Enzymy = biokatalyzátory
Enzymy – biologické katalyzátory
Analogie s chemickými katalyzátory
Katalyzátor je jiná látka než reaktant a produkt
reakce
Zvyšuje rychlost reakce v obou směrech, snižuje
aktivační energii obou reakcí; reakce vedena jinudy
(ilustrace – tok řeky)
Z toho plyne, že zkracuje dobu potřebnou k dosažení
rovnováhy ale neovlivňuje tuto rovnováhu!!!!!!
Vystupuje z reakce nezměněn
·
·
·
·
bílkoviny ( vyjímka ribozymy, např. 2S-rRNA)
aktivní místo - vazebné skupiny
- katalytické skupiny
vazba substrátu - zámek a klíč
- indukované přizpůsobení
úloha "zbytku molekuly"
Aktivační energie rozkladu peroxidu
vodíku
H2O2 → 2H2O + O2
Katalyzátor
Reakční rychlost (mol.l1.s-1)
Ea (kJ.mol-1)
Žádný
10-8
71,1
HBr
10-4
50,2
Fe(OH)2-triethylen
tetraamin
103
29,3
Katalasa
107
8,4
Enzymy – biologické katalyzátory
Platí o nich totéž co o chemických katalyzátorech, ale mají
něco navíc:
 účinné snížení aktivační energie
 specifita
 regulovatelnost účinnosti (aktivity)
Enzymy = biokatalyzátory
Každá (metabolická) reakce má svůj enzym
Co umí enzymy
· účinné snížení aktivační energie
· specifita účinku
· specifita substrátová
· regulovatelnost účinnosti (aktivity)
Snížení aktivační energie
Enzym = buď jednoduchá bílkovina
nebo apoenzym (peptidový řetězec) + kofaktor =
holoenzym
Kofaktor: nepeptidová součást enzymu, která se přímo
účastní chemické reakce (bez něj by to nešlo), častá
souvislost s vitaminy
Prosthetická skupina
- pevně vázána na
peptidový řetězec
Koenzym volně vázaná molekula
prosthetická skupina (př. FAD, PLP, hem)
E-Pr + S1
E-Pr* + P1
E-Pr* + S2
E-Pr + P2
_____________________
E-Pr
S1 + S2
P1 + P2
koenzym (druhý substrát) (př. NAD(P),CoA, ATP)
E1
S1 + K
P1 + K*
E2
K* + S2
K + P2
________________
S1 + S2
P1 + P2
Prosthetická skupina x Koenzym
AKTIVNÍ MÍSTO ENZYMŮ
relativně malá kapsa (štěrbina) uvnitř nebo při povrchu enzymu, často hydrofóbní,
umožňující vazbu substrátu(ů), ev. nebílkovinné části enzymu slabšími
přechodnými, většinou nekovalentními vazbami:
-
vodíkovými můstky (výrazně směrovaná)
-
elektrostatickým přitahováním
-
hydrofóbními interakcemi
-
van der Waalsovými silami
Obsahuje postranní řetězce sekvenčně vzdálených aminokyselin, které představují
kontaktní,
orientující
a
katalytické
zbytky
a
vytvářejí
trojrozměrnou strukturu (konformaci).
-efekt zvýšení koncentrace
Vzniká dočasně a reverzibilně komplex enzym-substrát (ES).
biospecifickou
AKTIVNÍ MÍSTO ENZYMŮ
Teorie zámku a klíče
Změna konformace hexokinasy způsobená vazbou
substrátu
Kofaktory - prosthetická skupina
1. prosthetická skupina (př. FAD, PLP, hem)
E-Pr + S1
E-Pr* + P1
E-Pr* + S2
E-Pr + P2
_____________________
E-Pr
S1 + S2
P1 + P2
Prosthetická skupina - FAD
přenos elektronů,
riboflavin B2
Prosthetická skupina - PLP
Prosthetická skupina - hem
Kofaktory - koenzym
2. koenzym (druhý substrát) (př. NAD(P),CoA, ATP)
E1
S1 + K
P1 + K*
E2
K* + S2
K + P2
________________
S1 + S2
P1 + P2
Koenzymy – NAD+, NADP+
Koenzymy – CoA
Koenzymy – ATP
Kofaktory - ostatní
3. "nespecifické" organické sloučeniny
- kyselina askorbová (komplex s Fe)
- některé další vitaminy
4. kovy přímo se účastnící reakce
(metaloenzymy, Zn, Fe, Se, Cu ...)
