Enzimi predavanje iz kliničke biohemije. Odsjek za biohemiju

Supstrat (S) - supstanca čije hemijske transformacije u proizvod (P) katalizira enzim (E).

S + E --> P, enzim smanjuje energiju aktivacije; ovo ubrzava reakciju.

Aktivno mjesto enzima je dio površine molekule enzima koji direktno stupa u interakciju s molekulom supstrata. Formira se od aminokiselinskih ostataka koji su dio različitih dijelova polipeptidnog lanca ili različitih polipeptidnih lanaca koji su prostorno bliski. Javlja se na nivou tercijarne strukture proteina-enzima.

U okviru njega izdvajaju se tri oblasti:

1) katalitički centar - područje (zona) aktivnog centra enzima, direktno uključenog u hemijske transformacije supstrata. Nastaje zbog radikala od 2-3 aminokiseline koji se nalaze na različitim mjestima polipeptidnog lanca enzima, ali prostorno blizu jedan drugom zbog zavoja ovog lanca. Ako je enzim složen protein, tada je prostetička grupa molekule enzima, koenzim, često uključena u formiranje katalitičkog centra (na primjer, svi vitamini rastvorljivi u vodi i vitamin K topiv u mastima);

2) adsorpcioni centar - deo aktivnog centra molekula enzima, na kome dolazi do sorpcije (vezivanja) molekula supstrata. Formira ga 1, 2, češće 3 radikala aminokiselina koji se nalaze u blizini katalitičkog centra. Glavna funkcija je vezati molekulu supstrata i prenijeti ovu molekulu u katalitički centar u najpogodniji položaj (za katalitički centar). Sorpcija se javlja samo zbog slabih vrsta veza i stoga je reverzibilna. Kako se ove veze formiraju, dolazi do konformacijskog preuređivanja adsorpcionog centra, što dovodi do bližeg približavanja supstrata i aktivnog mjesta enzima, što preciznije odgovara njihovim prostornim konfiguracijama. Struktura adsorpcionog centra određuje specifičnost supstrata enzima;

3) alosterični centri - takvi dijelovi molekule enzima izvan njegovog aktivnog centra koji su u stanju da se vežu slabim vrstama veza (što znači reverzibilno) s jednom ili drugom tvari (ligandom). Ovo vezivanje dovodi do takvog konformacionog preuređivanja molekula enzima, koji se proteže i do aktivnog centra, olakšavajući ili ometajući (usporujući) njegov rad. U skladu s tim, takve tvari se nazivaju alosterični aktivatori ili alosterični inhibitori ovog enzima. Alosterični centri se ne nalaze u svim enzimima.

• 
  Struktura enzimi enzim(E).


• 
  Struktura enzimi. Supstrat (S) - supstanca čije hemijske transformacije u proizvod (P) katalizira enzim. (Enzimi kao biološki katalizatori.


• 
  Specifičnost supstrata - sposobnost enzim katalizuju transformaciju samo jednog specifičnog supstrata ili grupe sličnih struktura supstrati.


• 
  Hajde da ih rastavite struktura na primjeru IgG molekula.
  Klasifikacija proteina- enzimi krvna plazma: 1) enzimi plazma - obavljaju specifične metaboličke funkcije u plazmi.


• 
  Struktura proteinski molekuli. makromolekule proteina izgledaju kao kuglice (globule). svakome
  Nomenklatura i klasifikacija enzimi,Trenutno je poznato više od 2400 enzimi.


• 
  Struktura nukleus: Jezgro se sastoji od nuklearne membrane (nukleoplazme) koja sadrži kromatin i jezgre.
  Nukleoplazma sadrži proteine enzimi, nukleotidi, joni itd. Funkcije kernela...


• 
  Koristeći znanje o zgrada i funkcije probavnog sistema, otkrivaju ulogu enzimi u varenju navedite prevenciju trovanja hranom, crijevnih infekcija.

Ja odobravam

Glava cafe prof., d.m.s.

Meščaninov V.N.

__________________2005

Predavanje br. 1 Tema: Uvod u biohemiju. Enzimi: struktura, svojstva, lokalizacija, nomenklatura i klasifikacija.

Fakulteti: medicinsko-preventivni, medicinsko-preventivni, pedijatrijski.

Biohemija - nauka koja proučava supstance koje čine žive organizme, njihove transformacije, kao i odnos ovih transformacija sa aktivnostima organa i tkiva. Biohemija - nauka o hemijskim osnovama životnih procesa.

Biohemija se kao samostalna nauka pojavila krajem 19. veka. Na raskrsnici biologije i hemije, iako njegovo porijeklo seže u daleku prošlost. Od 1. polovine 16. veka. Svoj doprinos razvoju hemije i medicine dali su liječnici hemičari poput njemačkog ljekara i prirodnjaka F. Paracelsusa, te holandskih naučnika J. B. van Helmonta i F. Sylviusa i drugih, koji su proučavali probavne sokove, žuč i procese fermentacije.

Biohemija se deli na: 1) statičku (analizira hemijski sastav organizama); 2) dinamički (proučava metabolizam i energiju u organizmu); 3) funkcionalni (istražuje molekularne osnove različitih manifestacija vitalne aktivnosti).

