínu (pozri kapitolu Metabolizmus bielkovín).

2.3. Hexozyltransferázy katalyzujú prenos glykozylových zvyškov.

Príklad: odštiepenie molekuly glukózy z glykogénu pod vplyvom fosforylázy.

2.4. Aminotransferázy - prenos aminoskupín

R1-CO-R2+R1-CH- N.H. 3 - R2 = R1 - CH - N.H. 3 -R2+R1-CO-R2

Zohrávajú dôležitú úlohu pri transformácii AK. Bežným koenzýmom je pyridoxalfosfát.

Príklad: alanínaminotransferáza(ALT): pyruvát + glutamát = alanín + alfa-ketoglutarát (pozri kapitolu „Metabolizmus bielkovín“).

2.5. Fosfotransferáza (kináza) - katalyzujú prenos zvyšku kyseliny fosforečnej. Vo väčšine prípadov je donorom fosfátov ATP. Enzýmy tejto triedy sa podieľajú hlavne na rozklade glukózy.

Príklad: Hexo(gluko)kináza.

3. Hydrolázy - katalyzovať reakcie hydrolýzy, t.j. štiepenie látok s prídavkom na mieste, kde je porušená vodná väzba. Do tejto triedy patria hlavne tráviace enzýmy, sú jednozložkové (neobsahujú nebielkovinovú časť)

R1-R2 + H20 = R1H + R2OH

3.1. Esterázy – rozkladajú esterové väzby. Ide o veľkú podtriedu enzýmov, ktoré katalyzujú hydrolýzu tiolesterov a fosfoesterov.
Príklad: NH2).

Príklad: arginázy(cyklus močoviny).

4.Lyázy - katalyzovať reakcie štiepenia molekúl bez pridania vody. Tieto enzýmy majú neproteínovú časť vo forme tiamínpyrofosfátu (B 1) a pyridoxalfosfátu (B 6).

4.1. C-C väzbové lyázy. Zvyčajne sa nazývajú dekarboxylázy.

Príklad: pyruvátdekarboxyláza.

5.Izomerázy - katalyzovať izomerizačné reakcie.

Príklad: fosfopentóza izomeráza, pentózafosfát izomeráza(enzýmy neoxidačnej vetvy pentózofosfátovej dráhy).

6.Ligasy katalyzujú reakcie na syntézu zložitejších látok z jednoduchších. Takéto reakcie vyžadujú energiu ATP. K názvu takýchto enzýmov sa pridáva „syntetáza“.

ODKAZY NA KAPITOLU IV.3.

1. Byshevsky A. Sh., Tersenov O. A. Biochémia pre lekára // Jekaterinburg: Uralsky Rabochiy, 1994, 384 s.;

2. Knorre D. G., Myzina S. D. Biologická chémia. – M.: Vyššie. školy 1998, 479 s.;

3. Filippovič Yu. B., Egorova T. A., Sevastyanova G. A. Workshop o všeobecnej biochémii // M.: Enlightenment, 1982, 311 s.;

4. Leninger A. Biochémia. Molekulárne základy bunkovej štruktúry a funkcií // M.: Mir, 1974, 956 s.;

5. Pustovalová L.M. Workshop o biochémii // Rostov na Done: Phoenix, 1999, 540 s.

Popis prezentácie PREDNÁŠKA č. 1 Úvod do biochémie. Enzýmy na diapozitívoch

Osnova prednášok I. Biochémia ako veda. Predmet, ciele a ciele biochémie. II. Metabolizmus. Základné pojmy. Druhy metabolických reakcií. III. Enzymológia. 1. Enzýmy. Definícia, chemická podstata, fyzikálno-chemické vlastnosti, biologický význam. 2. Porovnanie enzýmov a anorganických katalyzátorov 3. Štruktúra enzýmov

Biochémia je veda, ktorá študuje látky, z ktorých sa skladajú živé organizmy, ich premeny, ako aj vzťah týchto premien s činnosťou orgánov a tkanív.Biochémia je mladá veda, vznikla asi pred sto rokmi na priesečníku tzv. fyziológie a organickej chémie. Termín biochémia zaviedol v roku 1903 nemecký biochemik Carl Neuberg (1877 -1956). I. BIOCHÉMIA

