plik

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

3. Kataliza enzymatyczna

Swoisto

enzymu wzgl dem katalizowanej reakcji i

wzgl dem substratu

(specyficzno

reakcji i

specyficzno

substratowa)

2. Budowa enzymu

Holoenzym= koenzym + apoenzym

3. Mechanizm dzia ania enzymów

E + S ES E + P

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

3. Kataliza enzymatyczna

Reakcja katalizowana przez enzym rozpoczyna si od zwi zania

substratów przez centrum aktywne enzymu i powstania
przej ciowego kompleksu enzym-substrat (E-S). Nast pnie

zachodzi w a ciwa reakcja: po czenie cz steczek substratów w

produkt reakcji albo roz o enie substratu na mniejsze cz steczki.

Reakcja ko czy si uwolnieniem produktów przez enzym.

Cz steczka enzymu nie zu ywa si podczas reakcji i po

uwolnieniu produktów jest gotowa do przy czenia nowych

substratów.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

3. Kataliza enzymatyczna

ENERGIA AKTYWACJI to energia, któr musz mie

cz steczki (jony, atomy), aby by y zdolne do okre lonej

reakcji chemicznej.; energia aktywacji wyra a si zwykle

w kilod ulach na mol (kJ/mol) reaguj cych cz steczek; im

mniejsza jest energia aktywacji, tym reakcja zachodzi
szybciej

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

3. Kataliza enzymatyczna

Je eli w czasie zderze substraty maj za ma energi reakcja nie zachodzi.

czna liczba zderze mi dzy cz steczkami wzrasta z temperatur (cz steczki

poruszaj si szybciej). Udzia cz steczek obdarzonych energi wi ksz od

energii aktywacji wzrasta wraz z temperatur.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

3. Kataliza enzymatyczna

W reakcji katalizowanej wymagana jest znacznie ni sza energia aktywacji:

akt.kat.

. W identycznych warunkach temperatury, znacznie wi cej cz steczek ma

energie przekraczaj ce t zmniejszon warto progow . Na wykresie odpowiada

temu pole oznaczone szarym + czarnym kolorem cznie.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

3. Kataliza enzymatyczna

Nazewnictwo i klasyfikacja enzymów

Enzymy dawniej poznane maj tradycyjnie u ywane nazwy

zwyczajowe, np. pepsyna, trypsyna. Cz sto u ywanym

sposobem tworzenia nazwy enzymu jest dodanie do nazwy
rozk adanego zwi zku ko cówki aza np.:

- sacharoza sacharaza

- dehydrogenacja (od czenie H2)

dehydrogenaza

- dekarboksylacja (od czenie CO2)

dekarboksylaza

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

3. Kataliza enzymatyczna

Klasy enzymów wg klasyfikacji mi dzynarodowej:

Klasa 1: oksydoreduktazy- przenosz adunki (

elektrony i protony)

z cz steczki

substratu na cz steczk akceptora: AH

+ B A + BH

;

Klasa 2: transferazy -przenosz dan

grup funkcyjn

z cz steczki

jednej substancji na cz steczk innej substancji: AB + C A + BC;

Klasa 3: hydrolazy -powoduj rozpad substratu pod wp ywem

wody

hydroliza): AB + H

O A + B;

Klasa 4: liazy -powoduj rozpad bez udzia u wody: AB A + B;

Klasa

izomerazy

-zmieniaj

wzajemne

po o enie

grup

chemicznych wewn trz cz steczki zwi zku: AB BA;

Klasa 6: ligazy (syntetazy) -powoduj syntez ró nych cz steczek;

powstaj wi zania chemiczne: A + B AB;

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. Kinetyka reakcji enzymatycznych

Ilo ciowo

szybko reakcji

okre la si jako zmian

molowego st enia substratu lub produktu w jednostce

czasu.

Je eli mamy równanie reakcji chemicznej A ---> B + C

+ ...., to szybko reakcji opisuje równanie:

v = dc

/dt = k*c

lub

v = dc

/dt = dc

/dt

gdzie: c

, c

- st enia molowe substancji A, B, C,...

; t

 czas; dc

/dt - ubytek st enia substaratu w jednostce

czasu;dc

/dt, dc

/dt - przyrost st enia produktów w

jednostce czasu; k - wspó czynnik proporcjonalno ci

(sta a szybko ci).

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. Kinetyka reakcji enzymatycznych

Szybko reakcji jest wprost proporcjonalna do iloczynu

st e substratów.

Je eli mamy równanie reakcji chemicznej aA + bB + cC --->

dD, to szybko reakcji opisuje równanie;

v = k[A]

* [B]

* [C]

/7-26/

gdzie: k - sta a szybko ci reakcji, (a, b, c) - wyk adnik pot gi,

do której nale y podnie st enie, odpowiednio [A], [B], [C].

W przypadku reakcji gazowych cz sto w równaniach

kinetycznych zamiast st e molowych stosuje si ci nienia

cz stkowe

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. Kinetyka reakcji enzymatycznych

Rz d reakcji

Wspó czynniki pot gowe (a, b, c) przy st

eniach

poszczególnych substratów okre laj rz d reakcji,

który mo e by cz stkowy lub sumaryczny.