Prema predmetima proučavanja, biohemija se deli na: 1) biohemiju ljudi i životinja; 2) biohemija biljaka; 3) biohemija mikroorganizama.

Bavićemo se medicinskom biohemijom, jednom od sekcija biohemije ljudi i životinja. Predmet medicinska biohemija je čovek.

cilj kurs medicinska biohemija je proučavanje: 1) molekularne osnove ljudskih fizioloških funkcija; 2) molekularni mehanizmi patogeneze bolesti; 3) biohemijske osnove za prevenciju i lečenje bolesti; 4) biohemijske metode za dijagnostiku bolesti i praćenje efikasnosti lečenja.

Ciljevi kursa medicinska biohemija: 1) proučavati teorijski materijal; 2) steknu praktične veštine u biohemijskim istraživanjima; 3) naučiti tumačiti rezultate biohemijskih studija.

Hemijska priroda, fizičko-hemijska svojstva i biološka uloga enzima.

Osnova života svakog organizma su hemijski procesi. Gotovo sve reakcije u živom organizmu odvijaju se uz sudjelovanje prirodnih biokatalizatora koji se nazivaju enzimi ili enzimi.

enzimi - oni su proteini (osnovani 1922.) koji djeluju kao katalizatori u biološkim sistemima.

Kao supstance proteinske prirode, enzimi imaju sva svojstva proteina:

hidrolizirani u aminokiseline;

daju pozitivne reakcije boje na proteine ​​(biuret, ksantoprotein);

poput proteina, otapaju se u vodi i formiraju koloidne otopine;

su amfoterna jedinjenja;

sklon denaturaciji pod uticajem istih faktora: temperature, pH promene, dejstva soli teških metala, dejstva fizičkih faktora (ultrazvuk, jonizujuće zračenje, itd.);

imaju nekoliko nivoa organizacije makromolekula, što potvrđuju i podaci rendgenske difrakcijske analize, NMR, EPR.

Biološka uloga enzima je da obezbjeđuju kontrolirani tok svih metaboličkih procesa u tijelu.

Enzimi i vitamini

Uloga bioloških molekula koji čine tijelo.

Predavanje br. 7

(2 sata)

Opće karakteristike enzima

Struktura enzima

Glavni koraci enzimske katalize

Enzimska svojstva

Nomenklatura i klasifikacija enzima

Inhibitori i aktivatori enzima

Klasifikacija vitamina

Vitamini rastvorljivi u mastima

Vitamini rastvorljivi u vodi

B vitamini

Opšti znaci enzima i katalizatori anorganske prirode:

Katalizirajte samo energetski moguće reakcije

Ne mijenjajte smjer reakcije

Ne konzumira se tokom reakcije

Ne učestvuju u stvaranju produkta reakcije.

Enzimske razlike od nebioloških katalizatora:

Proteinska struktura;

Visoka osetljivost na fizičke i hemijske faktore okoline, rad u blažim uslovima (P atmosfersko, 30-40 o C, pH blizu neutralnog);

Visoka osjetljivost na kemijske reagense;

Visoka efikasnost djelovanja (mogu ubrzati reakciju za 10 8 -10 12 puta; jedan F molekul može katalizirati 1000-1000000 molekula supstrata za 1 min);

Visoka selektivnost F na supstrate (specifičnost supstrata) i na vrstu katalizirane reakcije (specifičnost djelovanja);

F aktivnost je regulisana posebnim mehanizmima.

Prema svojoj strukturi, enzimi se dijele na jednostavno(jednokomponentni) i kompleks(dvokomponentni). Jednostavno se sastoji samo od proteinskog dijela, složeno ( holoenzim) - iz proteinskih i neproteinskih dijelova. Proteinski dio - apoenzim, neproteinski - koenzim(vitamini B 1, B 2, B 5, B 6, H, Q, itd.). Zasebno, apoenzim i koenzim nemaju katalitičku aktivnost. Mjesto na površini molekule enzima koje stupa u interakciju s molekulom supstrata - aktivni centar.

aktivni centar formirani od aminokiselinskih ostataka koji su dio različitih dijelova polipeptidnog lanca ili raznih susjednih polipeptidnih lanaca. Formira se na nivou tercijarne strukture proteina-enzima. U njegovim granicama razlikuju se supstratni (adsorpcijski) centar i katalitički centar. Pored aktivnog centra, postoje i posebna funkcionalna mjesta - alosterični (regulatorni) centri.

katalitičkog centra- ovo je područje aktivnog centra enzima, koji je direktno uključen u hemijske transformacije supstrata. CC jednostavnih enzima je kombinacija nekoliko aminokiselinskih ostataka koji se nalaze na različitim mjestima polipeptidnog lanca enzima, ali prostorno blizu jedan drugom zbog zavoja ovog lanca (serin, cistein, tirozin, histidin, arginin, asp. i prezasićenost kiselinama). CC kompleksnog proteina je složeniji, jer uključena je prostetička grupa enzima - koenzim (vitamini rastvorljivi u vodi i vitamin K rastvorljiv u mastima).

Supstrat (adsorpcija) cent p je mjesto aktivnog centra enzima, na kojem dolazi do sorpcije (vezivanja) molekula supstrata. SC formiraju jedan, dva, češće tri radikala aminokiselina, koji se obično nalaze u blizini katalitičkog centra. Glavna funkcija SC-a je vezivanje molekula supstrata i njegovo prenošenje u katalitički centar u najpogodniji položaj za njega.