5. specifické kovy, působící "nepřímo"
(Mg a ATP)
Jednotky vyjadřování enzymové aktivity
katal (zkratka kat): množství enzymové aktivity, které katalyzuje přeměnu l molu
substrátu za sekundu; l0-6 kat = µkat ; l0-9 kat = nkat
starší mezinárodní jednotka:
U : množství enzymové aktivity, které katalyzuje přeměnu l µmolu substrátu za
minutu; l0-3 U = mU
PŘEVOD:
U=16,67 nkat
60 U=1 µkat
Faktory ovlivňující enzymovou aktivitu
koncentrace substrátu (Km, V, kcat)
teplota
pH
iontová síla
aktivátory a inhibitory
Názvosloví enzymů
triviální (pepsin, trypsin, elastasa, invertasa ...)
doporučené ("polosystematické") (alkoholdegydrogenasa...)
Slovník biochemických pojmů:
http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-002/ebook.help.htm
enzymy - názvosloví {1}
enzyme nomenclature
a) triviální (např. pepsin, trypsin, thrombin, elastasa{EC 3.4.21.36, EC
3.4.21.71}), b) tzv. doporučené, tvořené názvem substrátu, typem
reakce a příponou -asa (např. alkoholdehydrogenasa,
glukosaoxidasa, alaninaminotransferasa{EC 2.6.1.2}, alaninracemasa{EC
5.1.1.1}), c) systémové (též systematické), vytvářené podle daných
pravidel. Systémové názvosloví je založeno (až na výjimky) pouze na
účinkové a substrátové specifitě enzymů a vychází z rozdělení
enzymů do šesti tříd (viz enzymy - rozdělení do tříd). Vedle tohoto
jednoznačného, byť v běžné praxi poněkud nepohodlného názvosloví
má každý enzym ještě své katalogové číslo (viz EC, enzymový
katalog). Názvy enzymů mají, kromě nejstarších triviálních názvů,
příponu -asa.
Příklady:
ENTRY
EC 3.2.1.26
NAME -Fructofuranosidase
Invertase
Saccharase
CLASS
Hydrolases Glycosidases Hydrolysing O-glycosyl
compounds
SYSNAME -D-Fructofuranoside fructohydrolase
REACTION Hydrolysis of terminal non-reducing -D-fructofuranoside
residues in -D-fructofuranosides
SUBSTRATE -D-Fructofuranoside
Sucrose
H2O
PRODUCT
-D-Fructose
POZNÁMKA: Termín invertasa vznikl proto, že při hydrolyse sacharosy
se obrací (invertuje) optická rotace z pravotočivého na levotočivý smysl.
Enzym se využívá k výrobě invertního cukru (směs glukosy a fruktosy),
který je mnohem sladší a stravitelnější než sacharosa; používá se jako
umělý med, jako sladidlo do zmrzliny, čokolád apod.
Třídy enzymů
1) Oxidoreduktasy
katalyzují různé oxidoredukční reakce, často s využitím koenzymů jako např.
NADH, NADPH, FADH2,nebo hemu. Triviální názvy v této třídě: dehydrogenasy,
oxidasy, cytochromy, peroxidasa, katalasa.
2) Transferasy
Katalyzují přenos skupin: amino-, methyl-, acyl-, glykosyl-, fosforyl-. Kinasy
katalyzují přenos fosfátové skupiny z ATP nebo jiných nukleosidtrifosfátů.
Triviální názvy v této třídě: aminotransferasy (transaminasy), acyltransferasy,
fosfotransferasy.
3) Hydrolasy
Katalyzují štěpení vazeb mezi atomem uhlíku a jinými atomy prostřednictvím
spotřebované molekuly vody. Obvyklé triviální názvy: esterasy, peptidasy,
amylasy, fosfatasy, lipasy, proteasy (pepsin, trypsin, chymotrypsin).
