Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu 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.

Enzymy - chemiczne regulatory reakcji cz. II

Działanie enzymu Ponieważ warunkiem zajścia procesu enzymatycznego jest połączenie się enzymu z substratem. Na powierzchni części białkowej enzymu znajduje się miejsce, zwykle złożone z aminokwasów zawierających dużą liczbę wolnych grup funkcyjnych, za pomocą których dochodzi do połączenia się enzymu z reagującymi substancjami. Jest to tzw. centrum (miejsce) aktywne, dzięki któremu powstaje kompleks enzym- substrat. Właśnie podczas łączenia substratu z enzymem zachodzi obniżenia energii aktywacji. SUBSTRAT MIEJSCE AKTYWNE

Kataliza enzymatyczna Kataliza enzymatyczne przebiega według następujących etapów: aktywowanie centrum i substratów, mające na celu ich przestrzenne dopasowanie wytworzenie kompleksu enzym-substrat, co obniża energię aktywacji i umożliwia szybkie zajście procesu oddzielenie enzymu od produktów KOENZYM SUBSTRAT ENZYM KOMPLEKS ENZYM-SUBSTRAT PRODUKTY

Modele tłumaczące tworzenie się kompleksu enzym-substrat Model "klucza i zamka" (ang. "Lock and key" model) Jak sugerował w roku 1894 Hermann Emil Fischer, zarówno enzym jak i jego substraty są do siebie geometrycznie dopasowane w taki sposób, że idealnie pasują jeden do drugiego (jak "klucz i zamek") – enzym (molekularny zamek) do którego pasują tylko specyficzne substraty (molekularne klucze). SUBSTRAT - KLUCZ ENZYM - ZAMEK CENTRUM AKTYWNE PRODUKTY

Modele tłumaczące tworzenie się kompleksu enzym-substrat Model indukowanego dopasowania (ang. Induced fit model) Model ten zaproponowany przez Daniela E. Koshlanda zakłada, że enzymy są zwykle dość elastyczne strukturalnie, ponieważ grupy boczne aminokwasów tworzące centrum aktywne podlegają rearanżacjom przestrzennym, ściśle dopasowując swe pozycje do wiązanego substratu, co dopiero umożliwia przeprowadzenie katalizy.

Model indukowanego dopasowania (ang. Induced fit model) SUBSTRAT CENTRUM AKTYWNE DOPASOWUJE SIĘ DO SUBSTRATU PRODUKTY ENZYM

Czynniki wpływające na czynność enzymów Wymienia się kilka determinant aktywności metabolicznej enzymów: obecność inhibitorów temperatura pH środowiska utrwalacze stężenie reagujących składników Pewne reakcje enzymatyczne wymagają obecności tzw. aktywatorów, czyli substancji, które uczynniają enzymy.

Inhibitory enzymów Substancje hamujące działanie enzymów to inhibitory reakcji enzymatycznych. Rozróżnia się dwa typy inhibicji (hamowania) enzymów: nieodwracalną i odwracalną. W inhibicji nieodwracalnej inhibitor wiąże się kowalencyjnie z enzymem tak silnie, że jego dysocjacja jest niemożliwa. W tym przypadku enzym ulega unieczynnieniu lub całkowitemu zniszczeniu. W inhibicji odwracalnej szybko osiągany jest stan równowagi w układzie enzym-inhibitor. Wyróżnia się dwa typy inhibicji odwracalnej: kompetycyjna niekompetycyjna

Inhibicja kompetycyjna Inhibitor kompetycyjny jest zazwyczaj strukturalnie podobny do normalnego substratu danego enzymu. Dzięki temu współzawodniczy z substratem o centrum aktywne. Enzym może wiązać albo cząsteczkę substratu, albo cząsteczkę inhibitora, ale nigdy obie równocześnie. Inhibitor łączy się z centrum aktywnym tymczasowo i nie uszkadza enzymu. Inhibicja kompetycyjna jest odwracalna, gdyż jeżeli wzrośnie stężenie substratu, działanie inhibitora zostaje przezwyciężone, ponieważ duże stężenie substratu będzie z powodzeniem współzawodniczyć z cząsteczką inhibitora o wiązanie się w miejscu aktywnym.

