ENZYMY

1
HISTORIE ENZYMOLOGIE
1. Berzelius (18.stol.) v rostlinách i
živociších probíhají tisíce katalyzovaných reakcí
FERMENTY fermentace (Fabrony) 2. W.Kühne en
zýme v kvasnicích enzymy 3. J. Sumner (1926)
prokázána bílkovinná povaha enzymu
2
HISTORIE
Katalytický úcinek enzymu a) teorie
komplementarity E. Fischer (1894) predstava o
vzniku komplexu enzym-substrát b) V.Henri (1902)
predstava o vzniku meziproduktu
enzym-substrát Michaelis a Mentenová kinetika
jednosubstrátových reakcí (1913)
3
HISTORIE

• 1814 první enzym AMYLASA ze sladu
• SLINNÁ AMYLASA
• 1830 1840 žaludecní proteasa PEPSIN
• - dnes známo cca 3000 ruzných enzymu

4
ENZYMY
základ existence života
5
CHARAKTERISTIKA
1. Enzymy ve všech živých systémech. 2.
Nejjednodušší bunky obsahují pres 3000
enzymu. 3. Jeví druhovou specifitu. 4. Veškerá
existence života založena na existenci
enzymu. 5. Aktivita enzymu pružne regulovatelná
dle menících se potreb organismu.
6
ENZYMY predcí umelé katalyzátory
1. Jsou úcinnejší 1 molekula enzymu je
schopna premenit až 5.10 na 4 molekul substrátu
což je spojeno se znacnou reakcní rychlostí
(vyšší o nekolik rádu než u umelých
katalyzátoru). 2. Vykazují znacnou specifitu
jak co do typu katalyzované reakce, tak co do
substrátu struktury premenovaných
7
ENZYMY predcí umelé katalyzátory
3. Pracují za mírných podmínek teplota
20-40C, tlak 0,1 MPa, pH vetšina kolem 7.
4. Jejich úcinek lze snadno regulovat, dokonce na
nekolika úrovních. 5. Jsou netoxické, na
rozdíl od umele vyrobených enzymu.
8
Jak za tyto prednosti platí živá príroda?
- složité struktury enzymu jsou citlivé k rade
vlivu - enzymy podléhají pomerne rychlému
opotrebení - podle potreb regulace jsou stále
odbourávány a znovu syntetizovány
9
AKTIVACNÍ ENERGIE katalyzátory reakcí
10
KLASIFIKACE A NÁZVOSLOVÍ ENZYMU
Enzymová komise Mezinárodní unie biochemnie
(IUBMB- 1961) vedle triviálních názvu (pepsin,
trypsin, kathepsin,..) i systémové názvosloví (EC
klasifikace) - hlavním hlediskem je TYP
KATALYZOVANÉ REAKCE delení do 6 tríd
11
TRÍDY ENZYMU
1. OXIDOREDUKTÁZY - katalyzují intramolekulární
a oxidacne-redukcní reakce, mají povahu složených
bílkovin - oxidacne-redukcní deje se realizují
bud prenosem atomu VODÍKU - dehydrogenázy
nebo ELEKTRONU - transelektronázy
12
TRÍDY ENZYMU

• 2. TRANSFERÁZY
• realizují prenos skupin CH3, - NH2, ...
• v aktivované forme z jejich donoru na akceptor
• mají povahu složených bílkovin
• delí se na podtrídy dle charakteru prenášených
  skupin

13
TRÍDY ENZYMU

• 3. HYDROLÁZY
• hydrolyticky štepí vazby, které vznikly
  kondenzací
• napríklad PROTEASY štepí peptidickou vazbu v
  molekule proteinu a peptidu
• 4. LYASY
• - katalyzují nehydrolytické štepení a vznik
  vazeb C-C, C-O, C-N

14
TRÍDY ENZYMU

• 5. ISOMERAZY
• realizují vnitromolekulární presuny atomu a
  jejich skupin vzájemné premeny isomeru
• - nejméne pocetná trída
• typ jednoduchých bílkovin
• delení na podtrídy podle typu isomerie

15
TRÍDY ENZYMU

• 6. LIGASY ( triviální názen SYNTHETASY)
• katalyzují vznik energeticky nárocných vazeb za
  soucasného rozkladu ATP
• málo pocetná trída uplatnuje se pri
  biosyntézách
• povaha složených bílkovin
• delení podle vytvárených vazeb