Biochémia ako veda sa delí na: Statická (bioorganická chémia) analyzuje štruktúru a chemické zloženie organizmov Dynamická študuje metabolizmus a energiu v tele Funkčné študuje interakciu chemických procesov s biologickými a fyziologickými funkciami OH H O H O HO HH HO HCO 2 + H 2 O ÀÄÔ + Ôí ÀŇÔ À Ň Ô À Ä Ô + Ô í

Podľa predmetov výskumu sa biochémia delí na: biochémiu ľudí a zvierat; biochémia rastlín; biochémia mikroorganizmov; biochémia húb; biochémia vírusov. Vy a ja sa budeme zaoberať lekárskou biochémiou, jedným z odborov biochémie ľudí a zvierat

Predmetom lekárskej biochémie je človek Účelom kurzu lekárskej biochémie je študovať: molekulárne základy fyziologických funkcií človeka; molekulárne mechanizmy patogenézy chorôb; biochemický základ na prevenciu a liečbu chorôb; biochemické metódy diagnostiky ochorení a sledovania účinnosti liečby (klinická biochémia) Ciele predmetu lekárska biochémia: štúdium teoretického materiálu; získať praktické zručnosti v biochemickom výskume; naučiť sa interpretovať výsledky biochemických štúdií

II. Metabolizmus Životná činnosť každého organizmu je založená na chemických procesoch. Metabolizmus (metabolizmus) je súhrn všetkých reakcií vyskytujúcich sa v živom organizme A FB C DEEnergia Tepelný katabolizmus Anabolizmus

Metabolity – látky podieľajúce sa na metabolických procesoch (substráty, A, B, C, produkty) Substrát – látka, ktorá vstupuje do chemickej reakcie Produkt – látka, ktorá vzniká pri chemickej reakcii Substrát Produkt. Postupnosť reakcií, v dôsledku ktorých sa substrát premieňa na produkt, sa nazýva metabolická dráha A B Organické zlúčeniny majú zložitú štruktúru a syntetizujú sa len počas niekoľkých po sebe idúcich reakcií Príklad metabolickej dráhy: Glykolýza, reťazec oxidačnej fosforylácie

Substrát Produkt 2 Postupnosť reakcií, ktoré obchádzajú hlavnú metabolickú dráhu, sa nazýva metabolický skrat A B D EProdukt 3 Produkt 1 Príklady metabolických skratov: 1. pentózofosfátový skrat, 2. 2, 3-difosfoglycerátový skrat

S 1 Postupnosť reakcií, počas ktorých je výsledný produkt zároveň substrátom týchto reakcií sa nazýva metabolický cyklus S 2 (P) A CBProdukt 1 Produkt 2 Príklady metabolických cyklov: 1. Krebsov cyklus, 2. Ornitínový cyklus 3. β cyklus - oxidácia mastných kyselín 4. glukózo-laktátový cyklus, 5. glukózo-alanínový cyklus

Enzymológia je veda, odvetvie biochémie, o enzýmoch. III. Enzymológia, štruktúra a vlastnosti enzýmov; enzymatické reakcie a mechanizmy ich katalýzy; regulácia aktivity enzýmov. Predmetom enzymológie sú enzýmy. Enzymologické štúdie: Lekárska enzymológia - študuje využitie enzýmov v medicíne.

Takmer všetky reakcie v živom organizme prebiehajú za účasti enzýmov Enzýmy sú biologické katalyzátory bielkovinovej povahy. Biologická úloha enzýmov spočíva v tom, že katalyzujú riadený priebeh všetkých metabolických procesov v organizme Fyzikálno-chemické vlastnosti Ako látky bielkovinovej povahy majú enzýmy všetky vlastnosti bielkovín Definícia a chemická podstata Do roku 2013 má viac ako 5 000 rôznych enzýmov. bolo popísané