INHIBITOR SUBSTRAT ENZYM PRODUKT Inhibicja kompetycyjna

Inhibicja niekompetycyjna Inhibitor niekompetycyjny wiąże się odwracalnie z enzymem w innym miejscu niż centrum aktywne i powoduje zmianę przestrzenną kształtu enzymu – substrat wprawdzie może być wiązany, ale dalsza reakcja i tak ulega zahamowaniu. Ponieważ inhibitor wiąże się w innym miejscu niż substrat, enzym może wiązać albo inhibitor, albo substrat, lub też inhibitor i substrat równocześnie. Efektu działania inhibitora niekompetycyjnego nie można przezwyciężyć przez zwiększenie stężenia substratu.

Inhibicja niekompetycyjna INHIBITOR ENZYM SUBSTRAT PRODUKT

Temperatura wpływa na aktywność enzymów Dla większości enzymów można określić tzw. optimum termiczne, czyli temperaturę, w której szybkość katalizowanych przez nie reakcji jest największa. Temperatura optymalna dla enzymów organizmu człowieka zbliżona jest do temperatury ciała. Szybkość większości reakcji katalizowanych przez enzymy wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, lecz jednak do pewnych granic. W temperaturze powyżej 50 °C większość enzymów traci aktywność, gdyż pod wpływem ciepła dochodzi do denaturacji białka, czyli do nieodwracalnej zmiany jego trzeciorzędowej struktury. Fakt ten wyjaśnia, dlaczego większość organizmów ginie w tej temperaturze.

Dla każdego enzymu istnieje optymalne pH Dla większości enzymów można określić pewne optymalne pH i wąski przedział pH, poza którym nie wykazują swej aktywności. Większość enzymów dla optymalnego katalizowania reakcji wymaga środowiska obojętnego, zaś silne kwasy i zasady powodują ich unieczynnienie - denaturację. Wiele enzymów wykazuje optimum aktywności w pobliżu pH 6,8, ale ogólnie istnieje duże zróżnicowanie optimum pH dla enzymów, wywołane różnicami środowiska, w którym enzymom przyszło działać. Na przykład enzym trawienny pepsyna jest przystosowany do działania w kwaśnym pH żołądka (około pH 2,0)

Wpływ temperatury i pH na aktywność enzymów temperatura °C aktywność enzymu pH

Stężenie reagujących składników Normalny układ zależności szybkości działania enzymu od stężenia substratu [S] polega na tym, że przy małych stężeniach substratu podwojenie [S] powoduje podwojenie początkowej szybkości V 0. Jednakże przy większych stężeniach substratu enzym ulega wysyceniu i dalszy wzrost [S] powoduje tylko małą zmianę V 0. Dzieje się tak, ponieważ przy wysycających stężeniach substratu praktycznie wszystkie cząsteczki enzymu zawierają związany substrat. V0V0 [S] Zależność między stężeniem substratu [S] a początkową szybkością reakcji (V 0 )

Stała Michaelisa - Menten Zależność szybkości katalizowanej reakcji od stężenia substratu jest określona krzywą Michaelisa - Menten. K m oznacza stałą Michaelisa, tzn. takie stężenie substratu, przy którym szybkość katalizowanej reakcji osiąga połowę szybkości maksymalnej. stężenie substratu szybkość reakcji

Enzymy nie działają pojedynczo, zwykle są one zorganizowane w kompleksy enzymatyczne, katalizujące wiele skomplikowanych przemian metabolicznych. W takich przypadkach produkt działania jednego enzymu jest substratem do działania następnego. Szereg enzymów występuje wyłącznie w określonych organelach, np. w chloroplastach, mitochondriach, lizosomach. Jeżeli enzymy te można wykryć metodami histochemicznymi, wówczas określa się je jako markery, czyli znaczniki danych organeli. Na przykład dehydrogenaza bursztynianowa – enzym cyklu Krebsa – jest markerem wewnętrznej błony mitochondrium.

Aktywacja proteolityczna Wiele enzymów jest syntetyzowanych jako większe, nieaktywne formy prekursorowe o nazwie proenzymy lub zymogeny. Aktywacja zymogenów polega na nieodwracalnej hydrolizie jednego lub więcej wiązań peptydowych. Na przykład protezay trzustkowe – trypsyna, chymotrypsyna – pochodzą z prekursorów zymogenowych (odpowiednio – trypsynogenu, chymotrypsynogenu) uaktywnianych proteolitycznie. Przedwczesna aktywacja tych prekursorów wywołuje ostre zapalenie trzustki. Również kaskada krzepnięcia krwi obejmuje serię aktywacji różnych zymogenów.

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