Alosterični centar("koji ima drugačiju prostornu strukturu") - dio molekule enzima izvan njegovog aktivnog centra, koji se reverzibilno vezuje za bilo koju supstancu. Takvo vezivanje dovodi do promjene konformacije molekula enzima i njegove aktivnosti. Aktivni centar ili počinje raditi brže ili sporije. U skladu s tim, takve tvari se nazivaju alosterični aktivatori ili alosterični inhibitori.

Alosterični centri ne nalazi se u svim enzimima. Nalaze se u enzimima čiji se rad mijenja pod uticajem hormona, medijatora i drugih biološki aktivnih supstanci.

Enzimi.

enzimi - organske supstance proteinske prirode koje su biološki katalizatori.

Po hemijskoj prirodi - globularni proteini ubrzavaju hemijske reakcije hiljadama puta

Otvorio Konstantin Kirchhoff, 1814 (pretvarao skrob u šećer pod dejstvom amilaze) Neki enzimi se sastoje samo od proteina, ali većina, pored proteinskog dela (apoenzima), ima i neproteinsku komponentu (kofaktor). Kofaktor mogu biti neorganski joni ili organska jedinjenja. Ako je proteinski dio enzima slabo vezan za kofaktor i enzim se aktivira tek kada je ovaj dio vezan, tada se kofaktor naziva koenzim. Nukleotidi i vitamini su često koenzimi, molekule svih enzima imaju 1 ili više aktivnih centara. Aktivni centar se veže za supstrat, ostatak enzima služi za održavanje strukture aktivnog centra. Aktivno mjesto sadrži kofaktore i koenzime.

Djelovanje enzima u ćeliji je uvijek striktno koordinisano i odvija se u određenom nizu po principu „ključ i brava“.

1 Klasifikacija enzima.

1 Oksidoreduktaze - katalizuju redoks reakcije (oksidaze, dehidrogenaze, piroksidaze)

2 Transferaze - kataliziraju prijenos atomskih grupa s jednog molekula na drugi (aminotransferaze - prijenos NH2 grupa tokom transaminacije aminokiselina).

3 Hidrolaze - ubrzavaju hidrolizu (amilaze, lipaze).

4 liaze - ubrzavaju nehidrolitičku razgradnju duž C-C, C-O veza (dekarboksilaza cijepa CO2 od PVC-a uz stvaranje acetaldehida).

5 izomeraze - ubrzavaju konverziju izomera.

6 ligaza (sintetaza).

Klase se dijele na podklase i potklase. Svaki ekstrahirani enzim ima svoju šifru koja sadrži 4 broja. Prva cifra označava klasu, druga potklasu, treća podklasu, a četvrta broj unutar podklase.

Primjer: šifra 3.5.3.1.

3 podklasa hidrolaza; 5 koji rade na C-N komunikacijama; 3 cijepajući ove veze u linearne, a ne cikličke spojeve.

2 mehanizma katalize. Kinetika i regulacija enzimskih reakcija.

Mehanizam djelovanja enzima:

Enzim + supstrat---supstratni kompleks---enzim + proizvod reakcije

Mehanizam se zasniva na formiranju intermedijarnog kompleksa enzim-supstrat, u kojem je supstanca povezana sa aktivnim mestom enzima tokom formiranja kompleksa, molekula supstrata se deformiše, a električno polje enzima menja prostorna konfiguracija podloge. Dolazi do preraspodjele polariteta, gustoće elektrona, popuštaju se veze supstrata, smanjuje se snaga. Kompleks enzimskog supstrata postaje nestabilan pretvarajući se u kompleks enzima - proizvod u kojem proizvod više ne odgovara aktivnom centru i kompleks se raspada na enzime i produkte reakcije.

3 Energija aktivacije.

Minimalna količina energije koju čestica mora imati da bi došlo do kemijske reakcije naziva se aktivaciona energija.Što je ova energija veća, to je sporija brzina reakcije. Aktivacija nastaje kada se zagrije, apsorpcija energije zračenja sudara s pobuđenim česticama, povećanje gustoće u živim organizmima, velike fluktuacije temperature i gustoće su nemoguće, stoga enzimi smanjuju energetsku barijeru, smanjujući energiju aktivacije, povećavaju brzinu reakcije do 1012 puta.

4 Jedinice mjerenja aktivnosti enzima.

Ubrzanje reakcije uz sudjelovanje enzima je vrlo veliko, mjereno brojem okretaja - brojem molova supstrata koji pretvara 1 mol enzima u 1 minuti.

Za procjenu aktivnosti enzimskih preparata koristi se koncept Aktivacijski molekul- broj molekula supstrata pretvorenih u 1 minutu od strane 1 molekule enzima. Standardna jedinica za bilo koji enzim je količina enzima koja katalizuje konverziju 1 mikromola supstrata u 1 minuti pod optimalnim uvjetima (obično 30 0C, optimalni PH, optimalna koncentracija supstrata)

5 Ovisnost brzine reakcije o temperaturi i reakciji medija.

1 na temperaturi.