16
(No Transcript)
17
VYJÁDRENÍ KATALYTICKÉ ÚCINNOSTI ENZYMU
1972 definována nová jednotka KATAL 1 kat
predstavuje množství katalyzátoru, který premení
za standardních podmínek za 1 sekundu 1 mol
substrátu - v praxi se používají zlomky této
jednotky mikrokatal, nanokatal
18
STRUKTURA MOLEKUL ENZYMU
enzymy 1.globulární bílkoviny
2.kofaktor KOFAKTORY nízkomolekulární
struktury, které vetšinou obsahují heterocyklus
Funkce prenos atomu, skupin atomu a elektronu
pri biochemických reakcích, které enzymy
katalyzují.
19
VAZBA KOFAKTORU A ENZYMU
1. Je-li kofaktor vázán pevnou vazbou
(kovalentní) stabilní soucást molekuly
tvorí prostetickou skupinu (pr. hem u
transelektronáz cytochromu) 2. Je-li kofaktor
vázán slabou vazbou tvorí tzv. koenzym
20
PREHLED KOFAKTORUklasifikace dle jejich funkcí
1. PYRIDINOVÉ (NIKOTINAMIDOVÉ) - nejdéle známé
(1906) NAD , NADP - soucástí
jejich molekul je niacin vit. B - známo cca
250 enzymu s temito kofaktory, jsou povahy
transhydrogenas odnímají substrátum dvojici
atomu vodíku
21
(No Transcript)
22
PREHLED KOFAKTORU

• 2. FLAVINOVÉ (ŽLUTÉ)
• struktura 1933
• FAD, FMN
• - soucástí jejich struktury je riboflavin vit
  B2
• úcastní se redoxních reakcí
• oxidací jsou substrátem odebírány 2H za vzniku
  vazby, v této forme jsou žluté
• pri redukci jsou 2H prijímány a vytvárí se
  bezbarvá leuko forma kofaktoru FADH2,
  FMNH2

23
(No Transcript)
24
PREHLED KOFAKTORU

• 3. alfa LIPOÁT
• objeven 1950 jako rustový faktor urcitých
  mikroorganismu
• je soucástí nekterých transhydrogenás
• reakce za úcasti tohoto kofaktoru jsou soucástí
  komplexního deje OXIDACNÍ DEKARBOXYLACE
  alfa-OXOKYSELIN

25
PREHLED KOFAKTORU

• 4. UBICHINONY
• - fungují v organismu jako casté akceptory atomu
  vodíku
• patrí mezi ne napr. koenzym Q (Co-Q)
• jsou soucástí mitochondriálních dýchacích retezcu
• dalším príkladem je plastochinon úcastní se
  svetelné fáze fotosyntézy

26
PREHLED KOFAKTORU

• 5. ATP adenosintrifosfát
• kofaktor má nukleotidovou strukturu
• triviálním názvem se oznacují jako KINASY
• prenášejí za odštepení ADP fosforylovou skupinu

27
(No Transcript)
28
(No Transcript)
29
LOKALIZACE ENZYMU

• Dle místa pusobení
• 1. INTRACELULÁRNÍ
• jsou a zustávají uvnitr bunky, ve které vznikly
• mohou být vázány v ruzných biologických
  strukturách
• mnohé z nich jsou pouze v nekterých orgánech
  (popr. organelách)
• 2. EXTRACELULÁRNÍ
• - jsou bunkami, které je vytvorily vylucovány
• - nacházejí se ve tkánových kapalinách
  (žaludecní štáva, krev, mozkomíšní mok,)

30
FORMY ENZYMU

• - nekteré enzymy jsou syntetizovány v inaktivním
  stavu PROENZYMY
• - jsou dopraveny z místa vzniku do místa
  pusobení a jejich aktivaci umožní jiná látka
• (lipásy alkalické prostredí
  duodena)
• ISOENZYMY ruzné formy urcitého enzymu, který se
  postupne nahrazuje behem vývoje organismu
• (chymosin pepsin)

31
ENZYMATICKÉ REAKCE

• reakce enzymu se odehrávají v malé oblasti
  molekuly enzymu 1. AKTIVNÍ CENTRUM
• do tohoto místa se váží substráty
• na výstavbe katalytického centra se úcastní
  nekolik skupin
• a) katalytické aktivní skupiny tvorí
  katalytické centrum
• b) skupiny, jejichž úkolem je specificky vázat
  substrát vazebné centrum

32
ENZYMATICKÉ REAKCE

• c) další skupiny, které tvorí vhodné chemické
  prostredí v centru a vhodnou prostorovou
  strukturu
• Vedle aktivního centra jsou v molekule enzymu
  další významné oblasti pro funkci techto
  biokatalyzátoru tyto oblasti
• 2. AKTIVACNÍ MÍSTA

33
PRUBEH ENZYMATICKÉ REAKCE

• - v oblasti aktivního centra jsou reakce
  ASYMETRICKÉ tzn., že pripojování struktury se
  blíží k molekule substrátu z jednoho smeru a
  odštepované cásti odcházejí z komplexu
  enzym-substrát v druhém smeru

34
MECHANISMUS ÚCINKU ENZYMU

• Názory na mechanismus úcinku enzymu vychází ze
  dvou predstav
• 1. Predstava teorie komplementarity (též
  systém zámek a klíc)
• - formuloval E. Fischer 1894 do aktivního
  centra zapadne pouze substrát o vhodné velikosti
  a tvaru molekuly

