ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ENZYMA

∆. Καρδάσης∆ιαλέξεις Βιοχηµείας Α

2007-2008

Κύρια σηµεία• Ολα τα ένζυµα (µε λίγες εξαιρέσεις) είναι πρωτεϊνες• Τα ένζυµα χαρακτηρίζονται από:

– Μεγάλη καταλυτική ισχύ– Εξειδίκευση

• Πολλά ένζυµα χρειάζονται συµπαράγοντες(συνένζυµα) για την δράση τους

• Τα ένζυµα κατατάσσονται σε 6 κατηγορίες ανάλογα µετην γενική αντίδραση που καταλύουν

• Η ενζυµική κατάλυση επιτελείται σε µια συγκεκριµένηπεριοχή του κάθε ενζύµου που ονοµάζεται «ενεργόκέντρο»

Κύρια σηµεία• Θερµοδυναµική της ενζυµικής αντίδρασης

– Εννοια της µεταβατικής κατάστασης– Ενέργεια ενεργοποίησης και πρόσδεσης– Τα ένζυµα δεν επηρεάζουν την ισορροπία µιαςαντίδρασης

• Ενζυµική κινητική– Michaelis-Menten– Σιγµοειδής κινητική (αλλοστερικά ένζυµα)– Ενζυµική αναστολή

• Μηχανισµοί κατάλυσης• Ρύθµιση ενζύµων

Τα ένζυµα χαρακτηρίζονται απόµεγάλη καταλυτική ισχύ

Καταλυτική ισχύς: Το παράδειγµα τωνπρωτεολυτικών ενζύµων

Αντίδραση ισχυρά εξώθερµηΜη-καταλυόµενη υδρόλυση: 6Ν HCl, 110oC, 24 h

Εξειδίκευση στην κατάλυση: Το παράδειγµατων πρωτεολυτικών ενζύµων

ΘρυψίνηΘρυψίνη ((ένζυµοένζυµοτηςτης πέψηςπέψης))

ΘροµβίνηΘροµβίνη ((ένζυµοένζυµοτηςτης πήξηςπήξης τουτουαίµατοςαίµατος))

Οι συµπαράγοντες υποβοηθούν την κατάλυση

ΣυµπαράγοντεςΣυµπαράγοντες• Οι συµπαράγοντες είτε είναι µόνιµα συνδεδεµένοι µετο ένζυµο (π.χ. FAD) είτε συνδέονται παροδικά καιστην συνέχεια αποµακρύνονται (δρουν δηλ. σαν συν-υποστρώµατα) (π.χ. NAD)

• Οι συµπαράγοντες που είναι µόνδα συνδεµένοι µε έναένζυµο ονοµάζονται προσθετικές οµάδες

• Οι περισσότεροι συµπαράγοντες είναι βιταµίνες τιςοποίες ο οργανισµός δεν µπορεί να συνθέσει και τιςλαµβάνει από τις τροφές

Ονοµατολογία ενζύµων µε βάση τιςπροδιαγραφές της IUB

Παράδειγµα: Κινάση των µονοφωσφορικών νουκλεοζιτώνΕπίσηµο όνοµα κατά IUB: EC 2.7.4.4

Enzyme CommissionEnzyme Commission

ΜεταφοράσηΜεταφοράση ΜεταφέρειΜεταφέρει PiPi

∆έκτης∆έκτης: : µονοφωσφορικόςµονοφωσφορικόςνουκλεοζίτηςνουκλεοζίτης

∆έκτης∆έκτης: : PiPi

ΤοΤο ενεργόενεργό κέντροκέντρο τωντων ενζύµωνενζύµωνΧυµοθρυψίνηΧυµοθρυψίνη

ΕνεργόΕνεργό κέντροκέντρο ΥπόστρωµαΥπόστρωµα

ΤαΤα ενεργάενεργά κέντρακέντρα αποτελούνταιαποτελούνται απόαπό αµινοξέααµινοξέαπουπου απέχουναπέχουν µεταξύµεταξύ τουςτους στηνστην πολυππολυπ. . αλυσίδααλυσίδα

λυσοζύµηλυσοζύµη

ΣταΣτα ενεργάενεργά κέντρακέντρα δηµιουργούνταιδηµιουργούνται δδεσµοίεσµοίυδρογόνουυδρογόνου µεταξύµεταξύ ενζύµουενζύµου καικαι υποστρώµατοςυποστρώµατος

ριβονουκλεάσηριβονουκλεάση

ΜοντέλαΜοντέλα πρόσδεσηςπρόσδεσης υποστρώµατοςυποστρώµατος στοστο ενεργόενεργόκέντροκέντρο τωντων ενζύµωνενζύµων

Α. Μοντέλο κλειδιού-κλειδαριάς(Dr Emil Fischer)

Α. Μοντέλο επαγόµενηςπροσαρµογής(Dr Daniel Koshland)

ΘερµοδυναµικήΘερµοδυναµική τηςτης ενζυµικήςενζυµικήςκατάλυσηςκατάλυσης

ΤαΤα ένζυµαένζυµα ελαττώνουνελαττώνουν τηντην ενέργειαενέργειαενεργοποίησηςενεργοποίησης

Απαιτείται ενέργειαΠροέρχεται από την ειδικήπρόσδεση τουυποστρώµατος στο ενεργόκέντρο

