ENZYMY W CHEMII. Michał Rachwalski. Uniwersytet Łódzki, Wydział Chemii, Katedra Chemii Organicznej i Stosowanej

Podobne dokumenty
ENZYMY W CHEMII. Michał Rachwalski. Uniwersytet Łódzki, Wydział Chemii, Katedra Chemii Organicznej i Stosowanej

Przemiana materii i energii - Biologia.net.pl

Substancje o Znaczeniu Biologicznym

Mechanizmy działania i regulacji enzymów

STEREOCHEMIA ORGANICZNA Wykład 6

Program zajęć z biochemii dla studentów kierunku weterynaria I roku studiów na Wydziale Lekarskim UJ CM w roku akademickim 2013/2014

Projektowanie Procesów Biotechnologicznych

Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu

etyloamina Aminy mają właściwości zasadowe i w roztworach kwaśnych tworzą jon alkinowy

Wykład 3. Zielona chemia (część 2)

Bliskie spotkania z biologią METABOLIZM. dr hab. Joanna Moraczewska, prof. UKW. Instytut Biologii Eksperymetalnej, Zakład Biochemii i Biologii Komórki

Enzymy katalizatory biologiczne

Akademia Ciekawej Chemii II edycja (2010/2011) Wykaz zagadnień do Konkursu Chemicznego

Podkowiańska Wyższa Szkoła Medyczna im. Z. i J. Łyko. Syllabus przedmiotowy 2016/ /2019

Komputerowe wspomaganie projektowanie leków

WYKORZYSTANIE METOD BIOTECHNOLOGICZNYCH DO OTRZYMYWANIA OPTYCZNIE CZYNNYCH ALKOHOLI

Przegląd budowy i funkcji białek

CORAZ BLIŻEJ ISTOTY ŻYCIA WERSJA A. imię i nazwisko :. klasa :.. ilość punktów :.

Bliskie spotkania z biologią METABOLIZM. dr hab. Joanna Moraczewska, prof. UKW. Instytut Biologii Eksperymetalnej, Zakład Biochemii i Biologii Komórki

Podstawy biogospodarki. Wykład 7

SPIS TREŚCI OD AUTORÓW... 5

KATALIZA I KATALIZATORY

Chemiczne składniki komórek

Informacje. W sprawach organizacyjnych Slajdy z wykładów

3b 2. przedstawione na poniższych schematach. Uzupełnij obserwacje i wnioski z nich wynikające oraz równanie zachodzącej reakcji.

Wydział Przyrodniczo-Techniczny UO Kierunek studiów: Biotechnologia licencjat Rok akademicki 2009/2010

Wydzielanie i oczyszczanie PLE

Mg I. I Mg. Nie można ich jednak otrzymać ze związków, które posiadają grupy chlorowcowe w tak zwanym ustawieniu wicynalnym.

STEREOCHEMIA ORGANICZNA

NZ PROFIL KSZTAŁCENIA praktyczny TYP PRZEDMIOTU obligatoryjny Forma studiów. Wybrane procesy biochemiczne. Selected biochemical processes

WYMAGANIA EDUKACYJNE w klasie III

Przegląd budowy i funkcji białek - od enzymów do prionów -

Laboratorium 4. Określenie aktywności katalitycznej enzymu. Wprowadzenie do metod analitycznych. 1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Technologia organiczna surowce i procesy przemysłu organicznego. Synteza enzymatyczna wprowadzenie

Wymagania edukacyjne niezbędne do uzyskania poszczególnych śródrocznych i rocznych ocen klasyfikacyjnych CHEMIA klasa III Oceny śródroczne:

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z CHEMII 2013/2014

Wymagania edukacyjne z chemii oraz sposoby sprawdzania wiedzy i umiejętności

protos (gr.) pierwszy protein/proteins (ang.)

Aminokwasy, peptydy i białka. Związki wielofunkcyjne

Opis zakładanych efektów kształcenia OPIS ZAKŁADANYCH EFEKTÓW KSZTAŁCENIA

CHEMIA klasa 3 Wymagania programowe na poszczególne oceny do Programu nauczania chemii w gimnazjum. Chemia Nowej Ery.

