Encimska kinetika

1
Encimska kinetika

• Obravnava hitrost, s katero se spreminjajo
  reaktanti (substrati S) v produkte (P) S ? P
• Hitrost podaja spremembo koncentracije
  substrata/produkta v casovni enoti (mol/s) V
  -d(S)/dt d(P)/dt
• Hitrost encimske reakcije je merilo za aktivnost
  encima enote za encimsko aktivnost U
  1µmol/min ali katal (SI sistem) 1mol/s
• Specificna aktivnost encimskega pripravka št.
  encimskih enot/mg roteina enote za specificno
  aktivnost µmol/min/mg

A
B

• Masa proteinov (vse kroglice) je vecja v caši A
  kot v caši B
• Št. molekul encima je enako v obeh cašah
  encimska aktivnost enaka v obeh cašah
• Encimska aktivnost, izražena na mg proteinov
  (specificna aktivnost) je vecja v caši A
• kot v caši B

2
Koncentracija substrata vpliva na hitrost
encimske reakcije
S ? P V -d(S)/dt d(P)/dt V0 ?P/?t v casu
t0 Koncentracija substrata se s casom
spreminja ? zacetna hitrost V0 je hitrost v
casu t 0 in je karakteristicna za reakcijo v
pogojih (S) gtgtgt (E)
?P
?t
S4 gt S3 gt S2 gt S1 ? V04 gt V03 gt V02 gt V01
3
Vpliv koncentracije substrata zacetno hitrost
encimske reakcije
V0kS1 1. red reakcije
V0kS0 0. red reakcije
maksimalna hitrost Vmax
Reakcijski pogoji (S) gt gt (E) (S) je konstantna
v casu meritve
Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of
Biochemistry, 2005
Michaelisova konstanta Km
4
Michaelis-Mentenova kinetika

• Leonor Michaelis, Maud Menten 1912
• Kljucnega pomena za encimsko katalizo je nastanek
  kompleksa ES

• predpostavke
• nastanek kompleksa ES je hitra reverzibilna
• stopnja

• razpad kompleksa ES je pocasna reverzibilna
• stopnja ? razpad ES doloca hitrost celotne
  reakcije
• encim se nahaja v obliki kompleksa ES,
• nasicen s substratom ? saturacijska
  kinetika
• 5. koncentracija kompleksa (ES) je konstantna
  
• stanje dinamicnega ravnotežja steady
  state

5
Vpliv koncentracije substrata zacetno hitrost
encimske reakcije

• Opis krivulje V0 V0(S) podaja
  Michaelis-Mentenova enacba

• Predpostavke pri izpeljavi
• V zecetku je koncentracija P zanemarljivo majhna,
  ni reakcije
• P ? S (k-2 0)
• Razgradnja ES doloca hitrost celotne reakcije V0
  k2ES
• Težko je izmeriti ES (V0 V0(ES)), zato
  dolocimo Km in Vmax ,
• s katerima okarakteriziramo encimsko aktivnost

6
nadaljevanje
hitrost nastanka ES
hitrost razpada ES
hitrost nastanka ES hitrost razpada ES
Michaelisova konstanta Km
Km k2 k-1/k1
7
Vmax k2Et
Michaelis-Mentenova enacba
8
Vpliv koncentracije substrata zacetno hitrost
graficna dolocitev konstant Km in Vmax
pri S ltlt Km
pri S gt gt Km
9
Transformacija Michaelisove enacbe v dvojno
reciprocno enacbo (Lineweaver-Burk-ova /LB/
transformacija)
MM enacba
LB enacba
MM diagram V0 vs. S
LB dvojni reciprocni diagram 1/V0
vs.1/S uporaben za dolocitev Vmax in Km
10
Vrednosti Km nekaterih encimov in substratov
Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of
Biochemistry, 2005
11
Pomen encimske aktivnosti v fiziologiji primer
obcutljivost Azijcev na alkohol