Vlastnosti pôsobenia enzýmov 1. Urýchľujú len termodynamicky možné reakcie 2. Nemenia stav rovnováhy reakcií, ale len urýchľujú jeho dosiahnutie 3. reakcie sa zrýchľujú výrazne, o 10 8 -10 14 krát 4. Pôsobia v malom množstve 5. Pri reakciách sa nespotrebúvajú 6. Citlivé na aktivátory a inhibítory. 7. Aktivita enzýmov je regulovaná špecifickými a nešpecifickými faktormi 8. Enzýmy pôsobia len v miernych podmienkach (t = 36 -37ºС, pH ~ 7,4, atmosférický tlak) 9. Majú široké spektrum účinku, katalyzujú väčšinu reakcií v telo 10. Pre Enzýmy sa vyznačujú vysokou špecifickosťou: substrátová špecifickosť: ▪ absolútna (1 enzým – 1 substrát), ▪ skupinová (1 enzým – niekoľko podobných substrátov), ​​▪ stereošpecifickosť (enzýmy pracujú so substrátmi L alebo D). katalytická špecifickosť (enzýmy katalyzujú reakcie jedného z typov chemických reakcií) Spoločné pre anorganické a katalyzátory

1. Aktívne centrum je časť molekuly enzýmu, ktorá špecificky interaguje so substrátom a priamo sa podieľa na katalýze b). Katalytické centrum. Aktívne centrum sa spravidla nachádza vo výklenku (vrecku) Obsahuje najmenej tri body pre väzbu substrátu, vďaka čomu sa molekula substrátu prichytí k aktívnemu centru jediným možným spôsobom, čo zaisťuje substrátovú špecifickosť substrátu. enzým 1. Aktívne centrum a). Miesto substrátu (kontaktná plocha) Štrukturálna vlastnosť katalytického centra umožňuje enzýmu katalyzovať reakciu pomocou špecifického mechanizmu katalýzy: acidobázickej, elektrofilnej, nukleofilnej atď. katalytické centrum zabezpečuje výber cesty chemickej transformácie a katalytickú špecifickosť enzýmu. Štruktúra enzýmov Enzýmy sú globulárne proteíny obsahujúce aktívne centrum

Enzým t + - 0 Substrát Enzýmy sú charakterizované prítomnosťou špecifických centier katalýzy Substrátové miesto Katalyt. centrum Aktívne centrum + 0 -Produkt t

02. Alosterické centrum Skupina regulačných enzýmov má alosterické centrá, ktoré sa nachádzajú mimo aktívneho centra.Na alosterické centrum môžu byť pripojené „+“ modulátory (aktivátory), ktoré zvyšujú aktivitu enzýmov. Alosterický stred a kontaktná podložka sú usporiadané podobným spôsobom + -0+ Aktivátor

02. Alosterické centrum Na alosterické centrum sa môžu pripojiť aj modulátory „-“ (inhibítory), ktoré inhibujú aktivitu enzýmov. -0+ inhibítor —

Podľa zloženia sa enzýmy delia na: Jednoduché Pozostávajú len z aminokyselín - Komplexné Enzýmy pozostávajú z: 1. Aminokyselín; 2. Ióny kovov 3. Organické látky nebielkovinovej povahy 0+ Apoenzým. Protetická skupina + - 0 Protetická časť (z aminokyselín) komplexného enzýmu sa nazýva apoenzým Nebielkovinová časť komplexného enzýmu sa nazýva Protetická skupina Ióny kovov (kofaktory) Organické látky nebielkovinovej povahy (koenzýmy)

Koenzýmy sú organické látky nebielkovinovej povahy, ktoré sa podieľajú na katalýze ako súčasť katalytického miesta aktívneho centra enzýmu. Katalyticky aktívna forma komplexného proteínu sa nazýva holoenzým Holoenzým = apoenzým + koenzým. Kofaktory - kovové ióny potrebné na prejavenie katalytickej aktivity enzýmov sa nazývajú

Ako koenzýmy fungujú: Vitamíny Aktivácia Koenzýmy PP (kyselina nikotínová) NAD + , NADP + B 1 (tiamín) B 2 (riboflavín) Tiamínpyrofosfát FAD, FMN B 6 (pyridoxal) Pyridoxalfosfát B 12 Kobalamíny Hémy (koenzýmy cytochrómu); Nukleotidy (ribozomálne koenzýmy); koenzým Q; FAFS (transferázové koenzýmy); SAM; Glutatión (koenzým glutatiónperoxidázy); Deriváty vitamínov rozpustných vo vode:

— 0+ +- 0++ — 0+ + — 0 Kosubstrát je protetická skupina, ktorá je pripojená k proteínovej časti slabými nekovalentnými väzbami. V čase reakcie sa k enzýmu pridáva kosubstrát: Napríklad NAD+, NADP+. +- 0+ Produkt Enzým + Substrát Enzým Kosubstrát Komplex enzým-substrát Kosubstrát- 0+ Protetická skupina je zvyčajne úzko spojená s apoenzýmom.