WYMAGANIA EDUKACYJNE z chemii dla klasy trzeciej

Katedra Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Uniwersytet Łódzki ul.tamka 12, Łódź. Dr Paweł Krzyczmonik

Katedra Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Uniwersytet Łódzki ul.tamka 12, Łódź

Reakcje chemiczne. Typ reakcji Schemat Przykłady Reakcja syntezy

Antyoksydanty pokarmowe a korzyści zdrowotne. dr hab. Agata Wawrzyniak, prof. SGGW Katedra Żywienia Człowieka SGGW

Nazwa przedmiotu (w języku. Chemia organiczna II polskim oraz angielskim)

Trawienie i wchłanianie substancji odżywczych

Wymagania edukacyjne niezbędne do otrzymania poszczególnych śródrocznych i rocznych ocen klasyfikacyjnych z chemii dla klasy VIII

Kryteria oceniania z chemii kl VII

Enzymologia SYLABUS A. Informacje ogólne

Bliskie spotkania z biologią METABOLIZM. dr hab. Joanna Moraczewska, prof. UKW. Instytut Biologii Eksperymetalnej, Zakład Biochemii i Biologii Komórki

KARTA KURSU. Kod Punktacja ECTS* 2

I. Węgiel i jego związki z wodorem

SEMINARIUM 8:

Katedra Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Uniwersytet Łódzki ul.tamka 12, Łódź. Dr Paweł Krzyczmonik

października 2013: Elementarz biologii molekularnej. Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II

FESTIWAL NAUKI PYTANIA Z CHEMII ORGANICZNEJ

Definicja immobilizacji

Reakcje enzymatyczne. Co to jest enzym? Grupy katalityczne enzymu. Model Michaelisa-Mentena. Hamowanie reakcji enzymatycznych. Reakcje enzymatyczne

Izoenzymy. Katalizują te same reakcje, ale różnią się właściwościami fizycznymi lub kinetycznymi. Optimum ph. Powinowactwo do substratu

BIOSYNTEZA ACYLAZY PENICYLINOWEJ. Ćwiczenia z Mikrobiologii Przemysłowej 2011

Stereochemia Ułożenie atomów w przestrzeni

Widma UV charakterystyczne cechy ułatwiające określanie struktury pirydyny i pochodnych

Wymagania programowe na poszczególne oceny chemia kl. III 2014/2015

PL B1. Kwasy α-hydroksymetylofosfonowe pochodne 2-azanorbornanu i sposób ich wytwarzania. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL

WYMAGANIA EDUKACYJNE z chemii dla klasy trzeciej gimnazjum

Program nauczania CHEMIA KLASA 8

OPTYMALNY POZIOM SPOŻYCIA BIAŁKA ZALECANY CZŁOWIEKOWI JANUSZ KELLER STUDIUM PODYPLOMOWE 2011

Chemia klasa VII Wymagania edukacyjne na poszczególne oceny Semestr II

ZWIĄZKI WĘGLA Z WODOREM 1) Uzupełnij i uzgodnij równania reakcji spalania całkowitego alkanów, alkenów i alkinów.

Metody fosforylacji. Schemat 1. Powstawanie trifosforanu nukleozydu

KLASA III Dział 9. WĘGLOWODORY

Różnorodny świat izomerów powtórzenie wiadomości przed maturą

ARKUSZ 1 POWTÓRZENIE DO EGZAMINU Z CHEMII

Wymagania edukacyjne na poszczególne oceny w klasie III

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

WYMAGANIA PROGRAMOWE Z CHEMII DLA KLASY II. Ocena Semestr I Semestr II

Wykład 14 Biosynteza białek

Wymagania na poszczególne oceny z chemii w klasie III VII. Węgiel i jego związki z wodorem

Wymagania edukacyjne. niezbędne do uzyskania poszczególnych. śródrocznych i rocznych ocen klasyfikacyjnych. z chemii

OGÓLNE WYMAGANIA EDUKACYJNE NA POSZCZEGÓLNE STOPNIE W KLASYFIKACJI ŚRÓDROCZNEJ I KOŃCOWOROCZNEJ - CHEMIA KLASA VII

Wymagania edukacyjne - chemia klasa VIII

Wolne rodniki w komórkach SYLABUS A. Informacje ogólne

BIAŁKA KATALITYCZNE ENZYMY ENZYMOLOGIA

PRZEDMIOTOWE ZASADY OCENIANIA Z CHEMII W ODDZIAŁACH GIMNAZJALNYCH. 1. Każdego ucznia ocenia nauczyciel chemii, czasami wspólnie z uczniami.

Bliskie spotkania z biologią. METABOLIZM część II. dr hab. Joanna Moraczewska, prof. UKW

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

CF 3. Praca ma charakter eksperymentalny, powstałe produkty będą analizowane głównie metodami NMR (1D, 2D).