• Japonci in Kitajci dosežejo isti ucinek alkohola
  (vazodilatacija, pospešen ritem srca...) že pri
  nižji koncentraciji zaužitega alkohola kot
  Evropejci
• Reakcije razgradnje alkohola
• CH3CH2OH NAD ? CH3CHO H NADH
  encim alkoholna
• 
  
  hehidrogenaza
• CH3CHO NAD ? CH3COOH H NADH encim
  aldehidna
• 
  
  dehidrogenaza
• Azijci nimajo izoencimske oblike encima aldehidne
  dehidrogenaze
• z nizko Km posledica aldehid v krvi
  dolgo kroži po tekesu
• Izoemcimi katalizirajo isto reakcijo (isti
  substrat), razlicne pa so molekulske lastnosti
  encimov razlicna molekulska masa (Mr), razlicna
  encimska aktivnost (V0), razlicna MM konstanta
  (Km),

12
Izražanje in primerjava kataliticne ucinkovitosti
razlicnih encimov

• Km
• kkat
• kkat/Km

13
Izražanje in primerjava kataliticne ucinkovitosti
razlicnih encimov, Km

• Vmax , Km eksperimentalno dolocimo
• Km odraža fiziološke razmere - za mnoge encime
  velja Km S
• Km je merilo za afiniteto E do s samo, ce je

Kd

Ce je
Km, Michaelisova konstanta Kd, disociacijska
konstanta kompleksa ES
14
Izražanje in primerjava kataliticne ucinkovitosti
razlicnih encimov, kkat
Sprostitev produktov
je pogosto najpocasnejša stopnja doloca hitrost
celotne reakcije
Vmax k3?Et
Vmax maksimalna hitrost k3 hitrostna
konstanta ?Et celokupna konc. encima

• kkat k3
• kkat - pretvorbeno število št. molekul
  substrata, ki se pretvori v produkt na eni
  molekuli encima v enoti casa (encim je nasicen s
  substratom)

15
Kineticna ucinkovitost encimov pretvorbeno
število (turnover number), kkat
Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of
Biochemistry, 2005
Slabost izražanje encimske ucinkovitosti s Km
ali kkat - ni upoštevana neencimska reakcija, ni
informacije za koliko encim pospeši reakcijo
16
Izražanje in primerjava kataliticne ucinkovitosti
razlicnih encimov kkat/Km
Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of
Biochemistry, 2005
Najboljši nacin za izražanje encimske aktivnosti
- kkat/Km V0 kkat/Km?Et?S
17
Na encimsko aktivnost vplivajo zunanji pogoji

• Vmax , Km eksperimentalno dolocimo
• Vmax , Km karakteristicni za encim
• Vmax , Km spreminjata se z zunanjimi pogoji
• - ionska moc
• - pH
• - temperatura

Vpliv pH na encimsko aktivnost (V0)
Vpliv T na encimsko aktivnost (V0)
V0
glukoza-6-fosfataza
pepsin
18
Encimsko katalizirane bisubstratne reakcije -
mehanizem
Encimske reakcije, ki vkljucujejo ternarni
kompleks
Encimske reakcije, pri katerih ne nastaja
ternarni kompleks (ping-pong mehanizem)
Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of
Biochemistry, 2005
19
Primer bisubstrante reakcije Prenos NH2 skupine
z enega na drug substrat encimi amino
transferaze
1
Povišana koncentracija transaminaz (glutamat/oksal
oacetat transaminaza (GOT) in glutamat/piruvat tra
nsaminaza (GPT)) v serumu kaže na - poškodbo
srca (srcni infarkt/ poškodovano tkivo) -
okvara jeter (zastrupitev z industrijskimi
topili, infekcija
Koencim piridoksal-fosfat
H2N- O ? H2N-
O
ak, aminokislina kk, ketokislina
ak1 kk2 ? ak2 kk1
20
Kako ugotoviti mehanizem bisubstratnih reakcij?
Kineticna analiza bisubstratnih reakcij
Dvojni reciprocni diagram
potek reakcije preko ternarnega komleksa
ping-pong mehanizem
Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of
Biochemistry, 2005