Utjecaj temperature može se izraziti kroz temperaturni koeficijent Q10

Q10 = brzina reakcije pri (x + 10) 0C / brzina reakcije pri x OS

U prolazima intervala od 0-25-35 OS Q10 = 2-3. sa daljim porastom temperature, brzina raste, a nakon dostizanja temperaturnog praga, koji je različit za svaki enzim, brzina počinje naglo opadati. Iznad ovog praga, brzina se smanjuje uprkos povećanju učestalosti molekularnih sudara. Razlog je uništavanje strukture proteinskog dijela enzima (denaturacija).

Osetljivost enzima na visoku temperaturu se naziva Termolabilnost. Snižavanje temperature uzrokuje postepenu inaktivaciju enzima bez njegove denaturacije.

2 srednja reakcija.

Na optimalnoj temperaturi, svaki enzim djeluje najefikasnije unutar uskog pH raspona. Većina enzima je najaktivnija pri PH=7, odnosno u neutralnom okruženju. Čak i blagi pomak u PH mijenja naboj joniziranih kiselih i baznih grupa, kako samog enzima tako i supstrata.

Od oštrih pomaka u PH, enzim može denaturirati.

Intracelularni PH je uvijek optimalan za enzim, tako da je promjenom ćelija moguće regulisati aktivnost enzima.

6 Ovisnost brzine enzimske reakcije o koncentraciji enzima i supstrata.

1 koncentracija enzima.

Sa povećanjem broja enzima, brzina reakcije raste do granice, koju karakterizira količina supstrata dostupna za djelovanje enzima. U optimalnim uslovima, brzina reakcije je proporcionalna koncentraciji enzima. Mnogi enzimi možda neće pokazati svoju maksimalnu aktivnost u ćelijama samo zbog nedostatka odgovarajućeg supstrata.

2 koncentracija supstrata.

Pri konstantnoj koncentraciji enzima količina supstrata se povećava, što u početku dovodi do brzog, a zatim sporijeg povećanja brzine reakcije dok se ne postigne maksimalna brzina, koja ostaje gotovo nepromijenjena s daljnjim povećanjem koncentracije supstrata.

Brzina se ne mijenja jer su aktivna mjesta enzima zasićena supstratom u bilo kojem trenutku. Ovu zavisnost opisuje Michaelis-Menten jednačina.

E+S---ES---E+P

V je brzina reakcije;

Vmax je maksimalna brzina reakcije pri beskonačno visokoj koncentraciji supstrata;

S—koncentracija supstrata, mol/L;

Km je Michaelis-Menten konstanta koja odgovara koncentraciji supstrata pri kojoj je brzina reakcije upola manja;

Km je konstanta disocijacije kompleksa enzim + supstrat: što je niža disocijacija kompleksa enzima supstrata, to je veća brzina reakcije.

7 Inhibitori enzimskih reakcija.

Inhibitori - Supstance koje inhibiraju djelovanje enzima.

Podijeljeni su u 2 klase:

1 uobičajeni inhibitori (soli teških metala, olova, žive, volframa i srebra; trihloroctena kiselina) ovi spojevi izazivaju denaturaciju proteina, inhibiraju djelovanje svih enzima.

2 specifična - djeluju na jednu grupu enzimskih reakcija ili grupu srodnih reakcija. Djelovanje se zasniva na posebnom vezivanju za određene hemijske grupe u aktivnom centru enzima. Svi se dijele na kompetitivne i nekonkurentne inhibitore.

konkurentska inhibicija.

Javlja se kada je inhibitor po strukturi blizak normalnom supstratu enzima. Inhibitor sam po sebi ne može reagovati, međutim, zauzimanjem aktivnog centra blokira pristup stvarnom supstratu njemu.

U Krebsovom ciklusu, enzim sukcinam dehidrogenaza katalizira oksidaciju jantarne kiseline u fumarnu kiselinu. Međutim, ako malonska kiselina uđe u medij, brzina oksidacije naglo opada. Razlog je sličnost strukture ovih kiselina za oksidaciju.

Enzim ne može malonsku kiselinu i ovaj kompleks postoji neko vrijeme, tj. postoji konkurencija kiselina za aktivni centar enzima, kada se u podlogu unese velika količina jantarne kiseline, postoji vjerovatnoća da uđe u aktivni centar enzima. pravi supstrat, a ne inhibitor, se povećava.

Nekonkurentna inhibicija.

Po pravilu, takva inhibicija nije reverzibilna. Inhibitori ove vrste su strukturno nepovezani sa supstratom i u formiranju kompleksa sa enzimom ne zauzimaju aktivni centar, već drugi dio molekule enzima. U tom slučaju se mijenja globularna struktura enzima, mijenja se polaritet, a iako je supstrat vezan za aktivni centar, reakcija ne dolazi. Primjer: cijanid djeluje na respiratorne enzime (citokrom oksidazu) vezujući se za svoje sastavne ione bakra, reakcija je potisnuta, disanje se zaustavlja, stanice vrlo brzo umiru.

8Aktivatori enzimskih reakcija. Aktivacija i inhibicija po principu povratne sprege.

