ENZIMOLOGIJA

Enzimi

• Enzimi su katalizatori biološkog porekla

• po hemijskoj prirodi su proteini• u ćeliji obezbeđuju tok i

odigravanje hemijskih reakcija

malo istorije...

• Enzimski procesi u organizmu su poznati od davnina (npr. sirenje sira, kišeljenje testa, prevođenje šire u vino).

• Naziv ‘enzim’ dao je Kun 1878.godine od reči en - u i zyme - kvasac, jer je pravilno uočio da u kvascu postoji supstanca koja katalizuje reakciju vrenja.

• Naučno proučavanje enzima je počelo u XIX veku kada su stvoreni temelji enzimologije tj nauke o enzimima.

• Prvi enzim je izolovao Samner 1926.g. i to je ureaza u kristalnom obliku - po hemijskoj prirodi je protein. Posle su izolovani i drugi enzimi proteinske prirode.

• Enzimi ne VRŠE reakcije, oni ih UBRZAVAJU

• E + S ES P + E

Mehanizam enzimske reakcijevažno:

tumačenje formule:1. ENZIM se vezuje za SUPSTRAT (jedinjenje/a koja reaguju) 2. enzim i supstrat stupaju u prelazni kompleks (odigrava se

reakcija) 3. rezultat reakcije je PRODUKT, a ENZIM izlazi NEIZMENJEN!!!!!

• Hemijske reakcije u organizmu su inače moguće tj. mogu se odigravati bez enzima– bez enzima bi one bile spore – proizvodi tih reakcija bi se javljali u

smanjenoj koncentraciji

• Enzimi su jako efikasni katalizatori, u jedinici vremena izmene velike količine supstrata

Nomenklatura- ili kako dati naziv enzimu-

• trivijalni nazivi: ptijalin, pepsin, tripsin, himotripsin. • sistemski nazivi: enzimu se daje naziv po imenu

supstrata na koji deluje, doda se samo sufiks AZA. – ureaza koja deluje na ureu, – amilaza deluje na amilum (skrob), – arginaza deluje na arginin (aminokiselina).

• najnovije preporuke: enzimu se daje naziv tako da se vidi na koji supstrat deluje i koji tip reakcije katalizuje. Npr. protein hidraza (vrši hidrolizu proteina)

Enzimi su svrstani u 6 grupa na osnovu hemijskih reakcija

1. Enzimi oksidoreduktaze (katalizuju oksidoredukciju između dva supstrata)

2. Hidrolaze (katalizuju hidrolizu peptidnih, estarskih, etarskih i glukoznih veza; tu spadaju proteaze i lipaze).

3. Transferaze (katalizuju prenos ili transfer funkcionalnih grupa; to su npr. aminotransferaze i fosfotransferaze)

4. Liaze (uklanjaju određenu grupu iz supstrata pri čemu supstratu ostaje dvoguba veza)

5. Izomeraze (katalizuju unutarmolekulsko preuređenje supstrata, npr. međusobno prevođenje optičkih i geometrijskih izomera - cis i trans oblik)

6. Ligaze ili sintetaze (katalizuju vezivanje dva supstrata uz utrošak ATP-a)

Hemijska priroda enzima

• Svi enzimi su proteini ali se na osnovu složenosti građe dele na:

1.Protein enzime koji se sastoje samo od amino kiselina

2.Protein enzime sa metalnim kofaktorom, u čiji sastav ulazi metalni jon i ako se on ukloni enzim gubi aktivnost.

3.Složene enzime - jedan složeni enzim se sastoji iz apoenzima (protein) i koenzima (neproteinski deo) i naziva se još i holoenzim.

još o složenim enzimima• APOENZIM i KOENZIM su reverzibilno vezani i čine

HOLOENZIM• ako se apoenzim i koenzim odvoje, holoenzim gubi aktivnost. • Apoenzim određuje na koji će supstrat holoenzim delovati i tip

hemijske reakcije koji će katalizovati. • Koenzimi se javljaju kao prenosioci atoma i atomskih grupa koje

se uklanjaju sa supstrata ili se dobijaju (npr. holoenzimi su dehidrogenaze a njihovi koenzimi su NAD i FAD).

