background image

2012-03-28 

ENZYMY 

Kinetyka reakcji enzymatycznych na przykładzie                    

amylazy ślinowej 

Ćwiczenie  2 

To 

biokatalizatory

 

przyspieszające  szybkość  reakcji  biochemicznych 

zachodzących  na  terenie  organizmu  (komórki,  tkanki,  narządu, 
płynów ustrojowych)  

 

I

ch funkcja regulowana jest przez nadrzędną kontrolę hormonalną

                          

 

Hormony; 

1) 

aktywują  lub dezaktywują  enzymy  w szlakach  przekaźnictwa  komórkowego 

poprzez  aktywację  odpowiednich 

kinaz  białkowych

 

(fosforylacja  zmieniająca 

aktywność  enzymów).  W ten sposób  działają  hormony:                                                                 

......

-  białkowe                                                                                                                                                

......

- katecholaminy                                                                                                              

......

- czynniki  wzrostowe 

2) induku

ją 

synte

zę enzymów

 

de novo.

 W ten 

sposób działają hormony steroidowe. 

Hormony 

białkowe  w  niektórych  przypadkach  także  indukują  syntezę  enzymów         

de novo. 

P. Niemiec 2010 

ENZYMY 

background image

2012-03-28 

BUDOWA 

O

koło 2000 znanych enzymów to białka globularne 

C

zęść enzymów składa się jedynie z aminokwasów 

W

iększość enzymów poza aminokwasami posiada część niebiałkową, 

 

 

o

   

Apoenzym

 - 

białkowa część enzymu 

 

 

o

   

Kofaktor

 - 

niebiałkowa część enzymu 

 

           

 

koenzym 

połączony  słabymi  wiązaniami,  zdolny  do 

........................        

     oddysocjowania  (np. NAD

+

, NADP

+

, FAD)  

 

             

 

grupa prostetyczna

 

połączona  z częścią białkową  wiązaniami 

................................... 

kowalencyjnymi  (np. grupa hemowa,  jony  nieorganiczne) 

 

Holoenzym

 

jest połączeniem apoenzymu z kofaktorem.                                  

Enzym wykazuje 

aktywność biologiczną tylko w tej formie. 

P. Niemiec 2010 

ENZYMY 

KINETYKA ENZYMATYCZNA

  

Opisuje il

ościowe zależności pomiędzy szybkością reakcji a stężeniami 

enzymu (

E

) i substratu (

S

)  

Pomiaru  aktywn

ości  enzymu  dokonuje  się  poprzez  zmierzenie 

szybk

ości  reakcji  (

V

).  Szybk

ość  reakcji  chemicznej  obrazuje  ilość 

substratu przekszt

ałcona w jednostce czasu:  

  o 

 spadek  stężenia  substratu (

S

)                                                                                                           

....

o

  wzrost  s

tężenia  produktu  (

P

)  

Jednostki aktywn

ości enzymatycznej 

....

o

  

KATAL

 

(kat)

 

– jednostka  układu  SI, określa 

....... 

przemia

nę  1 Mola  substratu  w czasie  1 s  

....

o

  

UNIT

 

(U)

 - okr

eśla  przemianę  1 μMola   

........

substratu  w czasie  1 min  

P. Niemiec 2010 

ENZYMY 

background image

2012-03-28 

TEORIA MICHAELISA-MENTEN  

1) reakcja enzymatyczna zaczyna się od przyłączenia enzymu do                
substratu 

gdzie k

+1 

- stała szybkości tworzenia kompleksu ES,                                                                                                     

.........

k

+2 

- stała szybkości rozpadu kompleksu ES.

  

Do tej reakcji można zastosować prawo działania mas;  

S

K

]

ES

[

]

S

][

E

[

gdzie K

S

 – stała dysocjacji kompleksu ES 

2) powstają produkty  

gdzie k

+3 

- stała szybkości tworzenia P                                                                                                      

P. Niemiec 2010 

ENZYMY 

Równania te mówią, że: 

 

  o

   przy   okr

eślonym,  niezmiennym  stężeniu   

       E,  zw

iększając   stężenie  S coraz  więcej   

...... 

E przekszt

ałca  się w kompleks  ES  

 

  o

   wzrasta  szybk

ość  reakcji  aż do momentu   

.......

kiedy  c

ała  ilość  E  występuje   w  postaci    

       kompleksu   ES  (

stan  wysycenia

)   wtedy   

       szybk

ość    osiąga   wartość   maksymalną   

       (V

max

).  

