Enzymologia I. Kinetyka - program Gepasi. Uniwersytet Warszawski Wydział Biologii Zakład Regulacji Metabolizmu

Transkrypt

1 Enzymologia I Kinetyka - program Gepasi Uniwersytet Warszawski Wydział Biologii Zakład Regulacji Metabolizmu

2 I zasada + II zasada termodynamiki zmiana entalpii i entropii może zostać wyrażona ilościowo jako zmiana energii Gibbsa G G jest ilościowym pomiarem netto "siły napędowej procesów termodynamicznych W procesach w których następuje spadek energii Gibbsa ( G<) zachodzi wzrost netto entropi układu i otoczenia - proces zachodzi spontanicznie G = H-T S

3 zmiana energii Gibbsa G - G A B + G A - G + G G = B.1K.1K.1K K 1K 1K 1K Iloraz masowy [B]/[A]

4 Reakcja wzajemnej przemiany A i B w C i D przebiega w układzie zamkniętym: Stała równowagi reakcji K aa + bb cc + dd Stała równowagi reakcji K K c eq [ C] [ D] a eq [ A] [ B] d eq b eq gdzie stężenia reagentów przyjmują wartości równowagowe (eq).

5 Iloraz masowy ( ) w stanie odległym od stanu równowagi c obs [ C] [ D] a obs [ A] [ B] d obs b obs gdzie stężenia reagentów odpowiadają wartościom obserwowanym (obs) G = 2,3 RT log 1 /K Zmianę energii Gibbsa, kiedy a moli A i b moli B ulega przemianie w c moli C i d moli D, przy ilorazie masowym różnym od stałej równowagi reakcji K gdzie R - stała gazowa a T - temperatura w skali bezwzględnej

6 zmiana energii Gibbsa G - G A B + G A - G + G G = B.1K.1K.1K K 1K 1K 1K Iloraz masowy [B]/[A]

7 Wartość G jest funkcją oddalenia reakcji od stanu równowagi. W 25 o C wartość G dla reakcji oddalonej od stanu równowagi o jeden rząd wielkości (1 razy) będzie wynosiła zatem 5.7 kj mol -1. Gdy iloraz masowy G<, a jeśli >K to G>. jest mniejszy niż stała równowagi K to

8 Gdy obserwowany iloraz masowy ( ) równa się jedności, funkcja G określana jest jako G o czyli standardowa zmiana energii Gibbsa (wzór *). Podstawienie tej zależności do ogólnego wzoru na zmianę energii Gibbsa ( G) umożliwia napisanie równania w którym można pominąć wartość stałej równowagi (wzór **). Jest to najczęściej spotykana postać tego równania. * G = -2,3 RT log 1 K ** G = G + 2,3 RT log 1

9 warunkiem zajścia reakcji jest utrzymanie układu w stanie oddalonym od stanu równowagi warunkiem zachodzenia reakcji w komórce jest utrzymywanie stężeń reagentów w stanie oddalonym od stanu równowagi (ds komórki ) + (ds otoczenia )

10 A. Kinetyka reakcji niekatalizowanej Reakcje odwracalne i nieodwracalne

11 Reakcja nieodwracalna [S]t [P]t

12 Reakcja odwracalna k1=k2= [S]t [P]t

13 Reakcja odwracalna k1=1 k2= [S]t [P]t

14 Reakcja odwracalna k1=2 k2= [S]t [P]t

15 S + S -> P [S]t [P]t

16 S + S -> P [S]t [P]t

17 .7 Reakcja niekatalizowana V reakcji zmienna, można wyznaczyć V 1/2.6.5 V 1 V 2 V 1/2.4.3 V czas [min]

18 B. Model kinetyki reakcji enzymatycznej wg. Michaelisa-Menten

19 wg Michaelisa - Menten [E]t [S]t [ES]t [P]t

20 k 1 k 2 E S ES E P k 1 czas [jednostki umowne]

21 k 1 k 2 E S ES E P k 1 Założenia teorii Michealisa-Menten Definicja stanu stacjonarnego d [ES] dt E = const v d [S] dt k 2 [ES] V - szybkość reakcji wyznaczona w stanie stacjonarnym ekstrapolowana do czasu t i odniesiona do [S]

