Enzymy

1
Enzymy

• Vladimíra Kvasnicová

2
Enzym je biokatalyzátor
reakce
Obrázek prevzat z http//fig.cox.miami.edu/cmalle
ry/255/255enz/enzymology.htm (prosinec 2006)
3
Obrázek prevzat z http//stallion.abac.peachnet.e
du/sm/kmccrae/BIOL2050/Ch1-13/JpegArt1-13/05jpeg/0
5_jpeg_HTML/index.htm (prosinec 2006)
4
Obrázek prevzat z http//fig.cox.miami.edu/cmall
ery/255/255enz/enzymology.htm (prosinec 2006)
5
Obrázek prevzat z ucebnice Devlin, T. M.
(editor) Textbook of Biochemistry with Clinical
Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York,
1997. ISBN 0-471-15451-2
6
Enzymy

• snižují aktivacní energii reakce (EA)
• zkracují cas dosažení rovnovážných koncentrací
• se nespotrebovávají, z reakce vycházejí nezmeneny
• umožnují uskutecnení reakce pri T, p a pH
  lidského tela
• jsou specifické
• mohou být regulovány
• nemení ?G dané reakce
• nemení rovnovážné koncentrace
• samostudium

7
Struktura a vlastnosti
- vetšina enzymu jsou proteiny
Obrázek prevzat z http//fig.cox.miami.edu/cmalle
ry/255/255enz/enzymology.htm (prosinec 2006)
8
Obrázek prevzat z http//fig.cox.miami.edu/cmalle
ry/255/255enz/enzymology.htm (prosinec 2006)
9
Obrázek prevzat z http//stallion.abac.peachnet.ed
u/sm/kmccrae/BIOL2050/Ch1-13/JpegArt1-13/05jpeg/05
_jpeg_HTML/index.htm (prosinec 2006)
10
Každý enzym má
teplotní optimum pH
optimum urcitou afinitu k substrátu
Obrázek prevzat z http//stallion.abac.peachnet.ed
u/sm/kmccrae/BIOL2050/Ch1-13/JpegArt1-13/05jpeg/05
_jpeg_HTML/index.htm (prosinec 2006)
11
Obrázek prevzat z http//www.carleton.ca/biology/2
200/schedule.html (prosinec 2006)
12
Nekteré enzymy jsou produkovány ve forme
prekurzoru( PROENZYMY nebo ZYMOGENY)
Obrázek prevzat z http//wine1.sb.fsu.edu/bch405
3/Lecture26/zymogen.jpg (prosinec 2006)
13
nebo musí být nejprve aktivovány (napr.
fosforylací)
Obrázek prevzat z http//fig.cox.miami.edu/cmalle
ry/150/memb/c11x11enzyme-cascade.jpg (prosinec
2006)
14
Izoenzymy (izozymy) jsou enzymy, které katalyzují
stejnou reakci, ale liší se strukturou a
fyzikálne-chemickými vlastnostmi.

• Izoenzymy
• jsou kódovány ruznými geny ( pravé izoenzymy)
• nebo vznikají ruznou posttranslacní modifikací
  ( izoformy)
  
  
  
  
  
  
• se nachází v ruzných kompartmentech bunky
• se nachází v ruzných tkáních organismu
• mohou být oligomery ruzných podjednotek

15
pr. 5 izozymu (ruzný pomer jednotlivých monomeru)
Obrázek prevzat z http//wine1.sb.fsu.edu/bch4053/
Lecture26/isozymes.jpg (prosinec 2006)
16
multienzymové komplexy
samostatné enzymy mtb dráhy
Figure 17.6 z Garrett, R.H. Grisham, C.M.
Biochemistry Saunders Orlando,1995 str. 553,
nalezený na http//www.uwsp.edu/chemistry/tzamis/e
nzyme_complex.html (prosinec 2006)
17
pr. multienzymový komplex dehydrogenázy
2-oxokyselin
Obrázek prevzat z http//faculty.uca.edu/johnc/pd
hrxns.gif (prosinec 2006)
18
pr. multienzymový komplex dehydrogenázy
2-oxokyselin
Obrázek prevzat z http//faculty.uca.edu/johnc/pd
hrxns.gif (prosinec 2006)
19
Alosterický enzym a) monomerní, b) oligomerní
Obrázek prevzat z ucebnice Devlin, T. M.
(editor) Textbook of Biochemistry with Clinical
Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York,
1997. ISBN 0-471-15451-2
20
Alosterický enzym v T a R konformaci modulátory
ovlivnují rovnováhu reakce
aktivátory a substráty mají vyšší afinitu k
R-konformaci
inhibitorymají vyšší afinitu kT-konformaci
Obrázek prevzat z ucebnice Devlin, T. M.
(editor) Textbook of Biochemistry with Clinical
Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York,
1997. ISBN 0-471-15451-2
21
Enzymy v medicíne