Aktivatori su često joni i jedinjenja (K+, Ca2+, CO2+, itd.). Za peroksidazu i katalazu - Fe, za lipazu - Ca, za amilazu - CL. Mnoge enzime proizvode stanice u neaktivnom obliku zvanom proenzimi. Prijelaz proenzima u aktivne forme nastaje pod djelovanjem aktivatora, mehanizam djelovanja je drugačiji, u nekim slučajevima aktivator oslobađa aktivne centre enzima iz inhibitora, u drugima, spajanjem s proteinom, mijenja njegovu strukturu, što aktivira aktivni centar. Treće, olakšava formiranje kompleksa enzim-supstrat, kada se konačni proizvod počne akumulirati, on sam može imati katalitičke učinke. Tako mala količina pepsina može postati katalizator za konverziju pepsinogena u pepsin.

Ova vrsta aktivacije naziva se aktivnom po principu povratne sprege ili auto-aktivacije.

Produkti reakcije ne samo da mogu aktivirati, već i inhibirati enzimski proces, ovaj fenomen se naziva Inhibicijom po principu negativne povratne sprege.

Dakle, enzim fosfofruktokenaza je uključen u reakcije glikolize, inhibira se ako je koncentracija ATP-a visoka. Ako je brzina metabolizma visoka i kvaliteta ATP-a je smanjena, tada se aktivnost enzima obnavlja.

9 Regulacija metabolizma. Multienzimski kompleksi.

U tipičnoj ćeliji postoji više od 500 enzima, a njihova aktivnost i koncentracija se stalno mijenjaju. Regulacija i konzistentnost metaboličkog procesa je posljedica specifičnog djelovanja metabolizma, njihove prostorne organizacije i funkcionalnosti interakcije sa komponentama stanice.

Navedene karakteristike jasno prate 2 tipa metaboličkih puteva koji postoje u ćelijama:

1 linearni - neki enzimi djeluju organizirano tako što se međusobno kombinuju u višeenzimske komplekse, obično su ovi kompleksi povezani s membranom. linearni rasporedi stvaraju mogućnost samoregulacije inhibicijom po principu negativne povratne sprege, odnosno brzina reakcije ovisi o koncentraciji konačnog proizvoda.

Ova bliska veza minimizira uticaj drugih reakcija. Svaki enzim je povezan sa susjednim i proizvod jednog od njih postaje supstrat za sljedeći.

2 razgranati metabolički put.

Takav put može dovesti do različitih krajnjih proizvoda, a koji od njih nastaje zavisi od uslova koji trenutno postoje u ćeliji. Regulacija formiranja konačnog proizvoda vrši se inhibicijom prema principu povratne sprege. Multienzimski sistemi također djeluju ovdje, ali enzimi su u otopini i nisu usko povezani jedni s drugima.

Takav sistem se može naći u mitohondrijskom matriksu, gdje se odvijaju reakcije Krebsovog ciklusa. Proizvodi nekih reakcija mogu se povući iz c. Krebs.

PREDAVANJE #2

GBOU VPO USMU Ministarstva zdravlja Ruske Federacije
Odsjek za biohemiju
Disciplina: Biohemija
PREDAVANJE #2
Enzimi 2.
Predavač: Gavrilov I.V.
fakultet: medicinsko-preventivni,
Kurs: 2
Jekaterinburg, 2015

Plan predavanja

1.
2.
3.
Kinetika enzimskih reakcija.
Regulacija brzine enzimskih reakcija.
Ćelijska signalizacija

Enzimologija je nauka,
proučavanje enzima

1. Kinetika
enzimske reakcije
Kinetika enzimskih reakcija je grana enzimologije koja proučava
uticaj reagujućih supstanci (supstrati,
proizvodi, inhibitori, aktivatori, itd.) i
uslove (pH, t°, pritisak) na brzinu
enzimska reakcija.

Teorije o mehanizmima djelovanja enzima

Teorije o specifičnosti
djelovanje enzima
1. Model "ključ - brava"
Objasniti visoku specifičnost enzima za
u odnosu na podloge, Emil Fischer je 1894. iznio
hipoteza o strogoj korespondenciji geometrijskog oblika
supstrat i aktivno mjesto enzima.
+
E+S
ES
E
P1
+
R2

2. Teorija "indukovane korespondencije"
S
A
B
E
A
B
C
C
Ne postoji samo
geometrijski, ali
elektrostatički
udobnost
ES
Teorija inducirane (prisilne) korespondencije
Daniel Koshland (1959): potpuna usklađenost enzima
a supstrat se javlja samo u procesu njihove interakcije:
Supstrat indukuje potrebnu konformaciju
enzimske promjene, nakon čega se spajaju.
Teorija se zasniva na podacima iz kinetičke analize,
proučavanje kompleksa enzim-supstrat metodama
Rentgenska strukturna analiza, spektrografija i
kristalografija itd.

3. Teorija "indukovane korespondencije"
(moderne ideje)
S
A
B
A
C
B
C
E
ES
Kada enzim stupi u interakciju sa supstratom, oba
se modificiraju i prilagođavaju jedna drugoj
prijatelju. Promjene koje se javljaju u podlozi doprinose
pretvarajući ga u proizvod.

