Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu

Prezentacja na temat: "Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu"— Zapis prezentacji:

1 Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu www.szkolnictwo.pl
Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu mogą być wykorzystywane przez jego Użytkowników wyłącznie w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian, przesyłanie, publiczne odtwarzanie i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby własne oraz do wykorzystania w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

2 Enzymy – chemiczne regulatory reakcji cz. I

3 Metabolizm Metabolizm (gr. metabole – przemiana) całokształt przemian materii i energii zachodzących w żywym organizmie. Wyróżnia się dwa kierunki przemian metabolicznych: reakcje anaboliczne (gr. anabalein –dorzucać, podwyższać), reakcje kataboliczne (gr. katabalein – odrzucać, obniżać). Przemianom chemicznym zachodzącym w komórkach towarzyszy zawsze przemiana energii. Część tych przemian wymaga dostarczenia energii – są to reakcje endoergiczne, zwykle wiążące się z powstawaniem nowych, bardziej złożonych związków. Pochłaniają one energię z otoczenia, a zatem produkty reakcji mają wyższą energię niż substraty. Reakcje, które uwalniają energię niezbędną do wykonywania różnego rodzaju pracy, np. do ruchu czy syntez chemicznych, nazywane są egzoergicznymi. Skoro energia jest uwalniana to produkty zawierają mniej energii niż substraty.

4 Anabolizm Reakcje anaboliczne to reakcje syntez związków bardziej złożonych z prostszych, zwykle wymagające dostarczenia energii. Energia dostarczana do tych przemian umożliwia podwyższenie poziomu energetycznego związków. W wyniku reakcji anabolicznych powstaje wysokoenergetyczny produkt. Do tej grupy przemian zalicza się reakcje biosyntezy białek, kwasów tłuszczowych, lipidów i innych złożonych związków organicznych. Przykładem reakcji anabolicznej jest wiązanie CO2 i wbudowywanie go w związki organiczne podczas fotosyntezy lub chemosyntezy.

5 Katabolizm Reakcje kataboliczne to reakcje, w których następuje obniżenie poziomu energetycznego substratów na skutek ich rozkładu na związki prostsze. Większość przemian katabolicznych przebiega z uwolnieniem energii. Podstawowym procesem katabolicznym jest oddychanie ( utlenianie biologiczne). W procesie tym energia zawarta w cukrach lub innych związkach organicznych uwalnia się, a powstające produkty, np. CO2,H2O, są znów na niskim poziomie energetycznym.

6 Charakterystyka głównych przemian metabolicznych
KATABOLIZM ANABOLIZM Źródło: Wiśniewski H. Biologia dla klas III

7 Współzależność przemian metabolicznych
Reakcje wymagające dostarczenia energii są sprzężone z reakcjami, które tę energię dostarczają. Dlatego też reakcje anaboliczne i kataboliczne zachodzą równocześnie, choć w różnych strukturach komórki. Ważne jest także aby energia, która powstała w jednym procesie, mogła zostać dostarczona do miejsca, gdzie zachodzi proces energochłonny. Możliwe jest to dzięki związkom wysokoenergetycznym, które są nośnikami energii. Mimo, że procesy anaboliczne i kataboliczne zachodzą jednocześnie, to nie oznacza to, że ich intensywność jest zawsze taka sama – zmienia się ona bowiem z wiekiem.

8 Energia aktywacji Jest to ilość energii niezbędnej do zapoczątkowania procesu chemicznego. Dodanie katalizatora do środowiska reakcji znacznie obniżą energię aktywacji. Obniżenie energii aktywacji jest możliwe w układach biologicznych dzięki katalizatorom biologicznym – enzymom. Jeżeli bariera aktywacji zostanie obniżona, to reakcja przebiegnie szybciej. Skoro enzymy obniżają energię aktywacji, w jednostce czasu może reagować znacznie więcej cząsteczek. Enzym tworzy przejściowy, nietrwały kompleks z substratem, czyli substancją na którą działa. Następnie kompleks się rozpada, następuje uwolnienie produktu oraz wolnego katalizatora, który może wejść w reakcję z następną cząsteczką substratu. Enzymy jedynie ułatwiają reakcję – przyśpieszają ją, nie wpływają natomiast na kierunek reakcji chemicznej ani na końcowe stężenie reagujących cząsteczek.