TaqNova-RED. Polimeraza DNA RP20R, RP100R

ZWIĄZKI FOSFOROORGANICZNE

Ocenę niedostateczną otrzymuje uczeń, który: Ocenę dopuszczającą otrzymuje uczeń, który: Ocenę dostateczną otrzymuje uczeń, który:

Wymagania programowe na poszczególne oceny

Temat: Komórka jako podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna organizmu utrwalenie wiadomości.

TEST NA EGZAMIN POPRAWKOWY Z CHEMII DLA UCZNIA KLASY II GIMNAZJUM

Plan wynikowy z chemii do klasy III gimnazjum w roku szkolnym 2017/2018. Liczba godzin tygodniowo: 1.

podstawowa/chemia/jak-zmienia-sie-podreczniki-dostosowane-do-nowej-podstawy-

CHEMIA. Wymagania szczegółowe. Wymagania ogólne

Transkrypt:

ENZYMY W CHEMII Michał Rachwalski Uniwersytet Łódzki, Wydział Chemii, Katedra Chemii rganicznej i Stosowanej

- pojęcie enzymu; Plan wykładu - enzymy izolowane a całe komórki - enzymy jako katalizatory reakcji chemicznych - wybrane przykłady działania enzymów w organizmach żywych

Czym są enzymy? Enzymy są białkami zawierającymi od 60 do 1000 reszt aminokwasów; Enzymy są katalizatorami reakcji chemicznych zachodzących w układach biologicznych (in vivo).

Klasyfikacja białek Białka proste te które w wyniku hydrolizy dają jedynie aminokwasy Białka złożone dają po hydrolizie także inne związki ( np.: węglowodany, tłuszcze, kwasy nukleinowe) Ze względu na strukturę przestrzenną Białka fibrylarne (włókienkowe) składają się z łańcuchów polipeptydowych ułożonych obok siebie w długie włókna. Są one odporne i nierozpuszczalne w wodzie, w naturze używane do budowy tkanek konstrukcyjnych, takich jak ścięgna, kopyta, rogi i mięśnie. Białka globularne (kłębuszkowe) zwykle są zwinięte w zwarty, w przybliżeniu kulisty kształt. Białka te są z reguły dobrze rozpuszczalne w wodzie i swobodnie przemieszczają się w obrębie komórki. Większość z ok. 2000 znanych enzymów jest globularna.

Struktury enzymów

Czym charakteryzują się enzymy? są bardzo wydajnymi i skutecznymi katalizatorami (przyspieszają reakcje 10 8 do 10 12 razy; są nieszkodliwe dla środowiska; działają w łagodnych warunkach (ph 5-8, temperatura 20-40 C); są zdolne do katalizowania reakcji z użyciem zarówno substratów naturalnych jak i nienaturalnych in vitro; zarówno w wodzie jak i w rozpuszczalnikach organicznych; mogą katalizować szeroki zakres reakcji

Klasyfikacja enzymów 1. KSYDREDUKTAZY katalizują reakcje redox. 2. TRANSFERAZY katalizują transfer odpowiednich grup funkcyjnych. 3. HYDRLAZY katalizują tworzenie lub zrywanie wiązań 4. C-, C-N, C-S, P-. 4. LIAZY katalizują rozerwanie wiązań C-C, C-, C-N poprzez eliminację. 5. IZMERAZY katalizują geometryczne lub strukturalne przegrupowania wewnątrz cząsteczki. 6. LIGAZY syntetyzują cząsteczki ważne zwłaszcza w biologii molekularnej.

Enzymy hydrolityczne LIPAZY: Lipaza z Pseudomonas cepacia, PFL (Lipaza z Pseudomonas fluorescens), CAL (lipase z Candida antarctica), CRL (lipaza z Candida rugosa) i inne. ESTERAZY: Esteraza z wątroby wieprzowej (PLE), cholinoesteraza i inne. PRTEAZY: Chymotrypsyna, subtylizyna, papaina, pepsyna i inne. AMIDAZY, NITRYLAZY. FSFATAZY, NUKLEAZY, FSFLIPAZY

Izolowane enzymy a całe komórki Izolowane enzymy Zalety: Prosta aparatura Prosta przeróbka reakcji Specyficzne dla wybranych reakcji Lepiej tolerowane dodatkowe rozpuszczalniki Wady: Koszty Wymagany dodatek kofaktora, częsta potrzeba odzysku kofaktora

Izolowane enzymy a całe komórki Całe komórki Zalety: Tanie becność wymaganych kofaktorów Wady: Skomplikowana aparatura Utrudniona obróbka reakcji Możliwość wystąpienia reakcji ubocznych

Zalety i wady zastosowania enzymów w syntezie organicznej Zalety: Możliwość reakcji stereo- i regioselektywnych; Łagodne warunki reakcji, np. temperatura pokojowa, ph 7; Rozpuszczalnik organiczny lub woda; Katalizatory przyjazne środowisku; Enzymy mogą być tanie, np. lipazy; Można łatwo zwiększyć skalę reakcji.

