enzimi- biokatalizatori
TRANSCRIPT
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)