Mechanizmy reakcji enzymatycznych (II) Enzymologia-8 Mechanizmy reakcji enzymatycznych (II)

KLASY I PODKLASY ENZYMÓW OKSYDOREDUKTAZY 2. TRANSFERAZY dehydrogenazy - transaldolaza oksydazy - trasketolaza reduktazy - acylo-, metylo-, amino-, glukonylo- peroksydazy i fosforylo- transferazy katalaza - kinazy oksygenazy - fosfomutazy - hydroksylazy 3. HYDROLAZY 4. LIAZY - esterazy - dekarboksylazy - glikozydazy - aldolazy - peptydazy - ketolazy - tiolazy - hydratazy - fosfolipazy - dehydratazy - amidazy - syntazy - dezamidazy - liazy 5. IZOMERAZY 6. LIGAZY - racemazy - syntetazy - epimerazy - karboksylazy - mutazy

esteraza acetylocholinowa HYDROLAZY esteraza acetylocholinowa Inhibitory esterazy acetylocholinowej ciągle są jedynymi lekami stosowanymi rutynowo w leczeniu choroby Alzheimera

Reakcja katalizowana przez esterazę acetylocholinową

 L-asparaginaza EC 3.5.1.1

HYDROLAZY Enzymy proteolityczne Enzymy katalizujące hydrolizę wiązania peptydowego w substratach białkowych Podział ze względu na lokalizację miejsca cięcia: endopeptydazy (wewnątrz łańcucha); egzopeptydazy, odszczepiające aminokwas N-końcowy (aminopeptydazy) lub C-końcowy (karboksypeptydazy) ze względu na strukturę centrum aktywnego i mechanizm katalizy: proteazy serynowe, proteazy cysteinylowe, proteazy aspartylowe, metaloproteazy Niezbędne elementy strukturalne centrum katalitycznego: (1) grupa nukleofilowa N: atakująca atom węgla grupy karbonylowej substratu; (2) grupa(y) X+, obdarzone ładunkiem dodatnim, w sąsiedztwie atomu tlenu grupy karbonylowej substratu. Rola – polaryzacja grupy karbonylowej oraz stabilizacja tetraedrycznego intermediatu (3) grupa protonodonorowa Y-H; uprotonowanie grupy –NH- substratu czyni ją lepszą grupą odchodzącą

Enzymy proteolityczne Proteazy serynowe Chymotrypsyna - enzym proteolityczny, wytwarzany przez trzustkę Specyficzność substratowa Reszta seryny 195 jest szczególnie reaktywna.

Ser195, His57 i Asp102 tworzą triadę katalityczną

Mechanizm reakcji katalizowanej przez chymotrypsynę

W centrum aktywnym chymotrypsyny: N: Ser195 Y-H His57 X+ grupy -aminowe Gly193 i Ser195 Stabilizacja stanu przejściowego w centrum aktywnym chymotrypsyny

Rozpoznanie i wiązanie substratu przez chymotrypsynę i inne proteazy serynowe kieszeń chymotrypsyny(1) i trypsyny (2) miejsce rozpoznania i wiązania substratu Porównanie miejsc wiązania substratu w niektórych proteazach serynowych

Enzymy proteolityczne Proteazy cysteinylowe Przykłady: papaina - enzym proteolityczny z Carica papaya; katepsyny; kaspazy Reszta Cys25 odgrywa w centrum aktywnym papainy rolę N: Ponieważ grupa tiolowa cysteiny jest dużo silniejszym czynnikiem nukleofilowym, niż grupa –OH seryny, więc nie wymaga ona dodatkowej aktywacji, jak ma to miejsce w proteazach serynowych. W centrum aktywnym papainy: N: Cys25; Y-H His159; X+ grupy -aminowe z wiązań peptydowych

Enzymy proteolityczne Proteazy aspartylowe Przykłady: renina (podpuszczka), pepsyna W centrum katalitycznym brak reszty o charakterze N: Rolę N: odgrywa aktywowana cząsteczka H2O Struktura reniny z uwidocznieniem kluczowych reszt katalitycznych

Mechanizm reakcji katalizowanej przez pepsynę W centrum aktywnym pepsyny: N: H2O aktywowana przez Asp32; Y-H Asp215; X+ grupa -aminowa Gly76

Enzymy proteolityczne Metaloproteazy Przykłady: karboksypeptydaza A, termolizyna bakteryjna W centrum aktywnym enzymu jon metalu, zwykle Zn(II) Struktura termolizyny i jej centrum aktywnego

W centrum aktywnym karboksypeptydazy A: N: H2O aktywowana przez Glu270 Y-H B? X+ Zn(II) Postulowany mechanizm reakcji katalizowanej przez karboksypeptydazę A