Zalety i wady zastosowania enzymów w syntezie organicznej Wady : Użycie ich może być ograniczone specyficznością substratów; Reakcje prowadzone z użyciem całych komórek wymagają technik aseptycznych; Reakcje mogą wymagać kofaktora; Biokatalizatory i kofaktory mogą być drogie.

Reakcje enzymatyczne w rozpuszczalnikach organicznych Główna przyczyna: słaba rozpuszczalność wielu substratów w wodzie. Enzymy nawet po liofilizacji zawierają pewną ilość wody; Enzymy tracą swoją aktywność w całkowicie suchych układach; Enzymatyczne reakcje są szybsze w rozpuszczalnikach hydrofobowych Pamięć ph enzymów.

Typy selektywności wykazywane przez enzymy Chemoselektywność Regioselektywność; Diastereoselektywność; Enancjoselektywność.

Chemoselektywność

Regioselektywność

Przykłady różnych właściwości enancjomerów

Enzymy w syntezie Fermentacja alkoholowa C 6 H 12 6 zymaza 2CH 3 CH 2 H + 2C 2

Chemoselektywna hydroliza estrów H 1 CMe PLE H CH 4 CMe bufor CMe

Enzymatyczny rozdział estrów aminokwasów 1 R C R NHR R HN esteraza lub proteaza CH R L 1 R C D R NHR 2 2 bufor R = alkil, aryl, R1 = Me, Et, R2 = H, acyl

Metody otrzymywania związków optycznie czynnych KINETYCZNY RZDZIAŁ DESYMETRYZACJA DERACEMIZACJA R szybko P szybko P R retencja P + S powoli + Q A powoli + Q + S inwersja R, S - enancjomery racemicznego substratu P, Q - enancjomery produktu Wydajność 50% P i 50% S P, Q - enancjomery produktu A - substrat prochiralny lub mezo Wydajność 100% P R, S - enancjomery racemicznego substratu P - enancjomer produktu Wydajność 100% P

Dynamiczny kinetyczny rozdział k rac R S szybko k R powoli k S P Q

Dynamiczny kinetyczny rozdział Ar S R AcR 1 Lipaza Ar S R H Ru-kat. Ac rac-1 Pirydyna-kat. (R)-2 a: Ar = Ph, R = Me b: Ar = p-tol, R = Me c: Ar = p-tol, R = Et R 1 = p-clc 6 H 4 (4), CH=CH 2 (5) P. Kiełbasiński, M. Rachwalski, M. Mikołajczyk, M. Moelands, B. Zwanenburg, F. Rutjes, Tetrahedron: Asymmetry 2005, 16, 2157

Katalizator rutenowy H Ph Ph Ph Ph Ph Ru Ru C C C H C Ph Ph

Enzymy hydrolizujące nitryle R C N nitrylaza R H hydrataza nitryli amidaza R NH 2

Synteza prochiralnego sulfotlenku bis(cyjanometylowego) Cl CN Na 2 S DME NaI 4 NC S CN NC S CN EtH/H 2 1(75%) 2 (60%)

Możliwe produkty hydrolizy sulfotlenku bis(cyjanometylowego) NC S 2 CN NC enzym bufor H 2 N S 3 S NC NH 2 S 5 H H 2 N H H S 4 S NH 2 H 6 7 P. Kiełbasiński, M. Rachwalski, M. Mikołajczyk, M. Szyrej, M. W. Wieczorek, R. Wijtmans, F. Rutjes, Adv. Synth. Catal. 2007, 349, 1387

Enzymatyczne utlenianie lucyferyny

Enzymatyczna reakcja nadtlenku wodoru i hydrochinonu Strzel łoskotnik (bombardier)

Anhydraza węglanowa 1 sekunda 1 000 000 cząsteczek C 2

Katalaza 1 sekunda 40 000 000 cząsteczek H 2 2

Polimeraza DNA Błąd raz na 1 000 000 par zasad nukleinowych

Żabi enzym antidotum na białaczkę (?) i nowotwory mózgu amfinaza, onkonaza