Cz stkowy rz d reakcji

Je eli a = 1, to reakcja jest pierwszego rz du

wzgl dem A; je eli a = 2, to reakcja jest drugiego

rz du wzgl dem A itp.

Cz stkowe rz dy reakcji,

odpowiadaj

tylko

wspó czynnikom stechiometrycznym tych

reagentów.

Sumaryczny rz d reakcji

Sumaryczny rz d reakcji chemicznej - jest to suma

wyk adników pot gowych w równaniu szybko ci

reakcji chemicznej
( rz d reakcji = a + b + c + .....).

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. Kinetyka reakcji enzymatycznych

Cz steczkowo

reakcji

Cz sto stosuje si okre lenie cz steczkowo

reakcji,

któr definiuje liczba cz steczek bior cych udzia w

najwolniejszym stadium reakcji.
Cz steczkowo

i rz d reakcji wyznacza si tylko

eksperymentalnie, nie mo na obliczy ich teoretycznie.

Sumaryczny rz d reakcji jest przewa nie liczb

nieca kowit , co oznacza, e reakcja przebiega przez

etapy po rednie, z których nawolniejszy decyduje o

sumarycznym rz dzie reakcji.

Na ogó rz d reakcji

, jak i cz steczkowo

s z regu y

ma ymi liczbami nie przekraczaj cymi warto ci 3.

Zagadnienie sprowadza si do tego, e równoczesne

zderzenia wi kszej liczby cz steczek s ma o

prawdopodobne, a na sumaryczn szybko

reakcji

wp ywa przede wszystkim najpowolniejszy etap

po redni bed cy przemian elementarn i dlatego rz d

reakcji jest ma

liczb

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. Kinetyka reakcji enzymatycznych

Praktycznie pomiary szybko ci reakcji wykaza y, e szybko

reakcji

nie jest sta a, lecz maleje w miar zu ywania si substratów.

Zmiany st

enia w czasie, dla reakcji I-szego rz du

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. Kinetyka reakcji enzymatycznych

In the absence of the substrate the equilibrium favors the T state very much so

nearly all enzyme is in the less active (or inactive) form. Addition of low amounts

of substrate will slightly affect this situation, because although the substrate will

bind preferentially to the R state molecules and pull more T into R state, there

will be not sufficient substrate for many R molecules to bind a second substrate

molecule, nor for many R state molecules to be formed. If a higher substrate

concentration is used, however, T molecules will "immediately" bind a second

substrate as soon as it they are converted into R . Thus we will observe an

initial slow increase in activity with increasing S concentration, which will then

take off.

Most allosteric enzymes are oligomeric (consisting of multiple subunits).

The oligomer has two different conformational states, R and T; T has low

affinity, R has high affinity for the substrate; no mixed R/T hybrids exist.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. Kinetyka reakcji enzymatycznych

The  activity  of  an  allosteric  enzyme  with  a  sigmoidal  binding  curve
(black  line)  can  be  altered  markedly  when  either  an  activator  (blue
line)  or  inhibitor  (red  line)  is  bound  to  the  enzyme.  Addition  of  an
activator  can  lower  the  apparent  Km,  raising  the  activity  at  a  given
[S].  Conversely,  the  addition  of  an  inhibitor  can  raise  the  apparent
Km, producing less activity at a given [S].

The  activated  (blue)  curve  is  ~hyperbolic.  In  the  presence  of
activator, the enzyme appears to be in the R-form. In the absence of
the  activator  or  the  presence  of  inhibitor  (black  and  red  curves)
appear  to  have  decreasing  R-form  characteristics  and  more  the
curve of the T-form of the allosteric enzyme.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. Kinetyka reakcji enzymatycznych

Shown

are

plots

initial

velocity

versus

[fructose-6-phosphate]

for

phosphofructokinase-1 from E. coli. Increasing the concentration of ADP decreases the
apparent Km without affecting Vmax. The concentration of ATP is 0.1mM. [Adapted
from Blangy, S., Buc, H., and Monod, J. (1968). Kinetics of the allosteric interactions
of phosphofructokinase from Escherichia coli. J. Mol. Biol. 31:13-35]

Non-covalent activation of an enyzme is possible through allostery through cooperative
binding of affector molecules. Increasing substrate increases the fraction of enzyme in
the R structure. The addition of ADP has the same effect. At 70micromolar ADP and
100micromolar ATP the plot shows that PFK-1 is almost entirely in the R-form.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

4. Kinetyka reakcji enzymatycznych

The  E.  coli  phosphofructokinase-1  is  a  tetramer  of  identical
chains.  (a)  In  this  single  subunit,  shown  as  a  ribbon,  the
products,  fructose  1,6-bisphosphate  (yellow)  and  ATP
(green) are bound in the active site. The allosteric acctivator
ADP (red) is bound in the regulatory site. (b) In the model of
the  tetramer  (2  subunits  are  blue,  2  are  purple),  the
products,  fructose  1,6-bisphosphate  (yellow)  and  ATP
(green)  are  bound  in  the  four  active  sites.  The  allosteric
activator  ADP  (red)  is  bound  in  the  four  regulatory  sites,  at
the interface of the subunits. [PDB 1PFK]

R conformation of phosphfructokinase-1