enzimi- biokatalizatori

ENZIMI

BIOKATALIZATORI

KLARA KAKUČKA, prof.

hemije

ENZIMI

•ENZIMI SU BIOLOŠKI AKTIVNI PROTEINI

KOJI KATALITIČKI UBRZAVAJU

HEMIJSKE PROCESE U ŽIVOM

ORGANIZMU

STRUKTURA, FIZIČKE I HEMIJSKE OSOBINE ENZIMA

• ENZIMI SU PROTEINI SASTAVLJENI OD ALFA-AMINOKISELINA,

KOJE SINTETIŠE SAMO ŽIVI ORGANIZAM:

1) BILJKE

2) ŽIVOTINJE

3) MIKROORGANIZMI

• DELE SE KAO I OSTALI PROTEINI NA:

1) PROSTE

2) SLOŽENE

• VEĆINA ENZIMA SU SLOŽENI PROTEINI, KOJI RASPOLAŽU

ODGOVARAJUĆOM PROSTETIČNOM GRUPOM, ILI METALNIM

JONOM

• SEKUNDARNA STRUKTURA ENZIMA OBUHVATA IZDUŽENU ILI

SPIRALNU KONFORMACIJU POLIPEPTIDMNOG LANCA

• TERCIJARNA STRUKTURA OPISUJE NAČIN PRESAVIJANJA I

UKLUPČAVANJA POLIPEPTIDNOG LANCA

KVATERNERNA STRUKTURA ENZIMA

• POJEDINI ENZIMI SE SATOJE OD VIŠE

POLIPEPTIDNIH LANACA, KOJI NISU

MEĐUSOBNO POVEZANI (PROTOMERI)

• PROTIMERI SE SLAŽU I ČINE PROTEINSKI,

ENZIMSKI KOMPLEKS (OLIGOMER)