Το ενεργό κέντρο των ενζύµων έχει δοµήσυµπληρωµατική όχι ως προς το

υπόστρωµα αλλά ως προς τη µεταβατικήκατάσταση του υποστρώµατος

Ενέργεια πρόσδεσης: ενέργεια η οποίααπελευθερώνεται όταν δηµιουργείται ένας δεσµόςµεταξύ ενζύµου-υποστρώµατος στο ενεργόκέντρο

ΣχέσηΣχέση µεταξύµεταξύ ταχύτηταςταχύτητας καικαι ενέργειαενέργειαςςενεργοποίησηςενεργοποίησης

kT -∆G /RT[S] eV =

hh = σταθερά Planck

k = σταθερά Boltzmann

Μια ελάττωση στην ∆G κατά 1,36 kcal/mol αυξάνει τηνταχύτητα κατά 10 φορές

ΕνζυµικήΕνζυµική κινητικήκινητική

ΜοντέλοΜοντέλο πουπου εξηγείεξηγεί τιςτις κινητικέςκινητικέςιδιότητεςιδιότητες πολλώνπολλών ενζύµωνενζύµων

Ε + S ES E + PK1

K2

K3

K1, Κ2, Κ3: κινητικές σταθερές (sec-1)

ΠειραµατικήΠειραµατική απόδειξηαπόδειξη τουτου σχηµατισµούσχηµατισµούσυµπλόκουσυµπλόκου ESES: : κορεσµόςκορεσµός τηςτης ενζυµικήςενζυµικής

αντίδρασηςαντίδρασης

Πειραµατική απόδειξη του σχηµατισµούσυµπλόκου ES: κρυσταλλογραφία µε

ακτίνες Χ

ΠειραµατικήΠειραµατική απόδειξηαπόδειξη τουτου σχηµατισµούσχηµατισµούσυµπλόκουσυµπλόκου ESES: : φασµατοσκοπικέςφασµατοσκοπικές ιδιότητεςιδιότητες

Ενζυµο: Συνθετάση τηςτρυπτοφάνης

Προσθετική οµάδα: φωσφορικήπυριδοξάλη

Υποστρώµατα: σερίνη + ινδόλιο

ΕνζυµικήΕνζυµική κινητικήκινητική

• Εξαγωγή της εξίσωσης Michaelis-Menten• Vo, Vmax, KM, Kcat (αριθµός µετατροπής),

Kcat/KM (κινητική τελειότητα)• Ενζυµική αναστολή

– Αντιστρεπτή (συναγωνιστική, µη-συναγωνιστική)

– Μη αντιστρεπτή

ΚινητικήΚινητική MichaelisMichaelis--MentenMenten

ΣυναγωνιστικήΣυναγωνιστική vsvs µηµη--συναγωνιστικήςσυναγωνιστικής αναστοληςαναστολης

ΠαράδειγµαΠαράδειγµα ενόςενός συναγωνιστικούσυναγωνιστικού αναστολέααναστολέα

ΣυναγωνιστικήΣυναγωνιστικήαναστολήαναστολή

ΜηΜη--συναγωνιστικήσυναγωνιστικήαναστολήαναστολή

ΠαράδειγµαΠαράδειγµα µηµη--αντιστρεπτήςαντιστρεπτής αναστολήςαναστολής((αντίδρασηαντίδραση µεµε καταλυτικάκαταλυτικά ενεργήενεργή σερίνησερίνη))

(διϊσοπροπυλοφωσφοφθορίδιο)

ΠαράδειγµαΠαράδειγµα µηµη--αντιστρεπτήςαντιστρεπτής αναστολήςαναστολής((αντίδρασηαντίδραση µεµε καταλυτικάκαταλυτικά ενεργήενεργή κυστεϊνηκυστεϊνη))

ΠαράδειγµαΠαράδειγµα µηµη--αντιστρεπτήςαντιστρεπτής αναστολήςαναστολής((τρανσπεπτιδάσηςτρανσπεπτιδάσης απόαπό πενικιλλίνηπενικιλλίνη))

∆οµή∆οµή πεπτιδογλυκάνηςπεπτιδογλυκάνης τουτου κυτταρικούκυτταρικούτοιχώµατοςτοιχώµατος τωντων βακτηριδίωνβακτηριδίων

σάκχαραΤετραπεπτίδιο D-Ala

πενταγλυκίνη

ΣχηµατισµόςΣχηµατισµός διασύνδεσηςδιασύνδεσης στηνστηνπεπτιδογλυκάνηπεπτιδογλυκάνη

ΑντίδρασηΑντίδραση τρανσπεπτιδάσηςτρανσπεπτιδάσης..ΒήµαΒήµα 11οο

ΑντίδρασηΑντίδραση τρανσπεπτιδάσηςτρανσπεπτιδάσης..ΒήµαΒήµα 22οο

ΗΗ πενικιλλίνηπενικιλλίνη οµοιάζειοµοιάζει µεµε τηντην οµάδαοµάδαDD--AlaAla--DD--Ala Ala τουτου υποστρώµατοςυποστρώµατος

ΣχηµατισµόςΣχηµατισµός µηµη--αντιστρεπτούαντιστρεπτούσυµπλόκουσυµπλόκου πενικιλλίνηςπενικιλλίνης--ενζύµουενζύµου