• stanovení aktivity enzymu v krvi
• enzymové analytické metody
• enzymoterapie

22
Stanovení aktivity enzymuz diagnostických duvodu

• nejcasteji je vyšetrována krev (sérum, plazma)
• ? zjištení prítomnosti a závažnosti tkánového
  poškození
• jednotky ?kat/L ( katalytická koncentrace
  enzymu)
• kat katal
• 1 katal 1 mol substrátu premenený enzymem za 1
  sec.
• 1 ?kat 10-6 kat

23

• Enzymy nacházející se v plazme
• a) enzymy specifické pro plazmu (pr. srážecí
  faktory)
• b) sekrecní enzymy (pr. amyláza, lipáza)
• c) bunecné enzymy
• Duležité je znát
• 1) intracelulární lokalizaci enzymu
• 2) distribuci enzymu v orgánech a tkáních
• 3) zdroj enzymu nacházejících se v plazme
• 4) cesty eliminace enzymu z krve

24
srdecní enzymy
Obrázek prevzat z ucebnice Devlin, T. M.
(editor) Textbook of Biochemistry with Clinical
Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York,
1997. ISBN 0-471-15451-2
25
ENZYMY
Žádanka na biochemické vyšetrení
http//spch.cz/kliniky/kbi/laboratorni_prirucka/za
danka_biochemie.pdf (prosinec 2006)
26
Názvosloví enzymu

• -áza nebo -asa / -in
• IUMB nomenklatura enzymu
• doporucené názvy

27
IUMB nomenklatura enzymu

• EC nomenklatura
• každý enzym má své EC císlo(Enzyme Commission
  of IUBMB) 6 tríd enzymu
• EC 1.x.x.x oxidoreduktázy
• EC 2.x.x.x transferázy
• EC 3.x.x.x hydrolázy
• EC 4.x.x.x lyázy
• EC 5.x.x.x izomerázy
• EC 6.x.x.x ligázy (syntetázy)
• ? vychází z typu enzymem katalyzované reakce

28

• systematické názvy
• tvorí se podle specifických pravidel,
  specifikují reakci katalyzovanou enzymem
• príklad
• ATP D-glukóza fosfotransferáza (EC
  2.7.1.2)
• ? prenáší (2) fosfát (7) na alkoholovou sk. (1)
• ATP D-Glc ? ADP D-Glc-6-fosfát
• (Glc-6-P)

29

• doporucené názvy ( akceptované)
• jednodušší než systematické, bežne se používají
• velmi duležité!
• príklad
• EC 2.7.1.2. glukokináza (viz výše)

30

• staré triviální názvy
• bez vztahu ke katalyzované reakci
• koncovka -in (pepsin, trypsin)
• používají se pro enzymy objevené již dávno
  (dlouho používané názvy)
• zkratky enzymu
• bežné v medicíne
• pr. LD, ALT, ALP

31

• Vetšina názvu enzymu obsahuje koncovku
• -áza
• a) název substrátu -áza (pr. amyláza)
• b) typ reakce -áza (pr. dehydrogenáza)
• skupinový doporucený název, nejde o název
  konkrétního enzymu

32

• IUBMB Enzyme Nomenclature
• EC 2.7.1.1
• Accepted name hexokinase
• Reaction ATP D-hexose ADP D-hexose
  6-phosphate
• Other name(s) hexokinase type IV glucokinase
  hexokinase D hexokinase type IV hexokinase
  (phosphorylating) ATP-dependent hexokinase
  glucose ATP phosphotransferase
• Systematic name ATPD-hexose 6-phosphotransferase
  
• Comments D-Glucose, D-mannose, D-fructose,
  sorbitol and D-glucosamine can act as acceptors
  ITP and dATP can act as donors. The liver
  isoenzyme has sometimes been called glucokinase.