Teorija prelaznih stanja
(intermedijari)
P
S
E
ES
ES*
EP*
E
kada enzim E stupi u interakciju sa supstratom S, on se formira
ES* kompleks, u kojem je reaktivnost
supstrat je viši nego u nativnom stanju. Preko reda
intermedijarni spojevi se pretvaraju
supstrat za produkt reakcije P

Mehanizmi enzimskih reakcija

Tokom enzimske katalize, one
isti mehanizmi koji su mogući bez učešća
enzimi:
1.
2.
3.
4.
Kiselo-bazne reakcije - na aktivnom mjestu
enzima postoje -COO- i -NH3 + grupe, koje
mogu priložiti i dati N.
Reakcije adicije (cijepanje, supstitucija)
elektrofilni, nukleofilni - u aktivnom centru
enzimi su heteroatomi koji istiskuju
elektronska gustina.
Redox reakcije - in
Aktivno mjesto enzima je atom
imaju različitu elektronegativnost
radikalne reakcije.

Energija enzimskih reakcija

Enzimi smanjuju energiju aktivacije
Brzina hemijske reakcije zavisi od
koncentracije reaktanata
U kompleksu sa enzimima, supstratima
postati održiviji
intermedijernih spojeva, zbog kojih oni
koncentracija naglo raste
pomaže ubrzanju reakcije

Neenzimska reakcija
S
s*
P*
P
S
E
ES
ES*
enzimska reakcija
EP*
E

ENERGETSKA BARIJERA REAKCIJA -
količinu energije koja je potrebna
molekula da uđe u hemikaliju
reakcija.
ENERGIJA AKTIVACIJE - količina energije,
koje treba prenijeti molekulu
da savladaju energiju
barijera.

Slobodna energija sistema
s*
Energija aktivacije
nekatalizirana reakcija
S
ES*
Energija aktivacije
katalizirana reakcija
Inicijal
stanje
P
Kraj stanje
Napredak reakcije

2H2O + O2
2.
3.
Energija
aktivacija
1) 2H2O2
Slobodna energija sistema
katalaze
1.
Napredak reakcije
Energija aktivacije:
1. U spontanoj reakciji - 18 kcal / mol
2. Kada se koristi katalizator Fe2+ - 12 kcal/mol
3. U prisustvu enzima katalaze - 5 kcal/mol

Ovisnost brzine reakcije o koncentraciji supstrata

Kinetika
enzimske reakcije
Ovisnost brzine reakcije
od koncentracije supstrata
Vmax
Koncentracija
enzimska konstanta
[S]

Ovisnost brzine reakcije
na koncentraciju enzima
V
Koncentracija
podloga -
konstantan
koncentracija
enzim

Utjecaj temperature na brzinu enzimske reakcije

Porast temperature za 10
stepeni povećava brzinu
hemijsku reakciju za 2-4 puta.
Kada temperatura poraste, enzim
podvrgava se denaturaciji i gubi
vaša aktivnost.

Brzina
enzimski
reakcije
V
Količina
aktivan
enzim
0
10
20
Brzina
reakcije aktivnih
enzim
30
40
50
60
T

Utjecaj pH na brzinu enzimske reakcije

Promjena koncentracije H+ se mijenja
hemijski sastav enzima
struktura i katalitička aktivnost.
Promjena koncentracije H+ se mijenja
hemijski sastav supstrata
strukturu i sposobnost ulaska
enzimska reakcija.
Denaturacija enzima na vrlo
visok ili vrlo nizak pH.

Ovisnost brzine enzimske reakcije o pH

V
0
4
5
6
7
8
9
pH

Michaelis-Mentonova konstanta

Km je koncentracija supstrata [S] pri kojoj
brzina enzimske reakcije V je jednaka
pola od maksimuma
Vmax
Vmax
2
km
[S]

Jednačina brzine enzimske reakcije

Vmax [S]
V = -----Km + [S]
V - brzina reakcije
Vmax - maksimalna brzina reakcije
Km je Michaelisova konstanta
[S] – koncentracija supstrata

Utjecaj aktivatora i inhibitora na brzinu enzimskih reakcija

Reakcije inhibicije enzimskih
procesi
VRSTE INHIBICIJE ENZIMA
I. Reverzibilno
II. nepovratan
Competitive
Nekonkurentno
Nekonkurentno
mješoviti tip
Da bi se utvrdila reverzibilnost inhibicije, provodi se dijaliza
sredine u kojima postoje enzim i inhibitor.
Ako se aktivnost enzima obnovi nakon dijalize, onda
reverzibilna inhibicija

Opcije interakcije
inhibitor sa enzimom
1. Blokirajte aktivno mjesto enzima
2. Promijenite kvartarnu strukturu enzima
3. Povežite se sa koenzimom, aktivatorom
4. Blokirajte dio enzima koji se povezuje
koenzim
5. Kršite interakciju enzima sa
supstrat
6. Izaziva denaturaciju enzima
(nespecifični inhibitori)
7. Vežite se za alosterični centar

Kompetitivni tip inhibicije
Izvodi ga supstanca koja je hemijski slična
od zgrade do podloge
V
Vmax
V max / 2
km
Kmi
[S]

Nekompetitivni tip inhibicije
Inhibitor reaguje sa enzimom na drugačiji način
supstrata, pa povećanje koncentracije supstrata nije
može istisnuti inhibitor i obnoviti aktivnost
enzim
V
Vmax
Vmax
Vmax
Vmax
K
m
[S]

2. Regulacija brzine enzimskih reakcija u tijelu

Najvažnije svojstvo živih organizama je sposobnost održavanja homeostaze. Homeostaza u tijelu se održava regulacijom