Kofaktory Ako kofaktory pôsobia ióny draslíka, horčíka, vápnika, zinku, medi, železa atď.. Stabilizujú molekuly substrátu a zabezpečujú jeho väzbu; stabilizovať aktívne centrum enzýmu, stabilizovať terciárnu a kvartérnu štruktúru enzýmu; poskytnúť katalýzu. Úloha kofaktorov je rôznorodá, sú to:

Napríklad ATP spája kinázy iba spolu s Mg 2+ + Substrát (ATP) Kofaktor (Mg 2+) + - 0 Enzým aktívny substrát (ATP- Mg 2+) - 0+ + - 0+ Komplex enzým-substrát Produkt (ADP ) — 0+ Enzým. Kofaktor (Mg 2+)

Lokalizácia a kompartmentalizácia enzýmov v bunkách a tkanivách Podľa lokalizácie v organizme sa enzýmy delia na: Všeobecné enzýmy (univerzálne) Orgánovo špecifické enzýmy Enzýmy špecifické pre organely. Organely nešpecifické enzýmy. Podľa umiestnenia v bunke sa enzýmy delia na: Kreatínkinázy, aminotransferázy atď. Enzýmy glykolýzy, ribozómy atď.

Nachádzajú sa takmer vo všetkých bunkách a zabezpečujú základné procesy bunkového života: 1. Všeobecné enzýmy (univerzálne) Enzýmy: glykolýza, Krebsov cyklus, oxidačná fosforylácia, PPS atď. Syntéza a využitie ATP; metabolizmus bielkovín, nukleových kyselín, lipidov, sacharidov a iných organických látok; tvorba elektrochemického potenciálu; pohyb a pod.

2. Orgánovo špecifické enzýmy Kostné tkanivo Alkalická fosfatáza Myokard AST, ALT, CK MB, LDH 1, 2 Obličky transamidináza a, alkalická fosfatáza Pečeň argináza, ALT, AST, LDH 4, 5, alkalická fosfatáza, γ-glutamyltranspeptidáza, glutamátdehydrogenáza cholínesterázy. Charakteristické pre určité orgány alebo tkanivá (alebo skupinu orgánov a tkanív). Zabezpečte, aby vykonávali špecifické funkcie prostatickej kyslej fosfatázy. Pankreasová α-amyláza, lipáza, y-glutamyltranspeptidáza

Distribúcia enzýmov v orgánoch pečene myok. Skel. pižmo Obličky Er Kosť Prostata AST ALT LDH CK ALP CP 0 -10% 10 -50% 50 -75% 75 -100%

3. Enzýmy špecifické pre organely Bunková membrána Alkalická fosfatáza, Adenylátcykláza, K-Na-ATPáza Cytoplazma Enzýmy glykolýzy, PFS Smooth ER Enzýmy mikrozomálnej oxidácie Ribozómy Enzýmy biosyntézy bielkovín. Lyzozómy Kyslá fosfatáza. Mitochondrie Enzýmy oxidačnej fosforylácie, TCA cyklus, β-oxidácia mastných kyselín Core RNA polymeráza, NAD syntetáza

Izoenzýmy sú viaceré formy jedného enzýmu, ktoré katalyzujú rovnakú reakciu a líšia sa chemickým zložením Izoenzýmy sa líšia: afinitou k substrátu (rôzne Km), maximálnou rýchlosťou katalyzovanej reakcie, elektroforetickou pohyblivosťou, rôznou citlivosťou na inhibítory a aktivátory, optimálnym p . H termostabilita Izoenzýmy majú kvartérnu štruktúru, ktorá je tvorená párnym počtom podjednotiek (2, 4, 6 atď.): Izoenzýmy Proteíny s kvartérnou štruktúrou a rôznymi podjednotkami vytvárajú väčšiu rozmanitosť foriem vďaka menšiemu počtu génov .