Príklad odkazu z databáze enzymu
http//www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/EC2/7/1/2.
html
33
Doporucené (triviální) názvy enzymu(používají se
v biochemii)

• 1) oxidoreduktázy Aox Bred ? Ared Box
• dehydrogenáza (H- or H)
• reductáza
• oxidáza
• peroxidáza (ruzné peroxidy)
• oxygenáza (O2)
• hydroxyláza ( monoxygenáza -OH)
• desaturáza (-CH2?CH2- ? -CH?CH-)

34

• 2) transferázy A-x B ? A B-x
• skupinatransferáza (pr. aminotransferáza)
• kináza ( fosfotransferáza)
• fosforyláza
• transketoláza
• transaldoláza

35

• 3) hydrolázy A-B H2O ? A-H B-OH
• esteráza (R1-CO-O-R2)
• fosfatáza (fosfát-O-R) ? Pi !!!
• fosfodiesteráza
• 
  (R1-O-fosfát-O-R2)
• nukleáza, peptidáza, glycosidáza, lipáza

36

• 4) lyázy A-x ? B x
• dekarboxyláza (? CO2)
• dehydratáza (? H2O)
• hydratáza
• (-CH?CH- H2O ? -CH(OH)?CH2-)
• syntáza

37

• 5) izomerázy A ? izo-A
• epimeráza (monosacharid ? jeho epimer)
• mutáza (zmena polohy fosfátové skupiny v
  molekule)

38

• 6) ligázy A B ATP ? A-B ADP Pi
• syntetáza
• karboxyláza

39
ENZYMY
Žádanka na biochemické vyšetrení
http//spch.cz/kliniky/kbi/laboratorni_prirucka/za
danka_biochemie.pdf (prosinec 2006)
40
Doplnte trídu, do níž každý z enzymu patrí

• AST aspartátaminotransferáza
• ALT alaninaminotransferáza
• GMT gamaglutamyltranspeptidáza
• ALP alkalická fosfatáza
• ACP kyselá fosfatáza
• AMS ?-amyláza
• LPS lipáza
• CK kreatinkináza
• CHE cholinesteráza
• LD laktátdehydrogenáza

41
Kofaktory enzymu

• oxidoreduktázy
• NAD nikotinamidadenindinukleotid
• NADP nikotinamidadenindinukleotid fosfát
• (prekurzor niacin kyselina nikotinová) H-
• FAD flavinadenindinukleotid
• FMN flavinmononukleotid
• (prekurzor riboflavin vitamin B2) 2 H
• hem Fe3 e- ? Fe2 ? e-

42

• transferázy
• ATP adenosinetrifosfát / fosfát
• GTP guanosintrifosfát / fosfát
• TDP thiamindifosfát / C-fragment
• (prekurzor thiamin vitamin B1)
• PALP pyridoxalfosfát / -NH2
• (prekurzor pyridoxin vitamin B6)
• THF tetrahydrofolate / C1-fragment
• (prekurzor kyselina listová)
• CoA koenzym A (HS-Co-A) / acyl
• PAPS fosfoadenosinfosfosulfát / sulfát

43
3-fosfoadenosin-5-fosfosulfát (PAPS) prenáší
sulfát do substrátu pri konjugacních reakcích
(sulfatace)
Obrázek je prevzat z http//web.indstate.edu/thcme
/mwking/amino-acid-metabolism.html (leden 2007)
44
Koenzym A CoA-SH
Obrázky prevzaty z http//lxyang.myweb.uga.edu/bcm
b8010/pic/NAD.gif a http//oregonstate.edu/instru
ct/bb450/stryer/ch14/Slide26.jpg (leden 2008)
45
Deriváty tetrahydrofolátu
Obrázek prevzat z http//www.dentistry.leeds.ac.uk
/biochem/postgrad/thftypes.gif (leden 2008)
46

• lyázy
• PALP pyridoxalfosfát (dekarboxylázy)
• ligázy
• ATP adenosintrifosfát
• ? acyl-CoA-syntetázy
• ? aminoacyl-tRNA-syntetázy
• biotin vitamin H (karboxylázy)

47
Enzymová kinetika

• activita, jednotky
• 1 katal 1 mol substrátu premenený enzymem za 1
  sec.
• 1 IU 1 µmol substrátu premenený enzymem za 1
  min.
• 1 katal 1 mol / 1 sec.
• 106 µmol / 1 sec.
• 60 x 106 µmol / 1 min ( 60 sec.)
• 1 katal 6 x 107 IU

48
Aktivita se vztahuje na konstantní koncentraci
enzymu E konstantní
Obrázek prevzat z http//www.steve.gb.com/science
/enzymes.html (prosinec 2006)
49
! DULEŽITÉ !
Obrázek prevzat z http//fig.cox.miami.edu/cmall
ery/255/255enz/gk3x15.gif (prosinec 2006)
50
Kinetika Michaelis-Mentenové