Třídy enzymů
4) Lyasy
Katalyzují adiční reakci na dvojné vazbě nebo eliminační reakci mezi dvěma C
atomy za vzniku dvojné vazby. Příklady: fumaráthydratasa (fumarasa),
karbonátdehydratasa (karboanhydrasa), aldolasa, citrátlyasa, dekarboxylasy.
. Isomerasy
5)
Katalyzují racemizaci optických isomerů nebo vytváření polohových isomerů:
epimerasy, racemasy, mutasy.
6) Ligasy
Katalyzují tvorbu vazeb mezi uhlíkem a jinými atomy spojenou se štěpením ATP
(spřažení exergonické a endergonické reakce): karboxylasy, synthetasy
(glutaminsynthetasa).
1. OXIDOREDUKTASY
donor + akceptor
oxidovaný donor + redukovaný akceptor
Systematický název: donor : akceptor-oxidoreduktasa
angl .: donor : acceptor oxidoreductase
Triviální názvy: dehydrogenasa
reduktasa (důležitější redukce substrátu)
transhydrogenasa (vzácné, glutathion-cystin-transhyhrogenasa)
oxidasa (přenos dvou elektronů na O2, obvykle vznik H2O2)
oxygenasa (1 nebo 2 atomy O jsou inkorporovány do
substrátu(ů),
monooxygenasa: vzniká voda, dioxygenasa: nevzniká)
peroxidasa (peroxid vodíku je akceptorem elektronů)
katalasa (disproporcionace peroxidu vodíku)
donor
akceptor
CH_OH (alkohol)
CHO (aldehyd)
CH_CH
CH_NH2
CH_NH (sekundární amin)
NADH nebo NADPH
ostatní dusíkaté donory
sloučeniny síry
hemová skupina
difenoly a příbuzné slouč.
peroxid vodíku jako akceptor
vodík
působící na jeden donor, do něhož
se vnáší kyslík (oxygenasy)
1.14. působící na dva donory,
reakcí) které inkorporují kyslík
1.15. superoxidový radikál jako akceptor
1.16.
kovové ionty
_CH _ (vzniká alkohol)
1.17.
2
1.18.
redukovaný ferredoxin
1.19.
redukovaný flavodoxin
1.97. ostatní oxidoreduktasy
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
1.8.
1.9.
1.10.
1.11.
1.12.
1.13.
1.n.1 NAD+ nebo NADP+
1.n.2 cytochrom
1.n.3 molekulový kyslík
1.n.4 disulfidová sloučenina
1.n.5 chinon nebo příbuzné látky
1.n.6 dusíkatá skupina
1.n.7 FeS proteiny
1.n.8 flavin
1.13. (14.) 11 až 18 (různé
typy oxygenačních
1.n.99 různé další akceptory
Oxidoreduktasy - příklady
EC 1.14.13.25 Methan,NAD(P)H:kyslík-oxidoreduktasa
(hydroxylující)
CH4 + NAD(P)H + H+ + O2
CH3OH + NAD(P)+ + H2O
EC 1.11.1.6 H2O2: H2O2-oxidoreduktasa, katalasa
(též peroxid vodíku:peroxid vodíku - oxidoreduktasa)
H2O2 + H2O2
2 H2O + O2
EC 1.11.1.7 donor: H2O2-oxidoreduktasa, peroxidasa
donor + H2O2
oxidovaný donor + 2 H2O
Oxidoreduktasy - příklady
EC 1.1.1.1 Alkohol:NAD+-oxidoreduktasa,
alkoholdehydrogenasa
CH3-CH2-OH + NAD+
EC 1.1.3.4
CH3-CHO + NADH + H+
-D-Glukosa:O2-1-oxidoreduktasa, glukosaoxidasa
-D-glukosa + O2
-D-glukono-1,5-lakton + H2O2
EC1.13.11.18 Síra:kyslík-oxidoreduktasa, síradioxygenasa
S + O2
SO2
2. TRANSFERASY
donor_SK + akceptor
donor + akceptor_SK
Systematický název: donor : akceptor_skupinatransferasa
angl. donor : acceptor grouptransferase
Triviální názvy: methyltransferasy,
hydroxymethyltransferasy
aminotransferasy (dříve transaminasy)
kinasy = fosfotransferasy atd.