Laktátdehydrogenáza (LDH) LDH pozostáva zo 4 podjednotiek 2 typov M (sval) a H (srdce), ktoré v rôznych kombináciách tvoria 5 izoforiem M (sval)H (srdce) V zložení prevládajú dikarboxylové AA V zložení prevládajú diaminomonokarboxylové AA Ë Ä ÃC O O H C C H 3 O Ï Ê 2 Í À Ä + 2 Í À Ä Í 2 C O O H C C H 3 O H Ë à ê ò à òH enzým glykolýzy a glukoneogenézy

LDH 1 NNNN LDH 2 NNNM LDH 3 NNMM LDH 4 NMMM LDH 5 MMMM O 2 H (srdce) M (sval) pľúcny epitel alveolmyokard, erytrocyty, kôra obličiek prierezové kostrové svaly, hepatocyty. N neutrálny r. H kyslé

Kreatínkináza (kreatínfosfokináza) CPK sa skladá z 2 podjednotiek 2 typov M (z angl. sval - sval) a B (z angl. mozog - mozog), ktoré v rôznych kombináciách tvoria 3 izoformy: CPK BB CPK MMKPK zohráva dôležitú úlohu pri výmene energie svalového a nervového tkaniva

Stanovenie aktivity organel špecifických enzýmov a izoenzýmov v krvi má široké využitie v klinickej diagnostike: Infarkt myokardu AST, ALT, CK MB, LDH 1, 2 Pankreatitída Pankreatická amyláza, γ-glutamyltranspeptidáza, lipáza Hepatitída ALT, AST, LDH 4, 5, γ - glutamyl transpeptidáza, glutamát dehydrogenáza

Názvoslovie - názvy jednotlivých zlúčenín, ich skupiny, triedy, ako aj pravidlá zostavovania týchto názvov Klasifikácia - rozdelenie niečoho podľa vybraných charakteristík Názvoslovie a klasifikácia enzýmov

Moderná nomenklatúra enzýmov je medzinárodná, preložená do rôznych jazykov Historické názvy: (pepsín, trypsín) pracovné názvy: substrát + koncovka aza (sacharáza) substrát + jeho chemická látka. konverzia + aza (pyruvátkarboxyláza) Triviálne Systematické Názov dokáže presne identifikovať enzým a jeho katalyzovanú reakciu. Každá trieda je postavená podľa špecifickej schémy prijatej v roku 1961 Medzinárodnou úniou biochemikov

Klasifikácia enzýmov Na základe 6 známych typov chemických reakcií sú enzýmy, ktoré ich katalyzujú, rozdelené do 6 tried. Na základe substrátov, prenosných skupín atď. sa v každej triede rozlišuje niekoľko podtried a podtried (od 5 do 23); Každý enzým má svoj vlastný kód CF 1. 1. Prvá číslica označuje triedu, druhá - podtriedu, tretia - podtriedu, štvrtá - poradové číslo enzýmu v jeho podtriede (v poradí objavenia). http://www. chem. qmul. ac. uk/iubmb/enzyme/

č. Typ reakcie Trieda Podtrieda 1 ORV Oxidoreduktázy 23 podtriedy Oxidázy Aeróbne DG Anaeróbne DG Oxygenázy Hydroxyperoxidázy 2 prenos funkčných skupín Transferázy 10 podtried Kinázy Aminotransferázy Proteínkinázy Hexokinázy 3 Hydrolytické odstránenie skupiny zo substrátu F13 Hydrolytické podtriedy PPP Hydrolytické skupiny zo substrátu F13 hydrolytické odstránenie skupiny zo substrátu a Lyázy 7 podtriedy 5 izomerizácia izomerázy 5 podtriedy 6 syntéza vďaka energii vysokoenergetických zlúčenín ligáza 6 podtriedy C-O-ligáza, C-S-ligáza, C-N-ligáza, C-C-ligáza

Názvoslovie enzýmov Neexistuje jednotný prístup k pravidlám pre pomenovanie enzýmov - každá trieda má svoje pravidlá Názov enzýmu sa skladá z 2 častí: 1 časť - názov substrátu (substráty), 2 časti - typ reakcia katalyzovaná. Koniec – AZA; Doplňujúce informácie, ak sú potrebné, sú napísané na konci a v zátvorkách: L -malát + NADP + ↔ PVK + CO 2 + NADH 2 L -jablčnan: NADP + - oxidoreduktáza (dekarboxylujúca);

