BIOKÉMIA I.BIOKÉMIA I.

Metabolizmus (anyagcsere-Metabolizmus (anyagcsere-

folyamatokfolyamatok)) A szervezet és környezete közti A szervezet és környezete közti

anyagforgalom anyagforgalom

és az ehhez kapcsolódó biokémiai és az ehhez kapcsolódó biokémiai folyamatok rendszerét jelenti folyamatok rendszerét jelenti

a folyamatok szabályozásával együtt.a folyamatok szabályozásával együtt.

A sejtekben folyó biokémiai A sejtekben folyó biokémiai folyamatok összességét folyamatok összességét INTERMEDIERINTERMEDIER (közti) (közti) anyagcserénekanyagcserének nevezzük. nevezzük.

1.1. KATABOLIZMUSKATABOLIZMUS , lebontó , lebontó folyamatfolyamat

2.2. ANABOLIZMUSANABOLIZMUS , felépítő folyamat , felépítő folyamat

KATABOLIZMUSKATABOLIZMUS

Lebontó folyamat, melynek során a Lebontó folyamat, melynek során a magasabb szervezettségű molekulák magasabb szervezettségű molekulák egyszerűbbé alakulnak egészen az egyszerűbbé alakulnak egészen az anyagcsere végtermékekig.anyagcsere végtermékekig.

Szerves vegyületek relatív H Szerves vegyületek relatív H vesztésével és O-ben való relatív vesztésével és O-ben való relatív dúsulásával jár, miközben a dúsulásával jár, miközben a vegyületek kémiai E tartalma vegyületek kémiai E tartalma csökken. csökken.

KATABOLIZMUSKATABOLIZMUS

A felszabaduló E elsősorban ATP-be A felszabaduló E elsősorban ATP-be épül be.épül be.

ADP + Pi ATP (E raktározás)ADP + Pi ATP (E raktározás)

ANABOLIZMUSANABOLIZMUS

Felépítő folyamat, szintetizálódnak a Felépítő folyamat, szintetizálódnak a sejtek saját anyagai a kémiai E sejtek saját anyagai a kémiai E felhasználásával. felhasználásával.

Létrejönnek intermedier anyagok, Létrejönnek intermedier anyagok, amelyek raktárakba kerülnek a amelyek raktárakba kerülnek a sejten belül. Aktuális körülményektől sejten belül. Aktuális körülményektől függően alakulnak a szervezet függően alakulnak a szervezet anyagaivá.anyagaivá.

ANABOLIZMUSANABOLIZMUS

ATP ADP + Pi (E felhasználás) ATP ADP + Pi (E felhasználás)

Anyagcsere folyamatokAnyagcsere folyamatok

ENZIMEKENZIMEK

EnzimekEnzimek

1.1. Működésükre jellemzőMűködésükre jellemző Jelentősen csökkentik az aktiválási Jelentősen csökkentik az aktiválási

E-t, így az egyensúlyi állapot E-t, így az egyensúlyi állapot eléréséhez szükséges időt eléréséhez szükséges időt lerövidítik.lerövidítik.

Specifikusság Specifikusság

2.2. Kémiai természetükKémiai természetük FehérjékFehérjék RNS-ek (ribozimek)RNS-ek (ribozimek)

3.3. KofaktorokKofaktorok Egyes enzimek aktív működéséhez nem Egyes enzimek aktív működéséhez nem

fehérje jellegű komponens is fehérje jellegű komponens is szükséges.szükséges.

Fém ionokFém ionok Koenzimek Koenzimek (kis molekulatömegű szerves vegyületek)(kis molekulatömegű szerves vegyületek)

Enzim + kofaktor holoenzimEnzim + kofaktor holoenzim

Enzim + apoenzimEnzim + apoenzim

Enzim katalízis:(Michaelis-Menten 1913.)

E + S ES E + T

Az enzim ( E ) a kémiai reakcióban Az enzim ( E ) a kémiai reakcióban résztvevő anyagokkal résztvevő anyagokkal ( S=szubsztrát) közti terméket ún. ( S=szubsztrát) közti terméket ún. enzim-szubsztrát (ES) komplexet hoz enzim-szubsztrát (ES) komplexet hoz létre és ezen következik be a kémiai létre és ezen következik be a kémiai változásváltozás

Az enzim katalízis Az enzim katalízis molekuláris mechanizmusamolekuláris mechanizmusa

Az enzimfehérje viszonylag nagy Az enzimfehérje viszonylag nagy molekulájának csak egy kis része az molekulájának csak egy kis része az AKTÍV CENTRUMAKTÍV CENTRUM lép kapcsolatba a lép kapcsolatba a szubsztrátmolekulával.szubsztrátmolekulával.