• PROSTORNA ORGANIZACIJA OLIGOMERA JE

OPISANA NJENOM KVATERNERNOM

STRUKTUROM

KVATERNA STRUKTURA ENZIMA

KATALITIČKA AKTIVNOST

• KATALITIČKA AKTIVNOST ENZIMA JE USLOVLJENA

SPECIFIČNIM POVEZIVANJEM AMINOKISELINA

• DA BI KATALITIČKA AKTIVNOST ENZIMA DOŠLA DO IZRAŽAJA,

ENZIM SE PRVO SPECIFIČNO VEZUJE ZA SUPSTRAT

AKTIVNI CENTAR

• AKTIVNMI CENTAR JE DEO ENZIMSKOG

MOLEKULA, KOJI SE VEZUJE ZA SUPSTRAT I

OMOGUĆAVA ODVIJANJE SPECIFIČNE

ENZIMSKI KATALIZOVANE REAKCIJE

OSTVARIVANJE VEZE SUPSTARTA I AKTIVNOG MESTA ENZIMA

GUBITAK ENZIMSKE AKTIVNOSTI

• SVAKO NARUŠAVANJE PRIMARNE, SEKUNDARNE,

TERCIJARNE, ILI KVATRNERNE STRUKTERE ENZIMA ZNAČI

DENATURACIJU ISTOG I GUBITAK DELA, ILI CELOKUPNE

KATALITIČE SPOOSOBNOSTI

PROCES DENATURACIJE ENZIMA

NAJČEŠĆA SREDSTVA ZA DENATURACIJUPROTEINA

KATALITIČKE OSOBINE ENZIMA

• ENZIMI UBRZAVAJU TOK TERMODINAMIČKI MOGUĆIH

BIOHEMIJSKIH REAKCIJA, ZNAČAJNO SMANJUJUĆI

ENERGIJU AKTIVACIJE

PRAVILA KATALIZE U BIOHEMIJSKIM PROCESIMA

1. REAKCIJA SE UBRZAVA DODATKOM KATALIZATORA

2. KATALIZATOR SE ZNAČAJNO NE MENJA U TOKU

HEMIJSKE REAKCIJE, ŠTO ZNAČI DA SE NE

RAZGRAĐUJE

3. RELATIVNO MALE KOLIČINE KATALIZATORA DELUJU U

REAKCIJI

4. MALE KOLIČINE STRANIH SUPSTANCI MOGU DA

INHIBIRAJU KATALIZATOR

5. KATALIZATOR RASPOLAŽE ZNAČAJNOM

SPEČIFIČNOŠĆU U SVOM DELOVANJU, ŠTO JE VRLO

IZRAŽENO BAŠ KOD ENZIMA

S + E→ [ES] → [EP] E + P

S-SUPSTRAT

E-ENZIM

P-PROIZVOD REACIJE

K-KONSTANTA REACIONE BRZINE

K

MEHANIZAM ENZIMSKE

AKTIVNOSTI

KONCENTRACIJA ENZIMA I ENZIMSKA AKTIVNOST

• KONCENTRACIJA ENZIMA JE BROJ MOLEKULA U JEDINICI

MASE, ILI ZAPREMINE

• ENZIMSKA AKTIVNOST JE ONA KATALITIČKA AKTIVNOST

ENZIMA KOJA OMOGUĆAVA RAZGRADNJU ODREĐENE

KOLIČINE SUPSTRATA U JEDINICI VREMENA

ENZIMSKA KINETIKA

Uticaj koncentracija enzima i supstrata na brzinu

enzimske reakcije

Brzina enzimske reakcije raste progresivno da bi se

dostigla maksimalna vrijednost brzine koja ne ovisi o

daljnem povećanju koncentracije supstrata

Koncentracija supstrata na početku ubrzava

reakciju sve dok se ne zasite svi aktivni centri

enzima. Tada dalje dodavanje supstrata ne utiče jer

treba da se „oslobodi“ molekul enzima da bi nse

vezao novi molekul supstrata.

SPECIFIČNOST ENZIMSKIH REAKCIJA

• ENZIM KATALIZIRA SAMO JEDNU ODREĐENU HEMIJSKU

REAKCIJU ILI GRUPU SLIČNIH REAKCIJA, A SPECIFIČNOST

PREMA SUPSTRATU JE UGLAVNOM POTPUNA.

KLASIFIKACIJA I NOMENKLATURA ENZIMA

• IME SUPSTRATA + AZA

• DANAS JE AKTUELNA EC NOMENKLATURA (INTERNATIONAL

ENZYME COMMISION)

• SVAKI ENZIM IMA SVOJ KLASIFIKACIONI BROJ, OD 4 CIFRE

• PRVA CIFRA ODREĐUJE PRIPADNOST JEDNOM OD ŠEST

RODOVA:

1. OKSIDOREDUKTAZE 4. LIAZE

2. TRANSFERAZE 5. IZOMERAZE

3. HIDROLAZE 6. LIGAZE

• DRUGA CIFRA ODREĐUJE KLASU ENZIMA

• TREĆA CIFRA ODREĐUJE POTKLASU ENZIMA

• ČETVRTA CIFRA ODREĐUJE INDIVIDUALNI BROJ ENZIMA, U

ODGOVARAJUĆOJ POTKLASI

L – LAKTAT + NAD + PIRUVAT + NADH

EC 1.1.1.27.

FIZIČKI UTICAJI-UTICAJ TEMPERATURE

Brzina hemijske

reakcije raste dva

puta pri porastu

temperature za 100C

Inaktivacija enzima

zbog razgradnje

proteinskog dijela

Tr-temperatura

razgradnje

FIZIČKI UTICAJI-UTICAJ PH

Za enzimsku

reakcij postoji

optimalan pH pri

kojem je enzim

najaktivniji

HEMIJSKI UTICAJI

• AKTIVATORI ENZIMSKE AKTIVNOSTI – UBRZAVAJU

ENZIMSKE REAKCIJE, A DA PRI TOM NE MJENJAJU

AFINITET ENZIMA ZA SUPSTRAT

HEMIJSKI UTICAJI

• AKTIVACIJA METALNIM JONIMA

• KINAZE SE AKTIVIRAJU SA MG2+ JONOM KOJI SE VEŽE NA

ATP MOLEKULU I POKREĆE ENZIMSKU REAKCIJU

• ALKOHOL DEHIDROGENAZE SE AKTIVIRAJU SA ZN2+

• PIRUVAT DEKARBOKSILAZE SA MN2+ ......

