Mechanizmy reakcji enzymatycznych (I) Enzymologia-7 Mechanizmy reakcji enzymatycznych (I)

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

OKSYDOREDUKTAZY Stopnie utlenienia atomów węgla w metabolitach Schemat ogólny reakcji redoks Utlenienie: usunięcie elektronów.   Akceptor: koenzym lub grupa prostetyczna (jon metalu); w drugim przypadku jon pełni rolę pośrednika, a końcowym akceptorem jest cząsteczka O2 ulegająca dwuelektronowej redukcji do H2O2 lub czteroelektronowej redukcji do H2O

Potencjał oksydoredukcyjny Potencjał oksydoredukcyjny pary X: X- odpowiada napięciu (SEM) ogniwa, w którym elektrodą odniesienia jest standardowa elektroda wodorowa. Silne reduktory wykazują ujemny potencjał redoks, a silne utleniacze – dodatni. Stan standardowy przyjęty przez biochemików odpowiada [H+] = 10-7 M, czyli pH = 7

Standardowe potencjały redoks niektórych reakcji biochemicznych Reakcja E0’ (V) ½ O2 + 2H+ + 2e- H2O 0,82 Fe(III) + e- Fe(II) 0,77 cytochrom c /Fe(III)/ + e- cytochrom c /Fe(II)/ 0,22 Fumaran + 2H+ + 2e- bursztynian 0,03 FAD + 2H+ + 2e- FADH2 -0.22 NAD(P)+ + H+ + 2e- NAD(P)H -0,32 2H+ + 2e- H2 -0,42 octan + CO2 + 2H+ + 2e- pirogronian -0,70

E0 = E0(red) – E 0(utl) = - 0.19 V – (- 0.32 V) = + 0.13 V OKSYDOREDUKTAZY Przewidywanie kierunku reakcji redoks Reakcja redukcji pirogronianu ma większą wartość E0 niż reakcja redukcji NAD+, zatem w tym układzie pirogronian jest redukowany do mleczanu zaś NADH - utleniany do NAD+ E0 = E0(red) – E 0(utl) = - 0.19 V – (- 0.32 V) = + 0.13 V

Dwie możliwości tworzenia produktu pośredniego w procesach przeniesienia dwuelektronowego

Fizjologiczne „pułapki” wolnych rodników

Dehydrogenazy wykorzystujące dinukleotydy nikotynamidoadeninowe

Typy reakcji katalizowanych przez enzymy wykorzystujące NAD(P)+/NAD(P)H Reakcja Przykładowe enzymy Dehydrogenaza alkoholowa Dehydrogenaza mleczanowa Dehydrogenaza jabłczanowa Dehydrogenaza glutaminanowa Dehydrogenaza izocytrynianowa Dehydrogenaza aldehydowa Reduktaza steroidowa Reduktaza dihydrofolianowa

Dehydrogenaza alkoholowa

Reakcje enzymatycznego utleniania i redukcji z udziałem nukleotydów flawinowych FAD

Flawoenzymy Dehydrogenazy O2 nie jest akceptorem elektronów. Reakcja często zachodzi w etapach jednoelektronowych, a akceptorami elektronów sa: chinony, cytochromy lub niehemowe kompleksy żelazo-siarka Oksydazy Akceptorem elektronów jest O2 redukowany w procesie dwuelektronowym do H2O2 Oksydazodekarboksylazy Akceptorem elektronów jest O2 redukowany w procesie czteroelektronowym do H2O Monooksygenazy Akceptorem elektronów jest O2, przy czym produktami reakcji są woda i hydroksylowany produkt Dioksygenazy Akceptorem elektronów jest O2, przy czym oba atomy tlenu zostają związane w produkcie Metaloflawoenzymy Akceptorem elektronów może być O2, Wymagana jest obecność jonu metalu (Fe2+, Fe3+, Mo4+) służącego jako przenośnik elektronów Flawodoksyny Elektrony przenoszone są w etapach jednoelektronowych. Bez wątpienia reakcje te zachodzą z utworzeniem semichinonu