TEORIA MICHAELISA-MENTEN cd. 

P. Niemiec 2010 

ENZYMY 

background image

2012-03-28 

STAŁA MICHAELISA-MENTEN  

Stężenie substratu  w stanie  wysycenia  trudno  odczytać  z  krzywej,  dlatego  za punkt 
odniesienia  obiera  s

ię połowę  szybkości  maksymalnej  (1/2 V

max

)  

 
W tym punkcie:   

   o

     

połowa  enzymu   występuje  w postaci   E, 

   o

     druga  p

ołowa  w postaci  ES  

 
Poniew

aż  szybkość  reakcji  jest proporcjonalna                                                                                 

do s

tężenia  ES wielkości  [E] i [ES] się znoszą   

 

                               [S] 

1/2Vmax 

= K

S

 ,     

                               [S] 

1/2Vmax 

= K

m

  

gdzie K

– stała Michaelisa-Menten

  

K

 to takie s

tężenie substratu (mmol/L) przy którym enzym jest nasycony w 

p

ołowie  (szybkość katalizy osiąga połowę szybkości maksymalnej)   

S

K

]

ES

[

]

S

][

E

[

P. Niemiec 2010 

ENZYMY 

STAŁA MICHAELISA-MENTEN cd.  

Wart

ość K

m

 informuje  

o powinowactwie enzymu  
wzg

lędem substratu:  

 

wysoka  wart

ość  K

m

 

–  niskie 

powinowactwo E do S

, potrzebne 

d

uże [S] aby uzyskać połowiczne 

nasycenie enzymu  

niska 

wartość  K

m

 

–  wysokie 

powinowactwo 

(specyficzność)  E 

do  S

,  wystarczy 

małe  [S]  aby 

uzyskać  połowiczne  nasycenie 
enzymu  

P. Niemiec 2010 

ENZYMY 

background image

2012-03-28 

P. Niemiec 2010 

ENZYMY 

W

PŁYW pH ŚRODOWISKA NA SZYBKOŚĆ REAKCJI ENZYMATYCZNEJ  

 o

    s

zybkość katalizy największa  jest w pH optymalnym 

 

 o

    n

awet małe odchylenie wartości  pH powoduje  spadek aktywności  enzymu 

 

 o

    d

uże odchylenia pH powodują  denaturację  białka 

 

 o

    o

ptimum  pH dla większości  enzymów człowieka  to 6.8 – 7.2 

 

 o

    z

darzają się jednak wyjątki 

 

enzymy pH kwaśnego

                                                    

..............

pepsyna (pH ok. 2)                                      

................

fosfataza  kwaśna (pH ok. 4)                                   

................

enzymy  lizosomalne (lipazy,                           

..............

nukleazy, proteinazy i inne) 

enzymy pH zasadowego 

              fosfataza zasadowa (pH ok. 9)

  

P. Niemiec 2010 

ENZYMY 

background image

2012-03-28 

INHIBITORY ENZYMÓW  

Hamują szybkość reakcji enzymatycznych 

 

         o

   nieswoiste  – powodują  zwykle denaturację  enzymu, lub jego   

              

eliminację  z roztworu (niektóre  toksyny, metale ciężkie) 

 

         o

   swoiste 

– działają na określony enzym (leki, niektóre toksyny)  

M

ożna je podzielić na:  

 

         o   

.

 

kompetycyjne 

– współzawodniczące,  odwracalne   

 

         o

    

niekompetycyjne

 

– nieodwracalne   

 

         o

    mieszane   

P. Niemiec 2010 

ENZYMY 

INHIBICJA KOMPETYCYJNA  

 

         o

    inhibitor     jest     podobny    strukturalnie   

               do substratu  

 
 

         o

    inhibitor  wsp

ółzawodniczy   z  substratem 

               o miejsce  aktywne  

 
 

         o

    inhibitor  w

iąże  się  z  centrum  aktywnym  

               odwracalnie

.  Może zostać z niego wyparty  

               nadmiarem  substratu  

 
 

        o

     inhibitor zmniejsza powinowactwo  E do S,  

               zw

iększa  się  K

m

,  V

max

  nie ulega zmianie,  

               poniew

aż  oznacza  się  ją  przy nadmiarze  

               substratu.  