35
(No Transcript)
36
MECHANISMUS ÚCINKU ENZYMU

• 2.Teorie Michaelise a Mentenové ( poc. 20.
  století)
• základem je predpoklad, že molekuly enzymu vážou
  substrát za tvorby meziproduktu
• existence meziproduktu se stala výchozím bodem
  pro objasnení mechanismu pusobení enzymu

37
(No Transcript)
38
(No Transcript)
39
KINETIKA ENZYMATICKÝCH REAKCÍ

• Vysvetlení kinetiky enzymatických reakcí
• 1. Schéma prubehu enzymatické reakce
• 2. Saturacní krivka krivka závislosti
  rychlosti enzymatické reakce na koncentraci
  substrátu

40
(No Transcript)
41
SATURACNÍ KRIVKA
42
MICHAELISOVA KONSTANTA

• Michaelisova konstanta - KM
• - nezávisí na koncentraci enzymu
• - závisí na prostredí (pH, teplota,...)
• - hodnoty konstanty mají široké rozmezí pro
  vetšinu enzymu 10-1 až 10-6 mol/l
• - cím je hodnota KM nižší, tím je afinita enzymu
  k danému substrátu vyšší

43
VÝZNAM KM

• - umožnuje odhadnout koncentraci substrátu
  nutnou pro dosažení limitní rychlosti reakce
• - umožnuje vypocítat pocátecní rychlost
  enzymatické reakce pro danou koncentraci substrátu

44
VLIV REAKCNÍCH PODMÍNEK NA ÚCINNOST ENZYMU

• 1. Koncentrace substrátu
• - rychlost reakce vrustá s koncentrací
  substrátu tak dlouho, dokud se neobsadí všechna
  aktivní centra enzymu
• 2. Množství enzymu
• - rychlost reakce se zvyšuje prímo úmerne s
  množstvím enzymu

45
VLIV REAKCNÍCH PODMÍNEK NA ÚCINNOST ENZYMU

• 3. pH prostredí
• optimální oblast pH (pH 5-7), kde je jejich
  úcinnost nejvyšší
• pH optimum úzké pepsin pH 1-2
• pH optimum široké chymotrypsin pH 8-11
• 4. teplota prostredí
• - rychlost reakce roste se vzrustající
  teplotou, pri teplote 45-50C se rychlost
  zastavuje a zacíná klesat

46
OVLIVNENÍ ÚCINNOSTI ENZYMU

• - enzymatické reakce ovlivnují EFEKTORY
  (modifikátory)
• pozitivní efektory AKTIVÁTORY
• - látky, které se vážou na molekulu enzymu
  vratne (napr. ionty kovu)
• látky snižující aktivitu enzymu - INHIBITORY
  brzdí enzymatické reakce
• ( ionty anorganických látek,
  nízkomolekulární látky, antibiotika,
  kolchicin,...)

47
OVLIVNENÍ ÚCINNOSTI ENZYMU

• Inhibitory vyvolávají bud zmenu struktury
  molekuly enzymu nebo konkurují v pusobení na
  aktivní centrum substrátu

48
INHIBITORY

• Inhibitory delíme z hlediska mechanismu
  pusobení
• a) kompetitivní inhibitory inhibitor se váže
  na aktivní centrum enzymu a zabranuje tak
  substrátu vytvorit komplex enzym-substrát
• b) nekompetitivní inhibitory - inhibitor pevne
  blokuje reaktivní skupiny aktivního centra enzymu
  (napr. SH, -OH)
• - tento úcinek mají napríklad ionty težkých
  kovu (Hg, Pb, Cu tzv. katalytické jedy)

49
PROTEOLYTICKÉ ENZYMY - PROTEÁZY

• - nejvíce prostudované enzymy
• - katalyzují hydrolýzu bílkovin, peptidu, amidu
  esteru a aminokyselin
• - delení 4 skupiny dle mechanismu úcinku

50
SKUPINY PROTEÁZ

• SERINOVÉ PROTEÁZY (též OH proteázy nebo
  trávicí enzymy)
• - zásadité pH
• - trypsin, chymotripsin,
• - elastáza, trombin,
• - mikrobní proteázy

51
SKUPINY PROTEÁZ

• 2. CYSTEINOVÉ PROTEÁZY (thiolové proteázy)
• - jako katalytickou skupinu používají thiolovou
  skupinu zbytku cysteinu
• - neutrální pH
• a) rostlinné papain, ficin, bromelain
• b) živocišné cathepsin B
• c) mikrobní streptokoková proteáza

52
SKUPINY PROTEÁZ
3. ASPARTÁTOVÉ PROTEÁZY - kyselé pH ( dva
karboxyly jeden donorem, druhý akceptorem) -
pepsin, chymosin, plísnové proteázy 4.
METHALOPROTEÁZY - typická tvorba komplexu s
kovem - karboxypeptidáza A - lucinaminopeptidáza
(Zn)
53
(No Transcript)
54
(No Transcript)