5. cataliza biochimic · structura i ~ structura t# stabilizarea t# lizozimul carboxanioni...
Post on 09-Jan-2020
19 Views
Preview:
TRANSCRIPT
5. Cataliza biochimică
Enzimele - situsuri de legare Substrat
Reactiile enzimatice Intermediari covalenti
cbc.arizona.edu
Formarea unui intermediar covalent acil
5.1. Interacțiunea enzimă-substrat
https://chem.libretexts.org/
Interactiunile
enzima-substratgrupari
bazice
acide
nucleofile
ARNaza pancreatica bovina
5. Cataliza biochimică
5.1. Interacțiunea enzimă-substrat
www.namrata.co
E. Fischer-1894
Specificitatea enzimelor
D. Koshland-1958
Enzimeleproteine
specifice
Complementaritate parteneri
Stabilizarea starii de tranzitie??
Enzimelestructuri
flexibile
Modificarea conformatiei situs activ
Situs flexibil
5. Cataliza biochimică
5.1. Interacțiunea enzimă-substrat
Modelul de inducere a conformatiei
www.quora.com
5. Cataliza biochimică
5.1. Interacțiunea enzimă-substrat
iws.collin.edu
Modificarea conformatiei situsului activ
In prezenta substratului
Distorsionarea legaturilor chimice
ale substratului
energie mai mica
(clivarea substratului)
5. Cataliza biochimică
5.1. Interacțiunea enzimă-substrat
Matsunaga Y, Fujisaki H, Terada T, Furuta T, Moritsugu K, et al. (2012)
Minimum Free Energy Path of Ligand-Induced Transition in Adenylate Kinase.
PLOS Computational Biology 8(6): e1002555
5. Cataliza biochimică
5.1. Interacțiunea enzimă-substrat
Sol M. Resnick, and Alexander J. B. Zehnder Appl. Environ. Microbiol.
2000;66:2045-2051
5.2. Teoria starii de tranzitie
5. Cataliza biochimică
[X‡] = [X] -G‡
RT
expconcentrația speciei
în starea de tranziție
research.cm.utexas.edu
= [X‡] = [X] -G‡
RT
-d[X]
dt
kT
hexp
k1 =-G‡
RT
kT
hexp
k1 =S‡
RT
kT
h
exp-H‡
RT
exp
Rata de descompunere a speciei X
5.2. Teoria starii de tranzitie
5. Cataliza biochimică
Constanta vitezei de reacție de ordinul I
5.2. Teoria starii de tranzitie
Starea de tranzitie
maxim energetic
Intermediarii
Energii mai mici
Leg chimice formate
5. Cataliza biochimică
Starea de tranzitie a E. coli tARN-Adenozine Deaminazeihttp://pubs.acs.org/JACSbeta/
5.2. Teoria starii de tranzitie
5. Cataliza biochimică
5.2 Postulatul lui Hammond
Reactia in etape: A I P
I -intermediar instabil
Structura I ~ Structura T#
Stabilizarea T#
Lizozimul
Carboxanioni
intermediari ~ T#
Protein structure and Function, Petsko &
Ringe, 2004
http://www.chemguide.co.uk/
5. Cataliza biochimică
5.3. Energia de activare
Enzimele reduc Ea a reactie
http://www.mtchs.org/BIO/
Constanta vitezei (k1)
ΔΔG҂ = 5,71 KJ/Mol
½ ΔG legatura de H
Constanta vitezei (k1) 6x
ΔΔG҂ = 34 KJ/Mol
1/10 ΔG C-C
ΔΔG҂ = Eanecat - Eacat
http://i.stack.imgur.com/KQSgM.jpg
5. Cataliza biochimică
Cataliza bazicaCataliza acida
Stabilizarea starii de tranzitie
Catena laterala
aminoaciziaspartat, glutamat, tirozina
histidina si lizina
Stari de tranzitie nefavorabile
Transfer proton
(baza)
Transfer proton
(acid)
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
5. Cataliza biochimică
Carboxipeptidazele
Anhidraza carbonica
Structura situsului activ al
Carboxipeptidazei Ahttp://www.open.edu/openlearn/
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
5. Cataliza biochimică
Cataliza electrofilă
Stabilizarea starii
de tranzitie
Endonucleaza G
Arg 110 si Mg2+
Wu SL et al.