1. Oxidoreduktázy Názov triedy: donor: akceptor (kosubstrát) oxidoreduktáza R - CH 2 - O H + NAD + R - CH =O + NAD H 2 Systematický názov: Alkohol: NAD + oxidoreduktáza Triviálny názov: alkoholdehydrogenáza Kód: CF 1. 1 ℮ - a N +

2. Transferázy Názov triedy: odkiaľ: kam do akej polohy – čo – donor transferázy: akceptor – transportovaná skupina – transferáza AT F + D-hexóza ADP + D-hexóza -6 f Systematický názov: AT F: D -hexóza -6 - fosfotransferáza Triviálny názov: hexokináza Kód: CF 2. 7. 1. 1 Atómy a molekulové zvyšky

3. Hydrolázy Názov triedy: Substrát - čo sa odštiepi - hydroláza Substrát - hydroláza Acetylcholín + H 2 O acetát + cholín Systematický názov: Acetylcholín - acyl hydroláza Triviálny názov: Acetylcholínesteráza Kód: EC 3. 1. 1.

4. Lyázy Názov triedy: substrát: čo sa odštiepi – lyáza L-malát H 2 O + fumarát Systematický názov: L-malát: hydro-lyáza Triviálny názov: fumaráza Kód: EF 4. 2. 1.

5. Izomerázy Názov triedy: Substrát – typ izomerizácie – izomeráza Substrát – produkt – izomeráza Kyselina fumarová Kyselina maleínová Systematický názov: Fumarát – cis, trans – izomeráza

6. Ligázy (syntetázy) Názov triedy: substrát: substrát – ligáza (zdroj energie) L-glutamát + NH 4 + + ATP L-glutamín + ADP + Fn Systematický názov: L-glutamát: amoniak – ligáza (ATP → ADP + Fn ) Triviálny názov: glutamínsyntetáza Kód: KF 6. 3. 1.

Prednáška 15. Enzýmy: štruktúra, vlastnosti, funkcie.

Osnova prednášky:

1. Všeobecná charakteristika enzýmov.

2. Štruktúra enzýmov.

3. Mechanizmus enzymatickej katalýzy.

4. Vlastnosti enzýmov.

5. Názvoslovie enzýmov.

6. Klasifikácia enzýmov.

7. izozýmy

8. Kinetika enzymatických reakcií.

9. Jednotky merania enzymatickej aktivity

1. Všeobecná charakteristika enzýmov.

Za normálnych fyziologických podmienok prebiehajú biochemické reakcie v organizme vysokou rýchlosťou, čo zabezpečujú biologické katalyzátory proteínovej povahy - enzýmy.

Študuje ich veda enzymológia - veda o enzýmoch (enzýmoch), špecifických proteínoch - katalyzátoroch syntetizovaných akoukoľvek živou bunkou a aktivujúcich rôzne biochemické reakcie prebiehajúce v tele. Niektoré bunky môžu obsahovať až 1000 rôznych enzýmov.

2. Štruktúra enzýmov.

Enzýmy sú bielkoviny s vysokou molekulovou hmotnosťou. Ako všetky proteíny, aj enzýmy majú primárnu, sekundárnu, terciárnu a kvartérnu úroveň molekulárnej organizácie. Primárna štruktúra je sekvenčná kombinácia aminokyselín a je určená dedičnými vlastnosťami tela; práve ona do značnej miery charakterizuje jednotlivé vlastnosti enzýmov. Sekundárna štruktúra enzýmy sú organizované vo forme alfa helixu. Terciárna štruktúra má formu globule a podieľa sa na tvorbe aktívnych a iných centier. Mnohé enzýmy majú kvartérna štruktúra a predstavujú spojenie niekoľkých podjednotiek, z ktorých každá je charakterizovaná tromi úrovňami organizácie molekúl, ktoré sa navzájom líšia, a to kvalitatívne aj kvantitatívne.

Ak sú enzýmy zastúpené jednoduchými proteínmi, to znamená, že pozostávajú iba z aminokyselín, nazývajú sa jednoduché enzýmy. Medzi jednoduché enzýmy patrí pepsín, amyláza, lipáza (takmer všetky gastrointestinálne enzýmy).