Specifičnost enzima

• Enzimi su specifični što znači da deluju na tačno određene supstrate u tačno određenim reakcijama

• specifičnost može biti:

1.Apsolutna (samo na jedno jedinjenje): npr ureaza na ureu, arginaza na arginin

2.Relativna ili grupna (na grupu jedinjenja slične strukture): npr. lipaze hidrolizuju estarsku vezu u lipidima između svih alkohola i masnih kiselina, a najefikasniji su ako se radi o estrima glicerola i masne kiseline.

model “ključ-brava”

• enzim ima premodifikovano mesto vezivanja za supstrat koje tačno odgovara strukturi supstrata

model “indukovanog uklapanja”

• enzim nema premodifikovano mesto vezivanja za supstrat

• tek u prisustvu supstrata dolazi do uklapanja

Brzina enzimske reakcije

• Hemijske reakcije u ćeliji moraju se odigravati velikom brzinom kako bi se proizvodi tih reakcija javljali u dovoljnoj koncentraciji da bi se zadovoljile potrebe organizma.

• Brzina enzimskih reakcija je promena koncentracije supstrata u jedinici vremena ili promena koncentracije proizvoda reakcije u jedinici vremena.

• Brzina enzimskih reakcija zavisi od:

1.koncentracije enzima

2.koncentracije supstrata

3.temperature

4.pH sredine.

1. Uticaj koncentracije enzima

• Enzimi su veoma efikasni katalizatori• male količine enzima tranformišu velike

količine supstrata u jedinici vremena (npr. 1g labfermenta može da zgruša 5 000l mleka, 1g ureaze može da razgradi 10000g uree).

• Što je koncentracija enzima veća – veća je i brzina enzimske reakcije

2. uticaj koncentracije supstrata

• Brzina enzimskih reakcija zavisi od koncentracije kompleksa enzim-supstrat

• jedno vreme sa koncentracijom supstrata raste brzina

• Kada koncentracija supstrata prevaziđe koncentraciju enzima, svi molekuli enzima su u kompleksu sa supstratom i zato povećanje koncentracije supstrata ne povećava brzinu.

3. uticaj temperature

• Za sve enzime postoji optimalna temperatura na kojoj enzim transformiše najveću količinu supstrata i ta temperatura je 37C. – Ako se temperatura smanji ispod optimalne,

brzina se smanji. – Ako se temperatura poveća iznad optimalne,

brzina se takođe smanjuje. – Na temperaturi od 42 C prestaje enzimska

aktivnost jer se enzimi denaturišu toplotom.

4. uticaj pH• Dok je optimalna temperatura

istovetna za sve enzime, optimalni pH je različit za razne enzime.

• Npr. enzim amilaza koji deluje u ustima ima optimalni pH 7 (neutralna sredina)

• pepsin u želudcu pH 1,5 do 2,5 (kisela sredina)

• tripsin i himotripsin u tankom crevu pH oko 11 (jako bazna sredina)

Inhibitori enzima• To su mnoge supstance koje ometaju ili potpuno

koče aktivnost enzima i na taj način sprečavaju odvijanje nekih hemijskih reakcija u organizmu.

• Jedni se mogu vezivati za enzim na istom mestu za koje se vezuje i supstrat, i tako sprečavaju vezivanje supstrata i enzima, te koče enzimsku reakciju.

• Drugi se ne moraju vezivati za isto mesto već za neko drugo mesto, ali kada se inhibitor veže za enzim , on toliko izmeni strukturu enzima da je nemoguće vezivanje enzima i supstrata.

• Treći su otrovi za živa bića, npr. enzimi koji u sebi sadrže Fe mogu se inhibirati cijanidima, Co - fluoridima, oksalatima, živom, i arsenom.