Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Enzymologia-1 Informacje wstępne Aktywność katalityczna enzymów.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Enzymologia-1 Informacje wstępne Aktywność katalityczna enzymów."— Zapis prezentacji:

1

2 Enzymologia-1 Informacje wstępne Aktywność katalityczna enzymów

3

4 DNA-enzymy – zbudowane z deoksyrybonukleotydów Biokatalizatory: Enzymy – zbudowane z aminokwasów (białka) Rybozymy – zbudowane z rybonukleotydów (RNA)

5

6 Ważne daty z historii enzymologii 1878 Kuhne – wprowadzenie terminu enzym 1894 Fisher – teoria klucza i zamka 1897 Buchner – wykazanie, że ekstrakt drożdżowy może katalizować fermentację alkoholową 1913 Michaelis, Menten – podstawy matematycznej analizy kinetyki reakcji enz, 1926 Sumner – pierwsze otrzymanie enzymu w formie krystalicznej (ureaza) 1928 Svedberg – skonstruowanie ultrawirówki 1958 Koshland – teoria wzbudzonego dopasowania 1960 Stein, Moore – pierwsze określenie sekwencji aminokwasowej enzymu 1965 Pierwsze określenie struktury przestrzennej enzymu (lizozym) na podstawie danych krystalograficznych. Pierwsza struktura białka (mioglobina) została określona 5 lat wcześniej (Kendrew i in.) 1965 Jacob, Monod – odkrycie zjawiska allosterycznej regulacji aktywności enzymów 1969 Merrifield – chemiczna synteza enzymu (rybonukleaza) 1970 – 1975 pierwsze wyjaśnienia mechanizmów działania enzymów 1970 Wilchek, Cuatrecas – opracowanie techniki chromatografii powinowactwa 1980 – 1985zastosowanie technik rekombinacji DNA w badaniach enzymologicznych (układy nadekspresyjne, ukierunkowana mutageneza 1986 Cech – odkrycie rybozymu

7 Enzymy są superkatalizatorami niezwykle duża efektywność katalizy wysoka aktywność katalityczna w umiarkowanych warunkach swoistość reakcji specyficzność substratowa stereospecyficzność praktycznie 100% wydajność; brak produktów ubocznych

8

9 SWOISTOŚĆ REAKCJI ENZYMATYCZNYCH L-asparaginaza EC

10 SWOISTOŚĆ SUBSTRATOWA L-asparaginaza EC

11 Stereospecyficzność działania enzymów

12

13 Niektóre są białkami rozpuszczalnymi - globularnymi Niektóre zlokalizowane są w błonach biologicznych

14 Enzym z kanałem wewnętrznym Niektóre enzymy pomagają przemieszczać się substratom, półproduktom i produktom Enzymy oligomeryczne

15 Topoizomeraza – enzym skręcający i rozkręcający DNA

16 Polimeraza DNA – enzym łączący nukleotydy na podstawie sekwencji matrycy

17

18 Podobieństwo struktur przestrzennych enzymów Struktury racemazy kwasu mandelowego I enzymu laktonizujacego kwas mukonowy Struktury dwóch proteaz serynowych: chymotrypsyny i subtilizyny

19 Dlaczego enzymy są tak efektywnymi katalizatorami? -grupy funkcyjne w centrum aktywnym -hydrofobowy charakter centrum aktywnego -współdziałanie koenzymów -kataliza kwasowo-zasadowa -maksymalne zbliżenie i optymalne ustawienie substratu(ów) -wzbudzone dopasowane enzymu

20

21 Wiązanie substratu przez racemazę kwasu mandelanowego Wiązanie koenzymu i substratu przez aminotransferazę kwasu asparaginowego W centrum aktywnym enzymu znajdują się reszty wiążące substrat(y) i koenzym

22 Niektóre enzymy potrzebują pomocników... Grupa prostetyczna – cząsteczka organiczna lub jon metalu niezbędna dla działania enzymu, połączona trwale z cząsteczka enzymu Koenzym – niewielka cząsteczka organiczna współpracująca z cząsteczką enzymu podczas aktu katalitycznego, której obecność jest niezbędna dla katalizy. Koenzym wiąże się z enzymem tylko w trakcie aktu katalitycznego

23

24 Jony metali jako grupy prostetyczne enzymów Niektóre enzymy potrzebują pomocników...

25 Szybkość reakcji enzymatycznej Enzym, podobnie jak każdy inny katalizator, przyśpiesza reakcję, ale nie zmienia jej stanu równowagi. Enzymy katalizują jedynie reakcje termodynamicznie możliwe, czyli takie, dla których G 0. Uwaga: enzymy w komórkach mogą katalizować reakcje, dla których G >0. Warunek: sprzężenie z reakcją, dla której G <0. Warunkiem zajścia reakcji jest efektywne zderzenie cząsteczek (cząsteczki muszą posiadać odpowiednią energię oraz być odpowiednio ustawione względem siebie) Najmniejsza energia, którą należy dostarczyć molowi substratów, aby każda z cząsteczek stała się reaktywna – energia aktywacji Szybkość reakcji zależy od energii aktywacji układu. v = f ( G * )