Kofaktory transferas (koenzym)
Kofaktory transferas (koenzym)
přenos acylových zbytků
2. TRANSFERASY
2.1 Přenášející jednouhlíkatou skupinu
2.1.1
Methyltransferasy
2.1.2
Hydroxymethyltransferasy
2.1.3
Karboxyl_ a karbamoyltransferasy
2.1.4
Amidinotransferasy
2.2 Přenášející aldehydické nebo ketonické skupiny
2.1.1. Transaldolasy a transketolasy
2.3 Acyltransferasy
2.3.1.
Acyltransferasy
2.3.2.
Aminoacyltransferasy
2. TRANSFERASY
2.4 Glykosyltransferasy
2.4.1.
Hexosyltransferasy
2.4.2.
Pentosyltransferasy
2.4.3.
Přenášející ostatní glykosylové skupiny
2.5 Přenášející akrylové nebo arylové skupiny jiné než methyl
2.5.1.
(velmi heterogenní skupina)
2.6 Přenášející dusíkaté skupiny
2.6.1.
Aminotransferasy
2.6.3.
Oximinotransferasy
2.6.99
Přenášející jiné dusíkaté skupiny
2. TRANSFERASY
2.7. Přenášející skupiny obsahující fosfor
2.7.1.
Fosfotransferasy s alkoholem jako akceptorem
2.7.2.
Fosfotransferasy s karboxylem jako akceptorem
2.7.3.
Fosfotransferasy s dusíkatou skup. jako akcept.
2.7.4.
Fosfotransferasy s fosfátovou skup. jako akcept.
2.7.6.
Difosfotransferasy
2.7.7.
Nukleotidyltransferasy
2.7.8.
Transferasy ostatních substituovaných fosf. skup.
2.7.9.
Fosfotransferasy se dvěma akceptory
2.8. Přenášející sirné skupiny
2.8.1.
Sulfurtransferasy (sirné skupiny kromě 2.8.2. a
2.8.3.)
2.8.2.
Sulfotransferasy (přenášející sulfát)
2.8.3.
CoA_transferasy
Transferasy - příklady
EC 2.4.1.1 1,4- -D-Glukan:orthofosfát- -D-glukosyltransferasa,
fosforylasa
(1,4- -D-glukan)n + Pi
fosfát
(1,4- -D-glukan)n-1 + -D-glukosa-1-
EC 2.6.1.2 L-Alanin:2-oxoglutarát-aminotransferasa,
alaninaminotransferasa
(AAT) O O
O
O
C
C
O
O
C
+
H 3N
+
O C
O
O
H 3N CH
CH 2
C
CH2
CH
CH 2
O C
CH2
CH 3
C
O
L-Ala
+
O
+ 2-oxoglutarát
CH 3
C
O
+
O
pyruvát +
L-Glu
Transferasy - příklady
EC 2.7.1.1 ATP:D-hexosa-6-fosfotransferasa, hexokinasa
ATP + D-hexosa
NH2
O
N
N
N
N
O
O
O
O
O P O CH 2
O
O
OH
H
O
OH
P O P O P O H 2C
O
ADP + D-hexosa-6-fosfát
O
H
H
HO
H
HO
O
H
H
H
OH
H
OH
3. HYDROLASY
A _ B + H 2O
AOH + HB
Systematický název: substrát (skupina) hydrolasa
angl.: substrate (group) hydrolase
Triviální název: substrátasa, často zcela nesystematické názvy
3. HYDROLASY
3.1 Esterasy
3.1.1. Estery karboxylových kyselin (lipasy)
3.1.3. Monoestery fosforečné kyseliny (fosfatasy)
3.1.4. Diestery fosforečné kyseliny (fosfodiesterasy,
štěpení c-AMP)