Porównanie sposobów aktywacji czynnika N: przez proteazy

LIAZY I LIGAZY reakcje karboksylacji i dekarboksylacji enzymatyczne kondensacje: aldolowa i Claisena reakcje eliminacji i addycji do podwójnego wiązania (H20, NH3) reakcje tworzenia wiązań estrowych i amidowych Ligazy nazywane są często syntazami lub syntetazami Syntetazy katalizują tworzenie wiązań z udziałem ATP; syntazy nie wymagają ATP

LIAZY I LIGAZY Enzymatyczne reakcje dekarboksylacji Produktem pośrednim jest karboanion; substratami są: -ketokwasy, -ketokwasy, aminokwasy Pirofosforan tiaminy – koenzym dekarboksylaz -ketokwasów

Mechanizm reakcji katalizowanej przez dekarboksylazę pirogronianową Aldehyd octowy Mechanizm reakcji katalizowanej przez dekarboksylazę pirogronianową

LIAZY I LIGAZY Enzymatyczne reakcje karboksylacji enzymy współpracujące z biotyną i ATP, karboksylujące -ketokwasy lub acyloCoA; enzymy karboksylujące fosfoenolopirogronian; enzymy karboksylujące białka, współpracujące z witaminą K; karboksylaza rybulozo-1,5-difosforanu Karboksylaza pirogronianowa Domena karboksylazy pirogronianowej wiążąca biotynę

Etap I Etap II Mechanizm reakcji katalizowanej przez karboksylazę pirogronianową Etapy I i II odbywają się w różnych domenach enzymu pirogronian szczawiooctan

Enzymatyczne kondensacje: aldolowa i Claisena Schemat reakcji kondensacji aldolowej katalizowanej przez aldolazy Schemat kondensacji Claisena katalizowanej przez ligazy CoA W obu reakcjach produktem pośrednim jest forma enolowa jednego z substratów stabilizowana w centrum aktywnym enzymu poprzez utworzenie zasady Schiffa z resztą -aminową lizyny lub koordynację przez jon metalu.

Mechanizm reakcji katalizowanej przez aldolazę DHP G3P F-1,6-diP Mechanizm reakcji katalizowanej przez aldolazę

Enzymatyczna kondensacja Claisena szczawiooctan AcCoA cytrynian Mechanizm reakcji katalizowanej przez syntazę cytrynianową Reakcję rozszczepienia kwasu cytrynowego do AcCoA i szczawiooctanu katalizuje liaza cytrynianowa

Reakcje eliminacji wody i przyłączenia wody do podwójnego wiązania Schemat ogólny reakcji Przykłady enzymów: akonitaza, fumaraza Reakcja katalizowana przez fumarazę przebiega stereospecyficznie

Akonitaza i fumaraza -H2O +H2O cytrynian cis-akonitan

Reakcje tworzenia wiązań estrowych i amidowych Przykłady: syntetazy aminoacylo-tRNA (wiązanie estrowe) syntetaza L-glutaminy (wiązanie amidowe) Reakcja katalizowana przez syntetazę glutaminy Etap I Etap II

Izomerazy katalizują reakcje, dla których G  0 reakcje racemizacji reakcje epimeryzacji reakcje izomeryzacji cis-trans reakcje tautomeryzacji reakcje przegrupowań wewnatrzcząsteczkowych reakcje przekształcenia aldoza-ketoza Izomerazy katalizują reakcje, dla których G  0

Racemizacja aminokwasów Reakcja katalizowana przez racemazę alaninową

Epimeryzacja cukrów Reakcja katalizowana przez 4-epimerazę UDP-glukozową

Przemiana aldoza: ketoza Przykład: izomeraza fosfotriozowa Mechanizm reakcji katalizowanej przez izomerazę fosfotriozową

Struktura izomerazy fosfotriozowej w kompleksie z fosfodihydrosyacetonem (DHP)

Reakcje przegrupowań wewnątrzcząsteczkowych katalizowane przez mutazy współpracujące z koenzymem B12 Struktura koenzymu B12

Reakcje przegrupowań wewnątrzcząsteczkowych katalizowane przez mutazy współpracujące z koenzymem B12 Powstawanie rodnika 5’-deoksyadenozylowego Przykład: mutaza metylomalonyloCoA Reakcja katalizowana przez mutazę metylomalonylo CoA

Mechanizm reakcji katalizowanej przez mutazę współpracującą z koenzymem B12 Mechanizm przegrupowania katalizowanego przez mutazę metylomalonylo CoA

Centrum aktywne mutazy metylomalonyloCoA