 
 

         o

    często stosowane  jako leki  

P. Niemiec 2010 

ENZYMY 

background image

2012-03-28 

INHIBICJA NIEKOMPETYCYJNA  

 

         o

    inhibitor nie jest podobny strukturalnie   

               do substratu   

 

         o

    inhibitor    

wiąże   się   poza   miejscem   

               aktywnym 

 

         o

    inhibitor    nie    zapobiega   powstaniu    

               kompleksu  ES,  jednak  jego obecn

ość   

               zmienia      nieznacznie      konformac

ję   

               miejsca aktywnego   

 

        o

     pomimo  w

iązania  substratu szybkość  

               reakcji   maleje   (zmniejszenie   V

max

),  a  

               efektu  tego  nie m

ożna  przezwyciężyć   

               nadmiarem  substratu  

 

         o

    wartość    K

m

   nie   ulega   zmianie,   bo 

               c

ząsteczki   enzymu,  które  nie przere-  

               agow

ały  z  inhibitorem    nie  zmieniają   

               swojego powinowactwa  do S  

P. Niemiec 2010 

ENZYMY 

P. Niemiec 2010 

ENZYMY 

background image

2012-03-28 

SPOSOBY AKTYWACJI ENZYMÓW - 

FOSFORYLACJA

   

 

      

PODZIAŁ  KINAZ BIAŁKOWYCH  (PK)  

1) w zależności  od stopnia selektywności  działania 

              

o

   specyficzne PK 

              

o

   

wielofunkcyjne kinazy białkowe 

 

2) w zależności  od miejsca fosforylacji 

              

o

   

serynowe

 - fosforyl

ują reszty seryny  

                   i treoniny (np. PKA,  PKC) 
              

o

   

tyrozynowe

 - fosforyl

ują reszty tyro- 

                   zyny  (np. kinaza Src, receptory czy- 
                   

nników wzrostu  i insuliny) 

 

Fosforylacja  zachodzi  jedynie  na  terenie 

komórki, gdzie występuje wysokie stężenie 

ATP. Aktywn

ość  białek zewnątrzkomórkowych nie jest regulowana przez fosforylację

   

SKUTKIEM  FOSFORYLACJI  JEST  SILNE  WZMOCNIENIE  POC

ZĄTKOWEGO 

SYGN

AŁU. 

JEDNA 

C

ZĄSTECZKA 

PK 

M

OŻE 

KRÓTKIM 

CZASIE 

UFOSFORYLOW

AĆ  SETKI  BIAŁEK  DOCELOWYCH,  KTÓRE,  JEŚLI  SĄ 

ENZYMAMI MO

GĄ PRZEKSZTAŁCIĆ DUŻĄ ILOŚĆ CZĄSTECZEK SUBSTRATU

  

P. Niemiec 2010 

ENZYMY 

AKTYWACJA PROTEOLITYCZNA  

o

   j

est nieodwracalną modyfikacją enzymu 

 

o

   m

oże zachodzić pozakomórkowo 

 

o

   zymogeny

 

(proenzymy)

 

to nieaktywne prekursory enzymów  

 

o

   s

ą aktywowane przez specyficzną hydrolizę jednego lub kilku   

     

wiązań peptydowych 

 

o

   

przykłady 

 

 

-  pepsynogen > pepsyna 

 

 

-  trypsynogen > trypsyna 

 

 

-  chymotrypsynogen > chymotrypsyna 

 

 

-  proelastaza > elastaza 

 

 

-  prokaspazy > kaspazy 

 

 

-  prorenina > renina  

P. Niemiec 2010 

ENZYMY 

background image

2012-03-28 

AKTYWACJA PROTEOLITYCZNA cd.  

o

   t

rypsyna jest wspólnym aktywatorem  

     

wszystkich zymogenów trzustkowych,  

     czyli:  

 

- trypsynogenu 

 

- chymotrypsynogenu 

 

- proelastazy 

 

- prokarboksypeptydazy  

           

i innych enzymów 

 

  

o

   trypsynogen z trzustki przedostaje s

ię do dwunastnicy.  

 
 

o

   

tutaj dzi

ała enzym 

enterokinaza

 hydrolizu

jący jedno wiązanie   

     peptydowe pom

iędzy lizyną i izoleucyną, tworząc trypsynę.  

 
 

o

   po aktywacji dochodzi do f

ałdowania obszarów białka o strukturze   

     rozl

uźnionej co w konsekwencji prowadzi do utworzenia miejsca   

     aktywnego  

P. Niemiec 2010 

ENZYMY