Enzymy - właściwości, kinetyka
i mechanizm działania.
Koenzymy
Zakład Chemii Ogólnej
Katedra Chemii i Biochemii Klinicznej
Akademia Medyczna im. K. Marcinkowskiego
60-780 Poznań, ul. Grunwaldzka 6
Enzymy - właściwości, kinetyka
i mechanizm działania.
Koenzymy
Zakład Chemii Ogólnej
Katedra Chemii i Biochemii Klinicznej
Akademia Medyczna im. K. Marcinkowskiego
60-780 Poznań, ul. Grunwaldzka 6
Enzymy
ENZYMY
Klasyfikacja, właściwości, kinetyka
1. Budowa enzymów. Nomenklatura.
2. Klasyfikacja enzymów. Izoenzymy.
3. Koenzymy. Kryteria podziału koenzymów.
4. Charakterystyka centrum aktywnego enzymów oraz modele miejsc
katalitycznych.
5. Kinetyka reakcji enzymatycznych.
6. Rodzaje inhibicji.
7. Grupy enzymów występujące w surowicy krwi.
8. Pomiar aktywności enzymatycznej jako wykładnika stanu fizjologicznego
organizmu.
Enzymy
Cechy enzymów
1. Niemal wszystkie reakcje
biochemiczne są katalizowane
przez enzymy.
2. Swoiste działania enzymów.
3. Prawie wszystkie enzymy są
białkami.
4. Każdy enzym katalizuje
niewielką liczbę reakcji, często
jedną.
Enzymy
Nomenklatura enzymów
System nomenklaturowy podany przez Międzynarodową Unię Biochemiczną (IUB)
na podstawie typu i mechanizmu reakcji
Główne zasady:
1. Reakcje i enzymy je katalizujące tworzą 6 klas, każda z nich ma
podklasy (4-13).
1. Nazwa enzymu zawiera dwie części:
• pierwsza część zakończona –
aza
wskazuje na typ katalizowanej
reakcji,
• druga wskazuje na substrat(y),
• informacja dodatkowa (może być podana w nawiasach).
2. Numer kodu enzymu (
EC
):
• nr pierwszy – klasa
• nr drugi – podklasa
• nr trzeci – pod-podklasa
• nr czwarty – nazwa określonego enzymu.
Enzymy
Przykład:
Heksokinaza EC 2.7.1.1
6-fosfotransferaza ATP:D-heksoza
ATP + D-heksoza → ADP + D-heksozo-6-fosforan
gdzie:
2 – klasa (transferaza)
7 – podklasa (fosfotransferaza, przenoszenie fosforanu)
1 – alkohol jako akceptor fosforanu
1 - oznacza heksokinazę i przeniesienie fosforanu z ATP na
D-glukozę, D-mannozę, D-fruktozę, sorbitol, D-glukozaminę
(grupę –OH przy C-6 heksozy)
Enzymy
Przykład:
Glukokinaza EC 2.7.1.2
6-fosfotransferaza ATP:D-glukoza
ATP + D-glukoza → ADP + D-glukozo-6-fosforan
gdzie:
2 – klasa (transferaza)
7 – podklasa (fosfotransferaza, przenoszenie fosforanu)
1 – alkohol jako akceptor fosforanu
1 - oznacza heksokinazę i przeniesienie fosforanu z ATP
na glukozę (grupę –OH przy C-6 glukozy)
Enzymy
Przykład:
Fruktokinaza EC 2.7.1.4
6-fosfotransferaza ATP:D-fruktoza
ATP + D-fruktoza → ADP + D-fruktozo-6-fosforan
gdzie:
2
–
klasa (transferaza)
7 – podklasa (fosfotransferaza, przenoszenie fosforanu)
1 – alkohol jako akceptor fosforanu
4 - oznacza heksokinazę i przeniesienie fosforanu z ATP na fruktozę
(grupę –OH przy C-6 fruktozy)
Enzymy
Przykład:
Mannokinaza EC 2.7.1.7
6-fosfotransferaza ATP:D-mannoza
ATP + D-mannoza → ADP + D-mannozo-6-fosforan
gdzie:
2 – klasa (transferaza)
7 – podklasa (fosfotransferaza, przenoszenie fosforanu)
1 – alkohol jako akceptor fosforanu
1 - oznacza heksokinazę i przeniesienie fosforanu z ATP na
manozę (grupę –OH przy C-6 mannozy)
Enzymy
KLASYFIKACJA ENZYMÓW
1.
Oksydoreduktazy
- dehydrogenazy
- oksydazy
- reduktazy
- peroksydazy
- katalazy
- oksygenazy
- hydroksylazy
2. Transferazy:
- transaldolazy
- transketolazy
- acylo-, metylo-, glukozylo-
i fosforylotransferazy
- kinazy
- fosfomutazy
Enzymy
3. Hydrolazy
- esterazy
- glukozydazy
- peptydazy
- fosfatazy
- fosfolipazy
- tiolazy
- deaminazy
- rybonukleazy
KLASYFIKACJA ENZYMÓW
Enzymy
4. Liazy
- dekarboksylazy
- aldolazy
- hydratazy
- dehydratazy
- syntazy
- liazy
5. Izomerazy
- racemazy
- epimerazy
- izomerazy
- mutazy (nie wszystkie)
6. Ligazy
- syntetazy
- karboksylazy
KLASYFIKACJA ENZYMÓW
Enzymy
Enzymy
Izoenzymy (izozym)
•
odmiany tego samego enzymu, które różnią się właściwościami
fizycznymi i chemicznymi,
• mają taki sam schemat budowy i aktywność katalityczną,
• różnią się sposobem regulowania aktywności katalitycznej,
• występują w różnych tkankach tego samego organizmu, różnych
typach komórek, subkomórkowych kompartmentach, mają znaczenie
diagnostyczne,
• różne tkanki mogą zawierać różne izoenzymy, a te mogą różnić się
powinowactwem do substratu.