Najvažnije svojstvo živih organizama je
sposobnost održavanja homeostaze.
Homeostazu u organizmu održavaju
regulacija brzine enzimskih reakcija, što
urađeno promjenom:
I). Dostupnost molekula supstrata i koenzima;
II). Katalitička aktivnost molekula enzima;
III). Broj molekula enzima.
E*
S
S
koenzim
Vitamin
Cell
P
P

I. Dostupnost molekula supstrata i koenzima

Transport tvari kroz membranu
ATP
ADP + Fn
antiport
Diffusion Lightweight
Difuzija
Cell
primarno aktivno
transport
sekundarno aktivan
transport

Insulin
Glukoza
GLUT-4
GLUT-4
adipociti,
miociti
E1, E2, E3…
Glukoza
PVC
Koenzimi
Hepatocit
vitamini
Enzimi
Koenzimi

II. Regulacija katalitičke aktivnosti enzima

Regulacija katalitičke aktivnosti enzima je:
jedan). Nespecifičan. Katalitička aktivnost svih enzima
zavisi od temperature, pH i pritiska.
V
pepsin
V
0
50
100
t
0
arginaza
7
14
pH
2). specifično. Pod dejstvom specifičnih aktivatora i
inhibitori mijenjaju aktivnost regulatornih enzima,
koji kontrolišu brzinu metaboličkih procesa u
tijelo.

Mehanizmi specifične regulacije
katalitička aktivnost enzima:
jedan). Alosterična regulacija;
2). Regulacija proteinom-proteinom
interakcije;
3). Regulacija kovalentnom modifikacijom.
a). Regulacija od strane
fosforilacija/defosforilacija
enzim;
b). Regulacija djelomičnom proteolizom.

1. Alosterična regulacija

Alosterični enzimi su enzimi čija je aktivnost
regulirano reverzibilnim nekovalentnim pričvršćivanjem
modulator (aktivator i inhibitor) u alosterični centar.
E1
S
E2
A
E3
B
E4
C
P
Aktivacija se odvija po principu direktnog pozitivnog
komunikacija, a inhibicija - po principu negativne povratne sprege
veze.
Aktivnost alosteričnih enzima uvelike varira
brzo

2. Regulacija katalitičke aktivnosti enzima korištenjem interakcija protein-protein

a). Aktivacija enzima kao rezultat vezivanja regulatornih proteina.
AC
G
G
AC
ATP cAMP
b). Regulacija katalitičke aktivnosti enzima
asocijacija/disocijacija protomera
cAMP
cAMP
R
R
C
R
C
PC A
cAMP
S
C
P
R
cAMP
S
C
P

3). Regulacija katalitičke aktivnosti enzima njihovom kovalentnom modifikacijom

Aktivnost enzima je regulisana
kovalentno vezivanje ili cijepanje fragmenta od njega.
Postoje 2 vrste:
a). fosforilacijom i defosforilacijom enzima; .
ATP
ADP
PC
ENZIM
H3PO4
FPF
*
ENZIM-F
supstrat
proizvod
H2O
b). djelomičnom proteolizom enzima (ekstracelularno)
supstrat
Tripsinogen
Proizvod
tripsin

III. Mehanizmi regulacije broja enzima
Induktori
Represori
hidroliza
biosinteza
Amino kiseline
Enzim
Amino kiseline
Induktori su tvari koje pokreću sintezu enzima.
Proces pokretanja sinteze enzima naziva se indukcija.
Enzimi čija koncentracija ovisi o dodatku
induktori se nazivaju inducibilni enzimi
Enzimi čija je koncentracija konstantna i nije regulirana
induktori se nazivaju konstitutivni enzimi
Osnovna linija je koncentracija inducibilnog enzima
u nedostatku induktora.

Represori (tačnije, korepresori) su supstance koje
koji zaustavljaju sintezu enzima.
Proces zaustavljanja sinteze enzima naziva se
represija.
Derepresija je naziv procesa
nastavak sinteze enzima nakon uklanjanja
iz okruženja represora
djeluju kao induktori i represori
neki metaboliti, hormoni i biološki
aktivne supstance.

3. Ćelijska signalizacija

Kod višećelijskih organizama, održavanje
Homeostazu obezbeđuju 3 sistema:
jedan). nervozan
2). humoralni
3). imun
Regulatorni sistemi funkcionišu uz učešće
signalnih molekula.
Signalni molekuli su organski
supstance koje nose informacije.
Za prijenos signala:
ALI). CNS koristi neurotransmitere
B). Humoralni sistem koristi hormone
AT). Imuni sistem koristi citokine.

Hormoni su signalni molekuli bežičnog sistemskog djelovanja
Pravi hormoni, za razliku od drugih signalnih molekula:
1. sintetiziraju se u specijalizovanim endokrinim ćelijama,
2. transportuje se krvlju
3. djelovati na daljinu na ciljno tkivo.
Hormoni su klasifikovani prema strukturi:
1. proteini (hormoni hipotalamusa, hipofize),
2. derivati ​​aminokiselina (tiroidna, kateholamini)
3. steroidi (seks, kortikoidi).
Peptidni hormoni i kateholamini su rastvorljivi u vodi,
oni regulišu katalizator
aktivnost enzima.
Steroidi i hormoni štitnjače su nerastvorljivi u vodi,
oni regulišu iznos
enzimi.