Az aktív centrum alkalmas a Az aktív centrum alkalmas a szubsztrát megkötésére (kötőhely) szubsztrát megkötésére (kötőhely)

ill. a kémiai átalakulás katalizálására ill. a kémiai átalakulás katalizálására (katalitikus hely) (katalitikus hely)

Aktív centrumAktív centrum

A hosszú peptidláncnak csupán néhány A hosszú peptidláncnak csupán néhány aminosavja létesít közvetlen kapcsolatot a aminosavja létesít közvetlen kapcsolatot a szubsztráttal. szubsztráttal.

Az aktív centrum állandóan fluktuál és a Az aktív centrum állandóan fluktuál és a tényleges működésre képes térszerkezetét tényleges működésre képes térszerkezetét a szubsztrát jelenléte és megkötése a szubsztrát jelenléte és megkötése alakítja.alakítja.

A szubsztrát illeszkedésére A szubsztrát illeszkedésére vonatkozóan két hipotézis ismeretes:vonatkozóan két hipotézis ismeretes:

1.1. INDUCED FITINDUCED FIT: : (KOSHLAND(KOSHLAND))

A szubsztrát részleges megkötése A szubsztrát részleges megkötése indukálja a katalízishez szükséges indukálja a katalízishez szükséges aktív centrum szerkezetét.aktív centrum szerkezetét.

2.2. FLUKTUÁCIÓS FITFLUKTUÁCIÓS FIT: (STRAUB-SZABOLCSI): (STRAUB-SZABOLCSI)

Az enzim molekula több térszerkezet között Az enzim molekula több térszerkezet között fluktuál, amelyek egymással energetikailag fluktuál, amelyek egymással energetikailag egyensúlyban vannak, tehát minden pillanatban egyensúlyban vannak, tehát minden pillanatban meghatározott százalékos megoszlásban meghatározott százalékos megoszlásban vannak. A térszerkezetek közül csak egy vannak. A térszerkezetek közül csak egy alkalmas a szubsztrát megkötésére.alkalmas a szubsztrát megkötésére.

Az enzim működését Az enzim működését befolyásoló tényezőkbefolyásoló tényezők

Azok az anyagok és hatások, amelyek Azok az anyagok és hatások, amelyek az enzimek aktív centrumát az enzimek aktív centrumát megváltozatni képesek.megváltozatni képesek.

1.1. KoenzimekKoenzimek

2.2. Hidrogén ion koncentrációHidrogén ion koncentráció

3.3. HőmérsékletHőmérséklet

4.4. FémionokFémionok

Az enzimaktivitás gátlásaAz enzimaktivitás gátlása

Az enzim aktivitását különböző Az enzim aktivitását különböző szervetlen és szerves anyagok szervetlen és szerves anyagok (ionok, molekulák) gátolni képesek, (ionok, molekulák) gátolni képesek, amelyek az aminosav amelyek az aminosav oldalláncokhoz, v. kofaktorokhoz oldalláncokhoz, v. kofaktorokhoz kötődnek.kötődnek.

1.1. KOMPETITÍV (vetélkedő) KOMPETITÍV (vetélkedő) gátlásgátlás

A gátló anyag (I=inhibítor) kémiai A gátló anyag (I=inhibítor) kémiai szerkezete hasonlít a szubsztrátéhoz, így szerkezete hasonlít a szubsztrátéhoz, így létrejöhet az EI komplex, amely analóg az létrejöhet az EI komplex, amely analóg az ES komplexszel. ES komplexszel.

A S és az I vetélkedik az enzim ugyanazon A S és az I vetélkedik az enzim ugyanazon aktív helyéért.aktív helyéért.

Pl.: borostyánkősav-dehidrogenáz Pl.: borostyánkősav-dehidrogenáz gátlása malonsavvalgátlása malonsavval

Pl.: alkohol-dehidrogenáz gátlásaPl.: alkohol-dehidrogenáz gátlása

A gátlás mértéke a S és az I A gátlás mértéke a S és az I koncentrációjának arányától függ.koncentrációjának arányától függ.