9 Efekt obecności biokatalizatora
w środowisku REAKCJA NIEKATALIZOWANA ENERGIA AKTYWACJI BEZ UDZIAŁU ENZYMU REAKCJA KATALIZOWANA ENERGIA AKTYWACJI Z UDZIAŁEM ENZYMU ENERGIA SUBSTARTY WYDZIELONA ENERGIA PRODUKTY POSTĘP REAKCJI

10 Enzymy Są to czynniki umożliwiające szybkie zachodzenie procesów życiowych. Spełniają one rolę katalizatorów, czyli substancji regulujących szybkość przebiegu reakcji chemicznych, nie wpływających jednak na wynik końcowy reakcji i nie zużywające się w trakcie jej przebiegu. Enzymy są wysoce specyficzne, a ich aktywność może być regulowana. Biokatalizatory (enzymy) powstają w przyrodzie w organizmach żywych – choć mogą także oddziaływać poza żywym organizmem, np. bakterie wydzielają wytwarzane przez siebie enzymy trawienne do podłoża, a wchłaniają gotowe, strawione cząstki pokarmowe.

11 Budowa enzymów Niektóre enzymy, np. pepsyna (składnik soku żołądkowego), rybonukleaza (trawiąca RNA), amylaza (rozkładająca skrobię) czy ureaza (powodująca rozkład mocznika) są białkami prostymi. Większość enzymów to białka złożone, gdzie część białkową określa się nazwą apoenzymu, natomiast część niebiałkowa daje się często oddzielić jako tzw. koenzym. Obie części razem tworzą holoenzym. Jeżeli koenzym jest trwale połączony z białkiem – wówczas tworzy tzw. grupę prostetyczną. Niektóre enzymy dla swej aktywności wymagają obecności jonów, np. magnezu, żelaza, cynku. Prawdopodobnie te mikroelementy wchodzą w skład niektórych koenzymów, umożliwiając im udział w reakcjach.

12 Budowa enzymu APONEZYM GRUPA PROSTETYCZNA KOENZYM
ENZYM = CZĘŚĆ BIAŁKOWA CZĘŚĆ NIEBIAŁKOWA APONEZYM GRUPA PROSTETYCZNA KOENZYM nietrwale związany z apoenzymem trwale związana z apoenzymem

13 Apoenzym – warunkuje specyficzność substratową działania enzymu, gdyż wskazuje powinowactwo do substratu. Koenzym – określa typ katalizowanego procesu, decyduje o tym jakiej przemianie ulega substrat. Koenzymami lub ważnymi ich częściami składowymi są m.in.: ATP NAD NADP NADH jony metali: np. żelaza, wapnia, magnezu witaminy, np.: B1, B12, biotyna, PP

14 Nomenkaltura enzymów Nazwy wielu enzymów utworzono przez dodanie przyrostka –aza do nazwy substratu, na który dany enzym oddziałuje. Przykładem może być sacharaza, która katalizuje rozkład sacharozy do glukozy i fruktozy. Innym sposobem mianowania było dodanie końcówki –aza do nazwy reakcji katalizowanej przez dany enzym (np. dehydrogenacja – dehydrogenaza), zaś drugie słowo oznaczało substrat danej reakcji. W ten sposób utworzono dwuwyrazowe nazwy enzymów, np. dehydrogenaza mleczanowa. Obecnie stosuje się międzynarodowe mianownictwo enzymów, gdzie m.in. każdemu znanemu, jak i nowo odkrytemu enzymowi przypisuje się numer, pod którym dany enzym jest zapisany w międzynarodowym wykazie enzymów.

