BIAŁKA KATALITYCZNE ENZYMY ENZYMOLOGIA

Transkrypt

1 BIAŁKA KATALITYCZNE ENZYMY ENZYMOLOGIA dr hab. prof. AWF Agnieszka Zembroń-Łacny Zamiejscowy Wydział Kultury Fizycznej w Gorzowie Wlkp. Akademii Wychowania Fizycznego w Poznaniu

2 ROBACZKI ŚWIĘTOJAŃSKIE ŚWIATEŁKO ŻYCIA I ŚMIERCI LUCYFERAZA

3 GRZYBY opieńka miodowa (Armillaria mellea)

4 LUMINESCENCYJNA MEDUZA AKWORYNA

5 CHRZĄSZCZ BOMBARDIER KATALAZA

6 ENZYMY kontrolują przebieg >4000 różnych reakcji biochemicznych! siła katalityczna i specyficzność stabilizacja stanów przejściowych ENZYMY obniżenie energii aktywacji, przyspieszenie reakcji ponad milion krotnie ustawiają substraty w optymalnej orientacji przestrzennej białkowe katalizatory biokatalizatory, o strukturze III i IV rzędowej; enzymy multimeryczne, homomery, heteromery rybozymy cząsteczki wielokrotnego użycia podlegają regulacji fizyko-chemicznej: temperatura, ph, stężenie substratu, stężenie produktu, aktywatory i inhibitory reakcji

7 ANHYDRAZA WĘGLANOWA W ciągu 1 sekundy może uwodnić 1 mln CO 2!

8 KATALAZA W ciągu 1 sekundy rozkłada 40 mln H 2 O 2!

9 POLIMERAZA DNA enzym, który myli się raz na milion para zasad! działanie "korekcyjne" (ang. reading-proof activity) narzędzie służące do amplifikacji materiału np. w medycynie sądowej, paleontologii itp.

10 ENZYM OBNIŻA ENERGIĘ AKTYWACJI bez udziału enzymu, niekatalizowana z udziałem enzymu, katalizowana Energia swobodna energia aktywacji reakcji G substraty produkty postęp reakcji

11 ENZYM PRACUJE W KOMPLEKSIE ENZYM-SUBSTRAT substrat miejsce aktywne ENZYM nazwy enzymów mają końcówkę aza np. laktaza, katalaza, transferaza

12 KLASYFIKACJA ENZYMÓW (SPECYFICZNOŚĆ, TYP KATALIZOWANEJ REAKCJI, SUBSTRAT) Oksydoreduktazy (dehydrogenazy) reakcje redoks Transferazy reakcje przeniesienia Hydrolazy reakcje hydrolizy Liazy (syntazy) reakcje odłączenia grup i przyłączenia do wiązań podwójnych Izomerazy reakcje izomeryzacji Ligazy (syntetazy) reakcje tworzenia wiązań

13 Specyficzność: model indukowanego dopasowania (ang. induced fit model) oddziaływania hydrofobowo-hydrofilowe, van der Walsa i elektrostatyczne (efekt Kirke) induced fit ENZYM

14 Kinetyka model Michaelisa-Menten Enzym + Substrat kompleks ES k 1 k 2 tworzenie kompleksu enzym-substrat k 3 kompleks ES Enzym + Produkt kataliza

15 ZAŁOŻENIA MICHAELISA-MENTEN Krzywa wysycenia dla reakcji enzymatycznej ukazująca zależność szybkości reakcji V od stężenia substratu [S]

16 RÓWNANIE MICHAELISA-MENTEN: V 0 = V max [S] [S] + K m V 0 - szybkość początkowa V max - szybkość maksymalna S - stężenie substratu K m - stała Michaelisa-Menten

17 CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA AKTYWNOŚĆ ENZYMÓW: stężenia enzymu i stężenia substratu stężenie produktu hamowanie/sprzężenie zwrotne temperatura i ph obecność kofaktorów obecność regulatorów allosterycznych obecność inhibitorów

18 STĘŻENIE ENZYMU STĘŻENIE SUBSTRATU Szybkość katalityczna jest ograniczona wyłącznie szybkością, z jaką enzymy spotykają się z substratami!

19 STĘŻENIE PRODUKTU HAMOWANIE NA ZASADZIE SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO duże stężenie produktu reakcji hamuje decydujący etap przeciwdziała to nagromadzeniu intermediatów oraz niepotrzebnemu zużywaniu metabolitów i energii enzymy, które poddane są tego typu regulacji posiadają kilka miejsc aktywnych dla substancji regulatorowych enzymy allosteryczne

20 TEMPERATURA

21 PH

22 KOFAKTORY: GRUPY PROSTETYCZNE I KOENZYMY grupy prostetyczne to kofaktory kowalencyjne związane z enzymem np. żelazo, magnez, witaminy koenzymy to małe kofaktory wiążące się z enzymem tylko na czas reakcji np. NAD +, NADP +, FAD APOENZYM + KOFAKTOR = HOLOENZYM