Kaskadni sistemi
Hormoni regulišu količinu i katalizuju
aktivnost enzima ne direktno, već
indirektno kroz kaskadne sisteme
Hormoni
Kaskadni sistemi
Enzimi
x 1000000
kaskadni sistemi:
1. Više puta povećavajte hormonski signal (povećajte količinu ili
katalitička aktivnost enzima) tako da 1 molekul hormona
sposoban da izazove promene u ćelijskom metabolizmu
2. Omogućiti prodor signala u ćeliju (topiv u vodi
hormoni ne ulaze sami u ćeliju

kaskadni sistemi se sastoje od:
1. receptori;
2. regulatorni proteini (G-proteini, IRS, Shc, STAT, itd.).
3. sekundarni posrednici (glasnik - glasnik)
(Ca2+, cAMP, cGMP, DAG, ITP);
4. enzimi (adenilat ciklaza, fosfolipaza C,
fosfodiesteraza, proteinske kinaze A, C, G,
fosfoprotein fosfataza);
Vrste kaskadnih sistema:
1. adenilat ciklaza,
2. gvanilat ciklaza,
3. inozitol trifosfat,
4. RAS, itd.),

Receptori

Receptori su proteini ugrađeni u ćelijsku membranu ili
koji se nalazi unutar ćelije, koja je u interakciji sa
signalnih molekula, mijenjaju aktivnost regulatornih proteina.
Prema lokalizaciji, receptori se dijele na:
1) citoplazmatski;
2) nuklearni;
3) membrana.
Po učinku, receptori se dijele na:
aktivator (aktivacija kaskadnih sistema)
inhibitorni (blok kaskadni sistemi).
Prema mehanizmu prijenosa signala, receptori se dijele na 4 tipa:
jedan). Receptori povezani sa ionskim kanalima
2). Receptori sa enzimskom aktivnošću.
Postoje 3 vrste:
a). Receptori sa aktivnošću tirozin kinaze (tirozin
protein kinaze).
b). Receptori sa aktivnošću fosfataze (tirozin
protein fosfataza) (na primjer, FPP).
in). Receptori sa aktivnošću gvanilat ciklaze (GC).
3). Receptori povezani sa G-proteinima prema njihovoj strukturi
zovu serpentine.
četiri). Nuklearni i citoplazmatski receptori.

Receptor vezani za jonski kanal

Funkcija receptora vezanih za G-protein (serpentin)

Receptor sa enzimskom aktivnošću (tirozin kinaza)
insulin
a
a
insulin
insulin
a
a
a
b
b
b
b
streljana
streljana
streljana
streljana
ATP
ADP
b
a
b
tir-F* tir-F*
IRS-1
IRS-1-F*
ATP ADP
FPF
FPF*

Sistem adenilat ciklaze
Hormoni:
Glukagon, vazopresin, kateholamini (preko β2-adrenergičkih receptora)
Hormoni hipofize (ACTH, LDH, FSH, LT, MSH, TSH), parathormon, faktor rasta
živci
PGE1
G
R
citoplazmatska membrana
G
A
C
citoplazma
ATP cAMP
PC A
Enzim neaktivan
PC A*
ATP
ADP
Enzimsko djelovanje
supstrat
F
proizvod
Dostupan
αi
β-adrenergički
receptori
membrane ćelija jetre, mišića i masnog tkiva.
in
plazmatski

Sistem gvanilat ciklaze
Signalni molekuli:
PNF (opuštanje vaskularnog tonusa),
kateholamini (preko α-adrenergičkih receptora)
Bakterijski endotoksin (blokira apsorpciju vode uzrokujući dijareju)
NE, LPO proizvodi (citoplazmatski HC)
G
HZ
citoplazmatska membrana
citoplazma
GTP cGMP
PC G
Enzim neaktivan
PC G*
ATP
ADP
Enzimsko djelovanje
supstrat
F
proizvod
Sistem gvanilat ciklaze funkcioniše u plućima, bubrezima, endotelu
crijeva, srce, nadbubrežne žlijezde, retina itd. Uključen je u regulaciju
metabolizam vode i soli i vaskularni tonus, izaziva opuštanje itd.

Inozitol trifosfatni sistem
Hormoni:
gonadoliberin, tiroliberin, dopamin, A2 tromboksani, endoperoksidi,
leukotrieni, agnotenzin II, endotelin, paratiroidni hormon, neuropeptid Y,
adrenergički kateholamini (preko α1 receptora), acetilholin,
bradikinin, vazopresin (preko V1 receptora).
G
R
G
FL S
citoplazmatska membrana
FIFA2
DG
2+
ITF Ca
supstrat
Calmodulin -4Sa2+
PC C
citoplazma
proizvod
Enzim neaktivan
Ca2+
Calmodulin -4Sa2+
Calmodulin
Enzimsko djelovanje
supstrat
proizvod

Transmembranski prijenos informacija koji uključuje
citoplazmatskih receptora
proteina
G
chaperone
citoplazmatski
membrana
CPR
proteina
G
chaperone
Hormoni:
kortikoidi,
seksualno,
štitaste žlezde
G
NUCLEUS
CPR
G
CPR
DNK
citoplazma
supstrat
proizvod
Transkripcija
mRNA
Broadcast
mRNA
Enzim
ribozom