15 Klasyfikacja enzymów W zależności od rodzaju przeprowadzanej reakcji wyróżnia się sześć grup enzymów: oksydoreduktazy transferazy hydrolazy liazy izomerazy ligazy

16 Oksydoreduktazy - są to enzymy katalizujące reakcje utleniania i redukcji. Do tej grupy biokatalizatorów zalicza się dehydrogenazy oraz oksydazy. Te ostatnie przenoszą elektrony na tlen. Transferazy – przenoszą pewne grupy chemiczne, np. grupę metylową – CH3 czy też grupę aminową –NH2 pomiędzy związkami. Hydrolazy – katalizują rozpad (hydrolizę) wiązań chemicznych. Reakcja ta zachodzi zazwyczaj w środowisku wodnym, a w każdym razie do jej przebiegu konieczna jest cząsteczka wody.

17 Liazy – są to enzymy, które rozbijają bez udziału wody wiązania typu: C-C, C-O, C-N, C-S. W pewnych warunkach niektóre liazy mogą katalizować procesy syntezy. Izomerazy – jest to grupa enzymów, dzięki którym możliwe są wewnątrzcząsteczkowe przegrupowania, umożliwiające przejście substratu w odpowiedni izomer, tzn. związek o tym samym wzorze sumarycznym, ale różniący się strukturą i właściwościami fizycznymi oraz chemicznymi. Ligazy – enzymy katalizujące wzajemne łączenie się dwóch cząsteczek, czyli syntezę nowych wiązań. Proces ten wymaga zazwyczaj rozbicia wiązania pirofosforanowego w cząsteczce ATP bądź podobnego związku.

18 Specyficzność (swoistość) enzymów
Większość enzymów wykazuje dużą specyficzność, która polega na katalizowaniu kilku spokrewnionych reakcji chemicznych, a nawet w wielu przypadkach tylko jednej, określonej przemiany. Przykładem może być ureaza, która katalizuje hydrolizę mocznika do amoniaku, a nie oddziałuje na inne substraty. Specyficzność niektórych enzymów polega także na tym, że atakują one określony rodzaj wiązania chemicznego. Na przykład lipaza hydrolizuje tylko wiązania estrowe, które występują między glicerolem i kwasami tłuszczowymi w obrębie grupy lipidów. O specyficzności substratowej enzymu decydują właściwości i przestrzenne ułożenie reszt aminokwasów tworzących tzw. centrum aktywne.

19 Enzymy – efektywne katalizatory
Jedną z najważniejszych cech enzymów jest przyśpieszanie reakcji chemicznych w stopniu znacznie większym niż katalizatory nieenzymatyczne. Nadtlenek wodoru rozkładany jest do wody w obecności opiłków żelaza (atom żelaza jest katalizatorem). Nadtlenek wodoru jest toksycznym produktem ubocznym wielu reakcji enzymatycznych i jest silną trucizną dla komórki. Jednak komórka posiada peroksysomy – organelle, które zawierają enzym – katalazę, która wykazuje olbrzymie zdolności katalityczne. 1 cząsteczka katalazy w temperaturze ciała ludzkiego powoduje rozkład około 7 mln cząsteczek nadtlenku wodoru w ciągu minuty. Aby zneutralizować taką samą ilość nadtlenku wodoru, jaką rozszczepia jedna cząsteczka katalazy (zawierającej jeden atom żelaza) w ciągu jednej minuty, pojedynczy atom potrzebowałby 3000 lat.

20 Izoenzymy (izozymy) Są to enzymy występujące u tego samego osobnika lub przynajmniej gatunku, które katalizują te samą reakcję, lecz mają odmienną budowę. Owa odmienność dotyczy zazwyczaj apoenzymu i przekazywana jest genetycznie. Przykładem jest enzym dehydrogenza mleczanowa, która występuje w cytoplazmie komórek wątroby, mięśni szkieletowych oraz mięśnia sercowego.

21 Literatura: Danowski J., Repetytorium dla maturzystów i kandydatów na wyższe uczelnie. Tom I. Medyk, Warszawa Hames B.D., Hooper N.M., Krótkie wykłady. Biochemia. PWN, Warszawa Pyłka – Gutowska E., Vademecum maturzysty. Biologia. Oświata, Warszawa Villee i inni, Biologia. Multico, Warszawa Wiśniewski H, Biologia. Agmen, Warszawa