Dehydrogenazy flawinowe Dehydrogenaza bursztynianowa

Oksydazy flawinowe Schemat ogólny reakcji Etapy reakcji

Reakcja katalizowana przez oksydazę D-aminokwasową

Reakcja katalizowana przez oksydazę D-aminokwasową Mechanizm reakcji

Monooksygenazy flawinowe XH – zwykle NADH lub NADPH Mechanizm reakcji katalizowanej prze lucyferazę bakteryjną

Monooksygenazy pterynowe Hydroksylaza fenyloalaninowa   Etapy reakcji: a/ tetrahydrobiopteryna związana z enzymem redukuje Fe(III) do Fe (II); b/ jon Fe(II) łączy się z anionorodnikiem nadtlenkowym – tworzy się kompleks Fe(II): anionorodnik; c/ kompleks służy jako czynnik epoksydujący pierścień L-Phe; d/ przegrupowanie

O2 + O2 + 2H+ O2 + H2O2 Oksydazy zawierające jony miedzi Oksydaza aminowa Dysmutaza nadtlenkowa O2 + O2 + 2H+ O2 + H2O2

Enzymy hemoproteinowe Struktura cytochromu c Położenie hemu w cytochromach tyou c

Enzymy hemoproteinowe Monooksygenazy cytochromu P450 RH + O2 + NADPH + H+  ROH + H2O + NADP+ Działanie cytochromu P450

Dioksygenazy Cyklooksygenaza prostaglandynowa Aktywność cyklooksygenazową wykazuje syntaza prostaglandyny H2

Transferazy Koenzymy współpracujące z transferazami Przenoszona grupa funkcyjna Koenzym metylowa, metylenowa, kwasy tetrahydrofoliowe formylowa, formiminwa S-adenozylometionina kobalamina aldehydowe i ketonowe pirofosforan tiaminy acylowe koenzym A lipoamid aminowe fosforan pirydoksalu

Struktura kwasów tetrahydrofoliowych

Transferazy przenoszące grupy jednowęglowe Hydroksymetylaza serynowa Etap I

Etap II

S-adenozynometionina jako donor grupy metylowej lub...

Acylotransferazy Struktura acylokoenzymu A

Mechanizm reakcji katalizowanej przez syntazę kwasu -aminolewulinowego

Fosfotransferazy FOSFATAZY FOSFODIESTERAZY KINAZY FOSFORYLAZY

Przeniesienie fosforylu - kinazy Przeniesienie pirofosforylu Przeniesienie adenylilu Przeniesienie adenozylu

aminokwas1 + -ketokwas2 aminokwas2 + -ketokwas1 Aminotransferazy Aminotransferazy katalizują przeniesienie grupy aminowej z aminokwasu na -ketokwas. Aminotransferazy współpracują z fosforanem pirydoksalu (PLP) aminokwas1 + -ketokwas2 aminokwas2 + -ketokwas1

aminokwas1 + E-PLP -ketokwas2 + E-PMP Aminotransferazy Pierwsza połowa reakcji katalizowanej przez aminotransferazę aminokwas1 + E-PLP -ketokwas2 + E-PMP Druga połowa reakcji jest niejako odwróceniem reakcji pierwszej -ketokwas2 + E-PMP aminokwas2 + E-PLP

Aminotransferazy Struktura aminotransferazy asparaginianowej

Enzymy wykorzystujące PLP jako koenzym należą do różnych klas np. aminotransferazy, racemazy aminokwasowe np. dekarboksylazy aminokwasowe, syntaza kwasu -aminolewulinowego Sprotonowana forma aldoiminy pełni rolę pułapki elektronowej. Ładunek dodatni na atomie azotu stabilizuje intermediat np. aldolazy, hydroksymetylotransferaza serynowa