22 V początkowa reakcji enzymatycznej -,6 -,12 -,18 -,24 -,3, 1, 2, 3, 4, Czas [min]

23 k 1 k 2 E S ES E P k 1 Założenia teorii Michealisa-Menten Równanie M-M i stałe kinetyczne k +1 [E][S ]= (k +2 +k -1 )[ES] K k + k k m

24 V początkowa reakcji enzymatycznej -,6 -,12 -,18 -,24 -,3, 1, 2, 3, 4, Czas [min]

25 Model M-M, różne początkowe stężenia substratu [P]t Krzywe progresji J(R2) Zmiana szybkości w czasie

26 V = k +2 [ES] [E]= [E cał ]-[ES] V max = k +2 [E cał ] V k [E ] 2 cal [S] [S] + K m V V [S] max [S] + K m

27 V = k +2 [ES] [E]= [E cał ]-[ES] V max = k +2 [E cał ] k 1 k 2 E S ES E P k 1 V k [E ] 2 cal Założenia teorii Michealisa-Menten Równanie M-M i stałe kinetyczne [S] [S] + K m k +1 [E][S ]= (k +2 +k -1 )[ES] V m V [S] max [S] + K k K k + k m

28 V = k +2 [ES] [E]= [E cał ]-[ES] V max = k +2 [E cał ] V k [E ] 2 cal [S] [S] + K m V V [S] max [S] + K m

29 V = k +2 [ES] [E]= [E cał ]-[ES] V max = k +2 [E cał ] V k [E ] 2 cal [S] [S] + K m V V [S] max [S] + K m

30 .3 S 4 V 4 S 5 V 5 S 3 V 3.2 S 2 V 2 S 1 V S [mm]

31 Odczytywanie wartości S i V z symulacji w programie Gepasi Stężenie początkowe substratu Odpowiadajaca szybkość początkowa

32 V max.3.2 V 1 2 V V max.1 V [S] [S] + K max m [S] = K m [S] [mm]

33 E ES E + P Wykres Lineweavera-Burke'a tg K m V max -1/K m 1/V max 1 1 Km 1 V V max Vmax S 1/[S] pocz. [1/mM]

34 C. Hamowanie reakcji enzymatycznych Współzawodnicze

35 Model hamowania współzawodniczego - inhibitor nieobecny

36 Model hamowania współzawodniczego - inhibitor obecny

37 Hamowania współzawodnicze - stałe początkowe stężenie substratu i inhibitora 1 [ES] 1 [EI]

38 Hamowania współzawodnicze - wzrastające początkowe stężenie substratu, stałe stężenie inhibitora

39 A 45 4 B C 4 A - bez inhibitora B- z inhibitorem C- inhibitor + wzrastające początkowe stężenie substratu,

40 Hamowania współzawodnicze - wzrastające początkowe stężenie substratu, stałe stężenie inhibitora Strzałki wskazują wzrastające stężenie substratu

41 Hamowania współzawodnicze - wzrastające początkowe stężenie substratu, stałe stężenie inhibitora Stała szybkości tworzenia kompleksu EI zwiększona do

42 Hamowania współzawodnicze - wzrastające początkowe stężenie substratu, stałe stężenie inhibitora Stała szybkości tworzenia kompleksu EI zwiększona do 5 wybrane rysunki

43 EI E ES Inhibicja współzawodnicza E + P + Inhibitor Kontrola K EI i E+I -1/K m * 1 1 K m [I] 1 V Vmax Vmax K 1 [S] I 1/V max -1/K m 1/[S] pocz. [1/mM]

44 C. Hamowanie reakcji enzymatycznych Niewspółzawodnicze

45 Hamowania niewspółzawodnicze [I] = 35 [I] = [I] = 5 [S] i od 5 do Wykres w innej skali niż pozostałe

46 Hamowania niewspółzawodnicze [I] = 5 [S] i od 5 do

47 Inhibicja niewspółzawodnicza E + P Kontrola E ES + Inhibitor EI ESI -1/V max * K EI i E+I EIS ES I -1/K m 1/V max [I] Km 1 V V max KI Vmax [S] 1/[S] pocz. [1/mM]