J. Biomed. Sci., 2009
Implicata in procesele
de proliferare celulara
(inclusiv apoptoza)
Proteina AIF și endonucleaza G
sunt eliberate din mitocondrie si
provoaca degradarea ADN-ului
http://www.protein.bio.msu.ru/
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
5. Cataliza biochimică
Cataliza electrofilă
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
5. Cataliza biochimică
Gruparea –OH a serinei
Cataliza nucleofila
În enzime- grupări nucleofile (în cataliză):
Serin proteaze
Colinesteraze
www.atsdr.cdc.gov
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
Gruparea –OH a serinei
Cataliza nucleofila
În enzime- grupări nucleofile (în cataliză):
Leucocitesteraza (LE)
http://slideplayer.com/slide/4366028/
existența unei infecții urinare
pH, conc. Proteinei, NO2-
https://drugsdetails.com
Indoxil + Sare diazoniu → azoderivat (violet)
Esterul ac. Indolcarboxylic → Indoxil + AcidLE
Limita de detecție 10-25 Leu/µl
Lipaze (situs activ)www.thermofisher.com
Fosfataza acida (E coli)
www.scielo.br
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
Gruparea –OH a serinei
Cataliza nucleofila
În enzime- grupări nucleofile (în cataliză):
Thomas, Shafee, (2014). "Evolvability of a viral protease: experimental evolution of catalysis, robustness and specificity". PhD Thesis. University of Cambridge.
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
Cataliza nucleofilă
Triada catalitică
gruparea -OH tirozinica
Topoisomerase IB situs activ
(PDB 1A36)
helicase.pbworks.com
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
Cataliza nucleofila
topoizomeraze
glutamin sintetaza
gruparea -OH tirozinica
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
Cataliza nucleofila
Spodenkiewicz, M. et al,
Biology 2016, 5(4), 40
Homodecamer
2 x pentamer
glutamin sintetaza – deficiență
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
Cataliza nucleofila
Reprezentarea schematică a fiziopatologiei deficientei GS: scăderea
detoxifierii NH3 și împiedicarea reaprovizionării ciclului Gln-Glu-GABA
Spodenkiewicz, M. et al, Biology 2016, 5(4), 40
Glutamat-cistein ligaza
(γ-glutamilcistein sintetaza, EC 6.3.2.2)
William B. Musgrave et al.
Biochem. J. 2013;450:63-72
gruparea -OH tirozinica
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
Cataliza nucleofila
Biosinteza glutationului
Almuafri, F., et al.,
Blood Cells, Molecules and Diseases
2017;65:73-77
Anemie hemolitică moderată – 3 surori
Gruparea -SH a cisteinei - tiol proteaze
papaina
ficina
Papaina situs activ
www.cambridgemedchemconsulting.com
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
Cataliza nucleofila
Yao, Q. et al., PNAS,
2009. 106 (10) 3716-3721
tiol proteaze (bromelaina)
gliceraldehid 3-fosfat dehidrogenaza
www.studyblue.com
Influenta bromelainei asupra unor mediatori
care intervin in inflamatia acuta
Srivastava, AK et al.,
Braz. Arch. Biol. Technol., 59, 2016
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
Cataliza nucleofila
•imidazolul din histidina
cresterea nucleofilicitatii gruparilor -OH si -SH
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
Cataliza nucleofila
Freeman and co,
Biochemistry, 2007