Komplexné enzýmy pozostávajú z proteínových a neproteínových častí. Proteínová časť enzýmu sa nazýva - apoenzým, nebielkovinové – koenzým. Forma koenzýmu a apoenzýmu holoenzým. Koenzým sa môže spojiť s bielkovinovou časťou buď len na dobu trvania reakcie, alebo sa na seba viazať trvalou silnou väzbou (vtedy sa nebielkovinová časť nazýva - protetická skupina). V každom prípade sa neproteínové zložky priamo podieľajú na chemických reakciách interakciou so substrátom. Koenzýmy môžu byť reprezentované:

Nukleozidtrifosfáty.

Minerály (zinok, meď, horčík).

Aktívne formy vitamínov (B 1 je súčasťou enzýmu dekarboxyláza, B 2 je súčasťou dehydrogenázy, B 6 je súčasťou transferázy).

Hlavné funkcie koenzýmov:

Účasť na akte katalýzy.

Vytvorenie kontaktu medzi enzýmom a substrátom.

Stabilizácia apoenzýmu.

Apoenzým zase zosilňuje katalytickú aktivitu neproteínovej časti a určuje špecifickosť pôsobenia enzýmov.

Každý enzým obsahuje niekoľko funkčných centier.

Aktívne centrum- zóna molekuly enzýmu, ktorá špecificky interaguje so substrátom. Aktívne centrum je reprezentované funkčnými skupinami niekoľkých aminokyselinových zvyškov, tu dochádza k pripojeniu a chemickej transformácii substrátu.

Allosterické centrum alebo regulačná - to je zóna enzýmu zodpovedná za pridávanie aktivátorov a inhibítorov. Toto centrum sa podieľa na regulácii aktivity enzýmov.

Tieto centrá sa nachádzajú v rôznych častiach molekuly enzýmu.

Už dávno sa zistilo, že všetky enzýmy sú bielkoviny a majú všetky vlastnosti bielkovín. Preto, podobne ako bielkoviny, aj enzýmy sa delia na jednoduché a zložité.

Jednoduché enzýmy pozostávajú iba z aminokyselín - napr. pepsín , trypsín , lyzozým.

Komplexné enzýmy(holoenzýmy) majú bielkovinovú časť pozostávajúcu z aminokyselín - apoenzým, a nebielkovinovú časť - kofaktor. Príklady komplexných enzýmov sú sukcinátdehydrogenáza(obsahuje FAD), aminotransferázy(obsahujú pyridoxalfosfát), rôzne peroxidázy(obsahuje hem), laktátdehydrogenáza(obsahuje Zn 2+), amylázy(obsahuje Ca2+).

Kofaktor, zase možno nazvať koenzýmom (NAD+, NADP+, FMN, FAD, biotín) alebo prostetickou skupinou (hém, oligosacharidy, ióny kovov Fe2+, Mg2+, Ca2+, Zn2+).

Rozdelenie na koenzýmy a protetické skupiny nie je vždy jasné:
ak je spojenie kofaktora s proteínom silné, potom v tomto prípade hovoria o prítomnosti protetická skupina,
ale ak derivát vitamínu pôsobí ako kofaktor, potom je tzv koenzým bez ohľadu na silu spojenia.

Na uskutočnenie katalýzy je potrebný kompletný komplex apoproteínu a kofaktora, ktoré nemôžu vykonávať katalýzu samostatne. Kofaktor je súčasťou aktívneho centra a podieľa sa na väzbe substrátu alebo na jeho premene.

Ako mnohé bielkoviny, aj enzýmy môžu byť monoméry, t.j. pozostávajú z jednej podjednotky a polyméry, pozostávajúce z niekoľkých podjednotiek.

Štrukturálna a funkčná organizácia enzýmov

Enzým obsahuje oblasti, ktoré vykonávajú rôzne funkcie:

1. Aktívne centrum - kombinácia aminokyselinových zvyškov (zvyčajne 12-16), ktorá zabezpečuje priamu väzbu na molekulu substrátu a vykonáva katalýzu. Aminokyselinové radikály v aktívnom centre môžu byť v akejkoľvek kombinácii, s aminokyselinami umiestnenými v blízkosti, ktoré sú od seba výrazne vzdialené v lineárnom reťazci. V aktívnom centre sú dva regióny:

• Kotva(kontakt, väzba) – zodpovedá za väzbu a orientáciu substrátu v aktívnom centre,
• katalytický– je priamo zodpovedný za realizáciu reakcie.