26 Energia aktywacji (kJ/mol) Połowiczny czas reakcji I rzędu w 27 C s 14 s 19 h 38 h Enzymy obniżają energię aktywacji układu Energia aktywacji a szybkość reakcji Energię aktywacji można wyznaczyć ln k = f(1/T) G* k = A exp(- G*/RT)

27 Enzymy obniżają energię aktywacji układu

28 Oddziaływanie enzym: substrat Teoria klucza i zamka Teoria wzbudzonego dopasowania

29 Enzym wiążąc substrat przyjmuje konformację komplementarną do stanu przejściowego

30

31 Efekt Kirke Enzym przyciąga substrat do centrum aktywnego Rozkład potencjału elektrostatycznego wokół enzymu – dysmutazy nadtlenkowej Pokazano obszary potencjału dodatniego i ujemnego. Substrat: O 2 -. jest naładowany ujemnie Sposoby oddziaływań elektrostatycznych enzymu z substratem

32 Wykres zależności szybkości reakcji katalizowanej przez enzym od stężenia substratu ma kształt hiperboliczny

33 Wykres zależności szybkości reakcji katalizowanej przez enzym allosteryczny od stężenia substratu ma kształt sigmoidalny

34 Czynniki wpływające na aktywność enzymu temperatura odczyn środowiska potencjał redoks Zależność aktywności enzymu od pH Zależność aktywności enzymu od temperatury Kształt wykresu v = f(T) może się zmieniać w zależności od momentu pomiaru

35 Aktywność enzymów może być hamowana

36 Aktywność enzymu może być regulowana Regulacja allosteryczna Stosunkowo niewielkie cząsteczki – ligandy allosteryczne - wiążą się z enzymami oligomerycznymi, zwiększając lub zmniejszając ich aktywność. Regulacja ma charakter płynny. Dotyczy często enzymu katalizującego pierwszą reakcję w szlaku biosyntetycznym. Regulacja kowalencyjna Enzym traci lub zyskuje aktywność w wyniku odłączenia lub przyłączenia małej grupy funkcyjnej, katalizowanego przez inny enzym. Regulacja ma najczęściej charakter zero-jedynkowy.

37 Aktywność enzymu – ilość enzymu katalizująca przekształcenie 1 mola substratu w produkt w jednostce czasu. Jeżeli jednostką czasu jest 1 min, to aktywność jest wyrażona w jednostkach U [U] = mol/min; w układzie SI katal = mol/s 1 katal = U Aktywność molekularna – liczba cząsteczek substratu przekształcona w produkt w czasie 1 min przez 1 cząsteczkę enzymu w optymalnych warunkach Nazwa stosowana poprzednio – liczba obrotów [Aktywność molekularna] = U/ mol = min -1

38 Stała katalityczna Stała katalityczna określa liczbę mikromoli substratu przekształconych przez 1 mol enzymu w produkt w ciągu 1 sekundy w optymalnych warunkach Aktywność molekularna 60 = k kat Dla enzymów zawierających więcej niż jedno centrum katalityczne Aktywność centrum katalit. = aktywność molekularna/liczba centrów k kat = V/[E][k kat ] = s -1

39 Izoenzymy Różne formy tego samego enzymu występujące w różnych organelach komórki lub różnych tkankach tego samego organizmu. Izoenzymy mogą się różnić m.in. strukturą przestrzenną, stopniem ufosforylowania, sposobem regulacji aktywności. Różnice te są konsekwencją niewielkich zmian struktury I-rzędowej.

40

41 Rybozymy i enzymy DNA Cząsteczki RNA lub DNA wykazujące aktywność autokatalityczną lub katalityczną 1.RNaza P 2.Autokatalityczne introny 3.Rybozymy typu głowa młotka i enzymy DNA 4.Transferaza peptydylowa w rybosomie

42 Autokatalityczne introny Struktura autokatalitycznego intronu z prekursora rRNA Tetrahymena, wycinającego się bez pomocy białek Mechanizm autokatalitycznego splicingu

43 Niektóre rybozymy i enzymy DNA przecinają mRNA Modele struktur II-rzędowych rybozymu typu głowa młotka (ang. hammerhead) i enzymu DNA Konformacja zwiniętego kompleksu rybozymu typu głowa młotka z mRNA

44 Transferaza peptydylowa – największy rybozym

45 Rybosom

46 Obraz miejsca tworzenia wiązania peptydowego w rybosomie


Pobierz ppt "Enzymologia-1 Informacje wstępne Aktywność katalityczna enzymów."

Podobne prezentacje


Reklamy Google