Enzymy
Izoenzymy (izozym)
Przykład:
surowica człowieka zawiera kilka
izoenzymów dehydrogenazy
mleczanowej (LDH)
, ich wzajemne proporcje zmieniają się znacznie
w stanach chorobowych,
izoenzymy LDH różnią się strukturą czwartorzędową, składają się
z 4 protomerów 2 typów – H (heart) i M (muscle),
skład podjednostek:
4H, 3HM, 2H2M, H3M, 4M
Enzymy
Izoenzymy (izozym)
Przykład:
występuje w 5 odmianach o różnej ruchliwości elektroforetycznej,
właściwościach immunochemicznych, optymalnym stężeniu substratu
i pH, stopniu hamowania przez inibitory, wrażliwością na temperaturę,
wzrost aktywności LDH w surowicy obserwuje się w zawale mięśnia
sercowego (LDH
1
, migruje najszybciej), w zapaleniu wątroby (LDH
5
,
migruje najwolniej), w białaczkach, nowotworach anemii złośliwej i in.
Enzymy
HOLOENZYM
(pełen układ katalityczny)
• APOENZYM (część białkowa)
• KOENZYM (wymagany dla klas 1, 2, 5, 6)
Enzymy
KOFAKTORY ENZYMÓW
•
JONY METALI:
METALOENZYMY
AKTYWATORY
• KOENZYMY (czynniki przenoszące określone grupy
funkcyjne):
KOSUBSTRATY
(luźno związane z enzymem)
GRUPY PROSTETYCZNE
(ściśle, kowalencyjnie związane
z enzymem)
Enzymy
1.
K
o
e
n
z
y
m
y
o
k
r
e
ś
l
a
n
e
s
ą
j
a
k
o
t
e
r
m
o
s
t
a
b
i
l
n
e
m
a
ł
o
c
z
ą
s
t
e
-
c
z
k
o
w
e
k
o
m
p
o
n
e
n
t
y
o
r
g
a
n
i
c
z
n
e
w
y
m
a
g
a
n
e
d
o
a
k
t
y
w
n
o
ś
c
i
e
n
z
y
m
ó
w
.
2.
W
i
ę
k
s
z
o
ś
ć
k
o
e
n
z
y
m
ó
w
ł
ą
c
z
y
s
i
ę
z
e
n
z
y
m
e
m
z
a
p
o
m
o
c
ą
w
i
ą
z
a
ń
n
i
e
k
o
w
a
l
e
n
c
y
j
n
y
c
h
.
3.
W
i
ą
z
a
n
i
a
m
i
k
o
w
a
l
e
n
c
y
j
n
y
m
i
w
i
ą
ż
ą
s
i
ę
z
e
n
z
y
m
e
m
k
o
e
n
z
y
m
y
z
w
a
n
e
g
r
u
p
a
m
i
p
r
o
s
t
e
t
y
c
z
n
y
m
i
e
n
z
y
m
u
(
u
s
u
n
i
ę
c
i
e
p
o
w
o
d
u
j
e
u
t
r
a
t
ę
a
k
t
y
w
n
o
ś
c
i
e
n
z
y
m
u
)
.
Enzymy
4. Koenzym może być uważany za drugi substrat, a zmiany
chemiczne zachodzące w substracie (np. w reakcjach
oksydacyjno-redukcyjnych) wymagają koenzymów NAD
+
,
NADP
+
, FAD
+
.
5. Koenzymy działają jako czynniki przenoszące określone
grupy funkcyjne.
Enzymy
Podział wg pochodzenia:
• koenzymy metaboliczne, obejmują większość nukleozydów
trifosforanowych,
np. ATP, UTP, GTP,
• koenzymy wywodzące się z witamin, np. grupy B:
• nikotynamid, ryboflawina, kwas pantotenowy –
w reakcjach biologicznego utleniania i redukcji,
• kwas foliowy i koenzymy kobaminowe –
biorą udział w przemianach reszt jednowęglowych.
Enzymy
Podział w oparciu o przenoszone grupy funkcyjne:
• przenoszące wodór:
NAD
+
, NADP
+
, FMN, FAD, kwas liponowy,
koenzym Q (CoQ),
• inne niż wodór:
fosforany cukrów (UDP-glukoza),
CoA-SH, biotyna, pirofosforan tiaminy (TPP),
fosforan pirydoksalu (PLP), koenzymy folianowe,
koenzymy
kobaminowe (B
12
), kwas liponowy
Enzymy
Enzymy działają jako stereo-
specyficzne katalizatory.
Większość enzymów wykazuje
absolutna swoistość optyczną
dla części swoich substratów.
Swoistość ta dotyczy części lub
całości cząsteczki.
Większość substratów łączy się
z enzymami w 3 punktach.
Enzymy
Enzymy wykazują swoistość wyższego rzędu dla typu reakcji, |
które katalizują, np:
-
enzymy lityczne działają na określone ugrupowania chemiczne,
np. glikozydazy na glikozydy, pepsyna i trypsyna na wiązania
peptydowe,
esterazy na estry,
- oksydoreduktazy biorące udział w procesach biosyntezy wykorzystują
jako substrat NADPH jako reduktor, a te działające w procesach
degradacji wykorzystują NAD
+
jako utleniacz