Mechanizmy reakcji enzymatycznych (II)

Prezentacja na temat: "Mechanizmy reakcji enzymatycznych (II)"— Zapis prezentacji:

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

2 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 LIAZY - esterazy dekarboksylazy - glikozydazy - aldolazy - peptydazy - ketolazy - tiolazy hydratazy - fosfolipazy - dehydratazy - amidazy syntazy - dezamidazy - liazy 5. IZOMERAZY LIGAZY - racemazy - syntetazy - epimerazy - karboksylazy - mutazy

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

4 Reakcja katalizowana przez esterazę acetylocholinową

5  L-asparaginaza EC

6 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

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

8 Ser195, His57 i Asp102 tworzą triadę katalityczną

9 Mechanizm reakcji katalizowanej przez chymotrypsynę

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

11 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

12 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

13 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

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

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

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

17 Porównanie sposobów aktywacji czynnika N: przez proteazy

18 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

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

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

21 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

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

23 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.

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

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

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

27 Akonitaza i fumaraza -H2O +H2O cytrynian cis-akonitan

28 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

29 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

30 Racemizacja aminokwasów Reakcja katalizowana przez racemazę alaninową

31 Epimeryzacja cukrów Reakcja katalizowana przez 4-epimerazę UDP-glukozową

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

33 Struktura izomerazy fosfotriozowej w kompleksie z fosfodihydrosyacetonem (DHP)

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

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

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

37 Centrum aktywne mutazy metylomalonyloCoA