Minél nagyobb a S relatív Minél nagyobb a S relatív koncentrációja az I-hoz képest, annál koncentrációja az I-hoz képest, annál kisebb a gátlás és fordítva.kisebb a gátlás és fordítva.

Felfedeztek olyan gátlásokat is, amikor Felfedeztek olyan gátlásokat is, amikor vetélkedési gátlásnak tűnnek a reakciók, vetélkedési gátlásnak tűnnek a reakciók, de a S és az I szerkezetileg nem hasonlók.de a S és az I szerkezetileg nem hasonlók.

Ez az Ez az alloszterikus gátlásalloszterikus gátlás, amikor a S és , amikor a S és az I nem ugyanoda kötődik, de a kötődés az I nem ugyanoda kötődik, de a kötődés már meggátolja a másik kapcsolódását.már meggátolja a másik kapcsolódását.

Allos=másAllos=másSteros=helySteros=helyAz alloszteriku gátlásnak szerepe van a Az alloszteriku gátlásnak szerepe van a

sejtanyagcsere szabályozásábansejtanyagcsere szabályozásában

2.2. UNKOMPETITÍV gátlásokUNKOMPETITÍV gátlások

A gátló anyagok az ES komplexhez A gátló anyagok az ES komplexhez tudnak kapcsolódni.tudnak kapcsolódni.

EIS komplex jön létre.EIS komplex jön létre. Csökken a termék keletkezésének Csökken a termék keletkezésének

sebessége.sebessége.

3.3. NONKOMPETITÍV gátlások NONKOMPETITÍV gátlások (nem kompetitív)(nem kompetitív)

a)a) ReverzibilisReverzibilis: (ritka): (ritka) Az I nem hasonlít kémiailg a S-hoz, Az I nem hasonlít kémiailg a S-hoz,

nem is ugyanott kötődik.nem is ugyanott kötődik. Létrejöhet EI, ES, EIS komplex. Létrejöhet EI, ES, EIS komplex. Az I jelenléte csak lassítja a Az I jelenléte csak lassítja a

reakciót.reakciót. Az I koncentrációjának növelése Az I koncentrációjának növelése

csökkenti a reakciósebességet.csökkenti a reakciósebességet.

b)b) IrreverzibilisIrreverzibilis: (denaturáció): (denaturáció)

Pl.: nehézfémek, erős mérgekPl.: nehézfémek, erős mérgek

Hatásuk nem specifikus.Hatásuk nem specifikus.

Az enzimek csoportosításaAz enzimek csoportosítása

Nemzetközi Biokémiai Unió kijelölt Nemzetközi Biokémiai Unió kijelölt bizottságabizottsága

1.1. OxidoreduktázokOxidoreduktázok: :

olyan enzimek, amelyek H v. eolyan enzimek, amelyek H v. e- - átvitelt, átvitelt, ritkábban Oritkábban O2 2 bevitelt katalizálnak.bevitelt katalizálnak.

2.2. TranszferázokTranszferázok: :

atomcsoportokat, gyököket visznek át atomcsoportokat, gyököket visznek át egyik vegyületről a másikra.egyik vegyületről a másikra.

3.3. HidrolázokHidrolázok: :

HH22O közreműködésével kovalens O közreműködésével kovalens kötéseket hasítanak. Főleg lebontó kötéseket hasítanak. Főleg lebontó folyamatokban vesznek részt.folyamatokban vesznek részt.

4.4. LiázokLiázok: : úgy hasítanak ki atomcsoportot a úgy hasítanak ki atomcsoportot a

szubsztrát molekulából, hogy annak szubsztrát molekulából, hogy annak helyén kettős kötés alakul ki, ill. a helyén kettős kötés alakul ki, ill. a kettős kötést szüntetik meg.kettős kötést szüntetik meg.

5.5. IzomerázokIzomerázok: : molekulán belüli szerkezetváltozást molekulán belüli szerkezetváltozást

katalizálnak anélkül, hogy a szubsztrát katalizálnak anélkül, hogy a szubsztrát elemi összetétele megváltozna.elemi összetétele megváltozna.

6.6. LigázokLigázok::Két szubsztrát molekulát Két szubsztrát molekulát

összekapcsolnak, ATP v. más összekapcsolnak, ATP v. más makroerg trifoszfát v. difoszfát makroerg trifoszfát v. difoszfát bontásával és ennek szabad energia bontásával és ennek szabad energia felhasználásával.felhasználásával.