HEMIJSKI UTICAJI

ZIMOGENA AKTIVACIJA

DEŠAVA SE U SPECIJALIZOVANIM ĆELIJAMA GDJE SE

ENZIMI SINTETIZIRAJU U NEAKTIVNOM OBLIKU I TAKO SE

ŠTITE OD AUTOPROTEOLIZE. TO JE SLUČAJ SA ENZIMIMA

KOJI SE POSLIJE IZLUČIVANJA U EKSTRACELULARNI

PROSTOR MIJENJAJU IZ NEAKIVNOG ENZIMA U AKTIVNI

ENZIM.

INHIBITORI ENZIMSKE AKTIVNOSTI

IREVERZIBILNI INHIBITORI

REVERZIBILNI INHIBITORI. DIJELE SE NA KONKURENTNE I

NEKONKURENTNE INHIBITORE

KOMPETICIJSKI INHIBITORI KOMPETICIJSKI INHIBITORI

SLIČNE SU STRUKTURE SUPSTRATU KOJI SE MOŽE

SMESTITI NA AKTIVNO MESTO ENZIMA

NEKOMPETICIJSKI INHIBITORI

• NE VEŽE SE NA AKTIVNO MJESTO, PA SE NE MJENJA

AFINITET ENZIMA PREMA SUPSTRATU.

• INHIBITOR SE VEŽE NA ENZIM-SUPSTRAT KOMPLEKS.

FIZIOLOŠKA KLASIFIKACIJA ĆELIJSKIH ENZIMA

• 90 % PROTEINSKE MASE ĆELIJE SU ENZIMI

• ZA SVAKU ĆELIJSKU VRSTU VAŽI SPECIFIČNA RASPODELA

ENZIMA UNUTAR ĆELIJE

• JEDAN DEO ENZIMA ĆELIJE SE NORMALNO “IZLIVA” U

EKSTRACELULARNI PROSTOR

• NA OSNOVU LOKACIJE FIZIOLOŠKOG DELOVANJA ENZIMI

SE DELE NA:

1) ENIZIME LUČENJA (SEKRETORNE)

2) INTRACELULARNE ENZIME

ENZIMI LUČENJA DELE SE NA: INTRACELURALNI

ENZIMI DELE SE NA:

-INKRETORNE -CITOPLAZMATIČNE

-EKSKRETORNE -SPECIFIČNE

ENZIME ORGANELA

-MEMBRANSKE

ENZIMSKI PROFIL

• SVAKI ORGAN IMA SVOJ KARAKTERISTIČAN ENZIMSKI

PROFIL, KOJI PODRAZUMEVA KARAKTERISTIČNU UKUPNU

ENZIMSKU AKTIVNOST ODREĐENOG ENZIMA U ĆELIJI, KAO

I KARAKTERISTIČNU RASPODELU ENZIMA PO

ORGANELAMA

• SVAKI ORGAN IMA SVOJ ENZIMSKI PROFIL, NA OSNOVU

KOGA SE MOŽE DIFERENCIRATI U ODNOSU NA DRUGI

ORGAN

AKUTNI ALKOHOLNI HEPATITIS

KOD HRONIČNOG KONZUMIRANJA

ALKOHOLA IZRAŽENO JE UMERENO

POVEĆANJE AKTIVNOSTI

Γ-GLUTAMIL TRANSPEPTIDAZE (Γ-GT)