23 REGULATORY ALLOSTERYCZNE (GR. ALLOSTERYCZNY OZNACZA INNA PRZESTRZEŃ ) mają więcej niż jedno miejsce aktywne związanie substratu w jednym miejscu przystosowuje enzym (zmiana konformacji enzymu) na przyjęcie kolejnego substratu kooperacja lub efekt domina nie podlegają kinetyce Michaelisa-Menten

24 INHIBITORY KOMPETYCYJNE kompetycyjna inhibitor konkuruje z substratem o centrum aktywne enzymu inhibitor nie zajmuje miejsca aktywnego trwale i nie niszczy substratu - zmiana odwracalna np. atropina inhibuje odwracalnie receptory muskarynowe substrat inhibitor kompetycyjny ENZYM

25 PRZYKŁAD: ALLOPURYNOL JEST INHIBITOREM KOMPETYCYJNYM OKSYDAZY KSANTYNOWEJ, KTÓRA KATALIZUJE SYNTEZĘ KWASU MOCZOWEGO Z HYPOKSANTYNY

26 INHIBITORY NIEKOMPETYCYJNE niekompetycyjna inhibitor może wiązać się z enzymem w każdym miejscu, prócz aktywnego inhibitor zmienia jednak konformacje enzymu zmiana jest odwracalna substrat miejsce aktywne ulega zmianie ENZYME inhibitor niekompetycyjny

27 INHIBITORY TRWALE NISZCZĄCE STRUKTURĘ ENZYMU np. cyjanki, metale ciężkie, gazy bojowe, toksyny grzybów (muskaryna, amanityna), penicylina itp.

28 CZY ENZYMY SĄ BIAŁKAMI? NIE zawsze Enzymy mogą być zbudowane z kwasu rybonukleinowego RYBOZYMY

29 RYBOZYMY rybozymy katalizują wycinanie intronów składanie pierwotnego transkryptu w dojrzały mrna rybozymy katalizują tworzenie wiązania peptydowego podczas biosyntezy białka - transferaza peptydylowa

30 ENZYMY W DIAGNOSTYCE MEDYCZNEJ ENZYM OSOCZA AMINOTRANSFERAZY asparaginianowa AST alaninowa ALT AMYLAZA CERULOPLAZMINA KINAZA KREATYNOWA TRANSPEPTYDAZA -GLUTAMYLOWA DEHYDROGENAZA MLECZANOWA LIPAZA FOSFATAZA KWASOWA ZASTOSOWANIE DIAGNOSTYCZNE zawał serca wirusowe zapalenie wątroby ostre zapalenie trzustki zwyrodnienie wątrobowo-soczewkowate (choroba Wilsona) choroby mięśni i zawał serca różne choroby wątroby zawał serca ostre zapalenie trzustki rak gruczołu krokowego z przerzutami FOSFATAZA ZASADOWA różne choroby kości, choroby wątroby z utrudnionym odpływem żółci

31 ENZYMY W DIAGNOSTYCE KLINICZNEJ, KRYMINALISTYCE, ANTROPOLOGII, PALEONTOLOGII, ARCHEOLOGII wykorzystanie efektywności katalitycznej i specyficzności katalizy enzymatycznej np. łańcuchowa reakcja polimerazy PCR (ang. polymerase chain reaction) polega na zastosowaniu enzymów w roli amplifikatorów DNA klonowanie DNA zwiększenie ilości materiału genetycznego analiza DNA: identyfikacja osób, pokrewieństwo, analiza polimorfizmów (zmienności genetycznej), defektów/chorób genetycznych, przyczyny śmierci itp.

32 ENZYMY W INŻYNIERII GENETYCZNEJ ENZYMY RESTRYKCYJNE podstawowe narzędzie w inżynierii genetycznej tną DNA w określonych sekwencjach: końce tępe, końce lepkie wykorzystywane do tworzenia cząsteczek chimerycznych i organizmów transgenicznych

33 ENZYMY RESTRYKCYJNE funkcja pierwotna ochrona DNA bakteryjnego przed DNA obcych organizmów (głównie fagów) nazwy enzymów restrykcyjnych pochodzą od nazwy bakterii, z której zostały wyizolowane np. EcoRI pochodzi od Escherichia Coli, HindIII pochodzi od haemophilus enzym influenzae restrykcyjny

34 ENZYMY RESTRYKCYJNE plazmid miejsce cięcia miejsce cięcia obcy DNA TWORZENIE CZĄSTECZEK CHIMERYCZNYCH enzym restrykcyjny lepkie końce enzym restrykcyjny POŁĄCZENIE lepkie końce DNA ligaza PLAZMID CHIMERA

35 ENZYMY RESTRYKCYJNE tworzenie zwierząt transgenicznych małpki, które pomogą w badaniu i leczeniu chorób neurologicznych, jak choroba Parkinsona i Huntingdon a pajęcze kozy zawierają gen fibroiny wykorzystywanej do produkcji nici i opatrunków knur Wojtek z ludzkimi genami, dawca narządów do transplantacji transgeniczny łosoś zawiera ludzki hormon wzrostu kot niewywołujący alergii fluorescencyjne rybki, zawierają gen meduzy

36 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!