3.1.11
_
30 Endo_ a exo_ (deoxy)nukleasy
3.2 Glykosidasy
3.2.1. Hydrolysující O_glykosidové vazby (amylasy,
invertasa=sacharasa, celulasy)
3.2.2. Hydrolysující N-glykosidové vazby
3.3 Působící na etherové vazby
3. HYDROLASY
3.4 Peptidasy
3.4.11. _Aminoacylpeptid hydrolasy (aminopeptidasy)
3.4.13. Dipeptid hydrolasy
3.4.14. Dipeptidylpeptid hydrolasy
3.4.15 Peptidyldipeptid hydrolasy
3.4.16 Serinové karboxypeptidasy
3.4.17 Metallo_karboxypeptidasy
3.4.18 Cysteinové karboxypeptidasy
3.4.21 Serinové proteinasy
3.4.22 Cysteinové proteinasy
3.4.23 Aspartátové proteinasy
3.4.24 Metallo_proteinasy
3.4.99 Proteinasy neznámého katalyt. mechanismu
3.5 Působící na C_N vazbu jinou než peptidovou
3. HYDROLASY
3.6 Působící na anhydridy kyselin
3.6.1 Anhydridy fosforečné kyseliny
(pyrrofosfatasa, nespec. ATPasy)
3.6.3 a zprostředkující membránový transport
(transportní ATPasy)
3.6.4 umožňující pohyb
(aktomyosinový komplex, složky cytoskeletu)
3.7 Působící na vazbu C_C
3.8 Působící na vazby halogenů
3.9 Působící na P_N vazby
3.10 Působící na S_N vazbu
3.11 Působící na C_P vazbu
4. LYASY
substrát 1 (+ substrát 2)
produkt 1 + produkt 2 (malý)
Systematický název: substrát 1 (substrát 2)- produkt 2lyasa
angl: substrate l (substrate 2)- product 2 lyase
Triviální název: dekarboxylasa, hydrolyasy (=dehydratasa),
ammonialyasa, aldolasa, synthasa (velmi riskantní)
4. LYASY
4.1 C_C lyasy
4.1.1
Karboxylyasy (dekarboxylasy)
4.1.2
Aldehydlyasy (aldolasy)
4.1.3
Oxo_acid lyasy (např. citrátsynthasa)
4.1.99
Ostatní C_C lyasy
4.2 C_O lyasy
4.2.1
Hydrolyasy (např. fumarasa)
4.2.2
Působící na polysacharidy
(štěpí za vzniku deoxysacharidů)
4.2.3
Ostatní C _O lyasy
4.3 C_N lyasy
4.3.1
Ammonia_lyasy (např. aspartátamonialyasa)
4.4 C_S lyasy
4.5 C_halogen lyasy
4.6 P_O lyasy
4.99 Ostatní lyasy
4. LYASY
Lyasy - příklady:
EC 4.1.1.1 pyruvát-karboxylyasa, pyruvátdekarboxylasa
CH3-CO-COOH
CH3-CHO + CO2
EC 4.2.1.1 karbonát-hydrolyasa, karbonátanhydrasa,
karbonátdehydratasa
H2CO3
CO2 + H2O
4. LYASY
EC 4.6.1.1 ATP-pyrrofosfátlyasa (cyklisující), adenylátcyklasa
ATP
cAMP
+
PPi
NH2
NH2
N
N
N
N
O
O
O
O
O
P O P O P O H2C
O
O
O
CH2
O
H
H
HO
O
H
H
OH
N
N
N
N
O
P
O
+
O
H
H
O
P O P O
O
H
H
O
O
OH
O
5. ISOMERASY
Triviální názvy: (různé typy isomerací
_
podobně i
v systematickém názvu)
racemasy, cis_trans_isomerasy, ketolisomerasy, mutasy,
atd.