Schéma štruktúry enzýmu

Enzýmy, ktoré obsahujú niekoľko monomérov, môžu mať niekoľko aktívnych centier podľa počtu podjednotiek. Tiež dve alebo viac podjednotiek môže tvoriť jedno aktívne miesto.

V komplexných enzýmoch sú funkčné skupiny kofaktora nevyhnutne umiestnené v aktívnom centre.

Schéma tvorby komplexného enzýmu

2. Allosterické centrum (allos- cudzie) je centrum pre reguláciu aktivity enzýmu, ktoré je priestorovo oddelené od aktívneho centra a nie je prítomné vo všetkých enzýmoch. Väzba na alosterické centrum akejkoľvek molekuly (nazývaná aktivátor alebo inhibítor, ako aj efektor, modulátor, regulátor) spôsobuje zmenu konfigurácie enzýmového proteínu a v dôsledku toho aj rýchlosť enzymatickej reakcie.

Allosterické enzýmy sú polymérne proteíny; aktívne a regulačné centrá sú umiestnené v rôznych podjednotkách.

Schéma štruktúry alosterického enzýmu

Takýmto regulátorom môže byť produkt tejto alebo jednej z nasledujúcich reakcií, reakčný substrát alebo iná látka (pozri „Regulácia aktivity enzýmov“).

izoenzýmy

Izoenzýmy sú molekulárne formy toho istého enzýmu, ktoré vznikajú v dôsledku malých genetických rozdielov v primárnej štruktúre enzýmu, ale katalyzujú rovnaká reakcia. Izoenzýmy sú rôzne afinita k substrátu, max rýchlosť katalyzovaná reakcia citlivosť na inhibítory a aktivátory, podmienky práce (optimálne pH a teplota).

Spravidla majú izoenzýmy kvartérštruktúra, t.j. pozostávajú z dvoch alebo viacerých podjednotiek. Napríklad dimérny enzým kreatínkináza (CK) je reprezentovaný tromi izoenzýmovými formami zloženými z dvoch typov podjednotiek: M (angl. sval– sval) a B (angl. mozgu- mozog). Kreatínkináza-1 (CK-1) pozostáva z podjednotiek typu B a je lokalizovaná v mozgu, kreatínkináza-2 (CK-2) - každá po jednej M- a B-podjednotke, aktívna v myokarde, kreatínkináza-3 ( CK-3) obsahuje dve M podjednotky, špecifické pre kostrové svalstvo. Stanovenie aktivity rôznych izoenzýmov CK v krvnom sére má.

Existuje tiež päť izoenzýmov laktátdehydrogenáza(úloha LDH) – enzým podieľajúci sa na metabolizme glukózy. Rozdiely medzi nimi spočívajú v rôznom pomere H podjednotiek. Srdce- srdce) a M (angl. sval– sval). Laktátdehydrogenázy typu 1 (H 4) a 2 (H 3 M 1) sú prítomné v tkanivách s aeróbne metabolizmus (myokard, mozog, obličková kôra), majú vysokú afinitu ku kyseline mliečnej (laktátu) a premieňajú ju na pyruvát. LDH-4 (H 1 M 3) a LDH-5 (M 4) sa nachádzajú v tkanivách náchylných na anaeróbne metabolizmus (pečeň, kostrové svalstvo, koža, obličková dreň), majú nízku afinitu k laktátu a katalyzujú premenu pyruvátu na laktát. V tkanivách s medziprodukt typ metabolizmu (slezina, pankreas, nadobličky, lymfatické uzliny) prevažuje LDH-3 (H 2 M 2). Stanovenie aktivity rôznych izoenzýmov LDH v krvnom sére má klinický a diagnostický význam.

Ďalším príkladom izoenzýmov je skupina hexokináza, ktoré pripájajú fosfátovú skupinu k monosacharidom hexózy a zapájajú ich do bunkových metabolických reakcií. Zo štyroch izoenzýmov, hexokináza IV ( glukokináza), ktorý sa líši od iných izoenzýmov svojou vysokou špecifickosťou pre glukózu, nízkou afinitou k nej a necitlivosťou na inhibíciu reakčným produktom.