Ash, E. L., et al., H-bond: Proposal for
reaction-driven ring flip mechanism in serine
protease catalysis, PNAS, 2000, 97(19)
10371-10376
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
Cataliza nucleofila
• imidazolul din histidina
transferul grupei fosfat
Fosfoglicerat mutaza
Enzimă glicolitică
2,3-BPG ↑ eritrocite
Controlul afinității
Hb-O2
gruparea –NH2 (lizinica) - cataliza acetoacetat decarboxilazei
Highbarger, L.A. and Gerlt, J.A,
Biochemistry, 35, 41-46, 2016
Gerlt, J.A. Nature Chemical Biology5, 454 – 455, 2009
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
Cataliza covalentă
gruparea –NH2 (lizinica) - cataliza acetoacetat decarboxilazei
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
Cataliza covalentă
Dovedirea intermediarului catalitic
gruparea –NH2 (lizinică) - cataliza transladolazei;
Transaldolaza situs activ
www.nature.com
chemwiki.ucdavis.edu
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
Cataliza covalentă
5.4. Stabilizarea stării de tranziție
Cataliza covalentă
Cataliza electrofilă în cazul piridoxal fosfatului
Richard, J.P. et al.,
Current Opinion in Chemical Biology,
13(4), 2009, 475-483
Situs catalitic DAAtransferazeiBacillus sp. YM-1
https://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/m-
csa/entry/66/
PLPY31K145
L201E177
• gruparea carboxilica (aspartat) - ATPaze (K+/Na+, Ca2+).
Cataliza nucleofila
www.rpi.edu
Structura Na,K-ATPazei cu ouabainahttps://www.researchgate.net/
Reactia: R1 R2 P
Etape determinanta
de viteza
Cinetica starii stationare
Starea stationara Sistemele dinamice
Rata formare = rata distrugere
Populatia tarii
Sisteme biochimice
metabolit
celula
X formare Ydegradare
vformare = vdegradare
Stare stationara
Intelegere metabolism
S > E
Stare prestationara
Analiza mecanisme
de reactie
Ecuatia Michaelis-Menten
Complex enzima-
substrat
Leonor Michaelis (1913)
[E] = constant rata de reactie
creste cu cresterea [S] pana
cand viteza maxima, Vmax,
este atinsa
v =[E]0[S]kcat
Km + [S]
E + S ES P + EKS kcat
Experimentele starii de ne-echilibru
[S][P]
timp
Masurarea activitatii
¥ Discontinuu
- indepartarea probei la
intervale de timp
- analiza chimica
¥ Continuu
Modificarea absorbtiei
cromoforului (S sau P)
Reducerea NAD 340 nm
Absenta cromofor Reactii
cuplate
Hexokinaza catalizeaza reactia
–glucoza + ATP glucoz-6-fosfat + ADP
Cuplata cu reactia
- glucoz-6-fosfat (G-6-P) dehidrogenaza:
G-6-P + NADox 6-fosfogluconat + NADred
[NADred] cresterea DO340
Masurarea activitatii
KS =[E][S]
[ES]
E + S ES P + EKS kcat
v = kcat [ES]
[E] = [E]0 - [ES] [ES] =[E]0[S]
KS + [S]
v =[E]0[S]kcat
Km + [S]
Reactia enzimei cu un singur substrat
E + S ES P + Ek1
k-1
k2
Michaelis-Menten - premiza: ES E + S k2 << k-1
G. E. Briggs 1925
J. B. S. Haldane[ES] cinetica stationara
k2 ~ k-1
d[ES]/dt = 0 = k1[E][S] - k2[ES] - k-1[ES]
v =[E]0[S]k2
[S] + (k2 + k-1)/k1
(k2 + k-1)/k1 = Km
Cinetica reactiilor enzimatice -teoria starii stationare
Km = Ksk2 << k-1
v =[E]0[S]kcat
Km + [S]
[S] < < Km
v =kcat
Km
[E]0[S]
a) Enzima libera + substrat
[S] = Km
v =kcat
2[E]0
b) Enzima saturata 50% cu substratul
[S] >> Km
v =kcat [E]0
c) Enzima saturata cu substratul
top related