Systematický název: substráttyp
angl.: substrate type
5. ISOMERASY
5.2
Cis_trans_isomerasy
5.3
Intramolekulární oxidoreduktasy
5.3.1 Přeměňující aldehydy na ketony (ketolisomerasy)
5.3.2 Přeměňující ketoskupiny na enoly (keto_enolisomerasy)
5.3.3 Posunující C=C vazbu (
n _
m
isomerasy)
5.3.4 Posunující S_S vazbu (proteindisulfid_isomerasa)
5.3.99 Ostatní intramolekulární oxidoreduktasy
5. ISOMERASY
5.4 Intramolekulární transferasy (mutasy)
5.4.1 Přenášející acylovou skupinu (acylmutasy)
5.4.2 Fosfotransferasy (fosfomutasy)
5.4.3 Přesunující aminoskupinu (aminomutasy)
5.5 Intramolekulární lyasy (decyklisující, intramolekulární
adice)
5.99 Ostatní isomerasy (např. DNA-topoisomerasy)
Isomerasy - příklady:
EC 5.1.1.13 Aspartátracemasa (s poloviční rychlostí působí též na Ala)
EC 5.1.2.1 Laktátracemasa
EC 5.3.1.1 D-Glyceraldehyd-3-fosfátketolisomerasa, triosafosfátisomerasa
H2C OH
HC O
HO CH
H2C
O C
O
O
H2C
P O
O
P O
O
O
O
D-glyceraldehyd-3-fosfát
dihydroxyacetonfosfát
EC 5.4.2.1 D-Fosfoglycerát-2,3-fosfomutasa, fosfoglycerátmutasa
O
O
O
HO CH
H2C
O
O
O
O
C
P O
O
3-fosfo-D-glycerát
O P
O
C
O CH
H 2C
OH
2-fosfo-D-glycerát
6. LIGASY
substrát 1 + substrát 2 + A(G) TP
substrát 1_substrát 2 + ADP + Pi
nebo
substrát 1 + substrát 2 + ATP
substrát 1_substrát 2 + AMP + PPi
Systematický název: substrát1: substrát 2_ligasa
(tvořící ADP, AMP nebo GDP)
angl.: substrate l : substrate 2 ligase
(ADP, AMP or GDP _forming)
Triviální názvy: pokud možno substrát 1_substrát 2_ligasa
(synthetasy jsou možné, často se však vyskytují i synthasy)
6. LIGASY
6.1 Tvořící C_O vazby (aminoacyl_tRNA_ligasy a podobné estery)
6.2 Tvořící C_S vazby (kyselina_thiol_ligasy)
6.3 Tvořící C_N vazby
6.3.1
Acid_ammonia (or amine) ligases (asparaginsynthetasa)
6.3.2
Acid_amino_acid ligases (např. peptidsynthetasy)
6.3.3
Cyklisující ligasy
6.3.4
Ostatní C_N ligasy
6.3.5
C_N ligasy s glutaminem jako donorem dusíku (např.
karbamoylfosfátsynthetasa)
6.4 Tvořící C_C vazby (např. karboxylasy)
6.5 Tvořící estery kyseliny fosforečné (např. DNA-ligasa)
Ligasy - příklady
EC 6.1.1.1 L-Tyrosin:tRNATyr-ligasa (AMP-tvořící), tyrosin-tRNA-ligasa
L-Tyr + tRNATyr + ATP L-Tyr-tRNATyr + AMP + PPi
EC 6.2.1.1 Acetát:CoA-ligasa (AMP-tvořící), acetát-CoA ligasa
CH3COO- + HSCoA + ATP acetyl-SCoA + AMP + PPi
EC 6.3.1.4 L-Aspartát:amoniak-ligasa (ADP-tvořící), asparaginsynthetasa
L-Asp + NH3 + ATP
L-Asn + ADP + Pi (EC 6.3.1.1.. AMP-tvořící)
EC 6.4.1.1 Pyruvát:oxid uhličitý-ligasa (ADP-tvořící), pyruvátkarboxylasa
CH3-CO-COO- + HCO3- +ATP -OOC-CH2-CO-COO- + ADP + Pi
EC 6.5.1.1 Poly(deoxyribonukleotid): poly(deoxyribonukleotid)-ligasa (AMPtvořící), DNA-ligasa
ATP + (deoxyribonukleotid)n + (deoxyribonukleotid)m
(deoxyribonukleotid)n+m + AMP + PPi
Download

4 - Biochemie