• prubeh krivky (hyperboly) muže být popsán
  rovnicí

Obrázek prevzat z http//www.steve.gb.com/science/
enzymes.html (prosinec 2006)
51
Km popisuje afinitu enzymu k danému substrátu!
neprímá úmernost!
Obrázek prevzat z http//fig.cox.miami.edu/cmalle
ry/255/255enz/gk3x15.gif (prosinec 2006)
52
linearizace hyperboly (reciproké hodnoty)
y k x q
Obrázek prevzat z http//www.steve.gb.com/science/
enzymes.html (prosinec 2006)
53
Obrázek prevzat z http//fig.cox.miami.edu/cmalle
ry/255/255enz/gk3x15.gif (prosinec 2006)
54
Inhibice enzymu
Obrázek prevzat z http//stallion.abac.peachnet.ed
u/sm/kmccrae/BIOL2050/Ch1-13/JpegArt1-13/05jpeg/05
_jpeg_HTML/index.htm (prosinec 2006)
55
1) Kompetitivní inhibice

• inhibitor je strukturne podobný substrátu
• váže se do aktivního centra, ale není enzymem
  premenován
• zvyšuje Km (? afinity enzymu k substrátu)
• zvýšením koncentrace substrátu lze inhibici
  potlacit
• inhibice je vratná

Obrázek prevzat z http//www.steve.gb.com/science/
enzymes.html (prosinec 2006)
56
2) Nekompetitivní inhibice

• inhibitor se váže na jiné místo enzymu než
  substrát
• inhibici nelze potlacit zvýšením koncentrace
  substrátu(nemení se Km)
• Vmax klesá (protože došlo ke snížení aktuální
  koncentrace aktivního enzymu)
• vratná pouze pokud se inhibitor neváže na enzym
  kovalentne

Obrázek prevzat z http//www.steve.gb.com/science/
enzymes.html (prosinec 2006)
57
Shrnutí inhibice enzymu
Obrázek prevzat z http//users.rcn.com/jkimball.ma
.ultranet/BiologyPages/E/EnzymeKinetics.html
(prosinec 2006)
58
Nekteré enzymy mohou být také inhiboványnadbytkem
substrátu
Obrázek prevzat z http//www-biol.paisley.ac.uk/Ki
netics/chapter_3/chapter3_6_1.html (prosinec 2006)
59
Inhibice léky a jedy

• a) vratná (reverzibilní)
• nebo
• b) nevratná (ireverzibilní)
• ? inhibitor se váže na enzym kovalentne (pevne)

60
Inhibice jako regulace metabolických drah

• inhibice produktem nebo meziproduktem
• a) inhibice zpetnou vazbou (feedback regulace)
• b) zkrížená regulace
• c) regulace krokem vpred (feedforward regulace)
• inhibice
• d) reverzibilní kovalentní modifikací
• (pr. fosforylace / defosforylace enzymu)

61

• Reverzibilní kovalentní modifikace
• A)
• fosforylace proteinkinázou
• defosforylace proteinfosfatázou
• B)
• fosforylovaný enzym je bud aktivní nebo
  inaktivní (ruzné enzymy jsou
  ovlivnovány ruzne)

Obrázek prevzat z http//stallion.abac.peachnet.e
du/sm/kmccrae/BIOL2050/Ch1-13/JpegArt1-13/05jpeg/0
5_jpeg_HTML/index.htm (prosinec 2006)
62

• Inhibice enzymu využívaná pri regulacích je bud
• kompetitivní
• (Km se zvyšuje nad koncentraci substrátu,
  který je v bunce k dispozici)
• nebo
• alosterická
• (dochází ke konformacní zmene ovlivnující
  aktivní centrum enzymu)

63

• Alosterická
• regulace
• aktivátor jepozitivním modulátorem
• inhibitor jenegativním modulátorem

! Krivka alosterických enzymu je sigmoidální, ne
hyperbolická !
Obrázek prevzat z http//www-biol.paisley.ac.uk/Ki
netics/Chapter_5/chapter5_2_2.html (prosinec 2006)
64
SOUHRN

• Regulace aktivity enzymu
• dostupnost substrátu a jeho koncentrace
• indukce syntézy regulacního enzymu
• aktivace prekurzoru enzymu
• kovalentní modifikace enzymu
• kompetitivní inhibice
• alosterická regulace