1_2_ENZYMY
Enzymy – proteiny - urychlují biochemické reakce
• 1 molekula přeměněná v nekatalyzované reakci na 106 až
1014 molekul přeměněných při reakci katalyz.enzymem
Mechanismus účinku enzymů spočívá ve snížení aktivační
energie pro příslušnou reakci (umožňují průběh metabolických
pochodů při relativně nízkých teplotách (37°C) a při pH 6,5-7,5
ve vodném prostředí)
V živočišné buňce je 1000 až 4000 různých enzymů
bílkovinná část - apoenzym, nebílkovinná - koenzym
látky vstupující do reakce - substráty, látky vznikající –
produkty
Reakce : substrát se váže na specifické vazebné místo na
molekule enzymu (vazebné místo je vklíněno do prohlubně enzymu tzv. aktivní
centrum)
1_Patobiochemie 2018 93
Enzymatická reakce-princip
Vazba substrát - enzym :
 prostřednictvím nekovalentní iontové vazby
 vodíkových a hydrofobních můstků
 van der Waalsových interakcí
• Na funkční skupiny aminokyselinových zbytků akt.v.místa
enzymu jsou napojeny koenzymy, příp.atomy kovu
(metaloenzymy), účastní se katalyzované reakce
• Funkční skupiny aktivují substrát a snižují energii, která je
potřebná pro vytvoření vysokoenergetického intermediárního stadia
1_Patobiochemie 2018 94
Vazba enzym-substrát
1_Patobiochemie 2018 95
Patobiochemie regulací
enzymové aktivity
Inhibice enzymové aktivity
Účinek četných léků nebo toxinů spočívá ve schopnosti
inhibovat enzym.
Nejsilnější inhibitory- váží se kovalentně k funkčním
skupinám aktivního místa, příp. jako analogy substrátové
molekuly - tvoří s enzymem komplexy
Rychlost enzymové reakce:
a) koncentrací substrátu, produktu
b) koncentrací aktivátorů, koncentrací inhibitorů
Vztah mezi rychlostí enzymové reakce a koncentrací
substrátu - dán rovnicí podle Michaelise a Mentenové
E + S ← → ES → P + E
1_Patobiochemie 2018 96
1_Patobiochemie 2018 97
Produkty aj. fyziologické inhibitory mohou soutěžit se
substrátem o vazbu v aktivním centru enzymu a tak
zpomalovat rychlost reakce
Fyziologická regulace metabolických drah – schopnost měnit
rychlost průběhu metabolických reakcí v dané metabolické
dráze pomocí aktivace enzymů, které katalyzují její
nejpomalejší článek
Enzymy mají tzv. allosterické aktivátory nebo inhibitory tj
sloučeniny, které se váží na jiné místo v molekule enzymu než
je aktivní centrum a ovlivňují tak konformaci molekuly enzymu
Regulace také - fosforylací nebo modulátorovými proteiny
Isoenzymy: enzymy, které mají odlišný sled aminokyselin v
peptidovém řetězci, ale katalyzují stejnou reakci
Mechanismy regulace enzymové aktivity - INHIBICE
Reverzibilní inhibice aktivního centra
• Enzymový inhibitor je sloučenina, která snižuje rychlost reakce
vazbou na enzym. Reverzibilní inhibitory- vazba není
kovalentní, mohou se od enzymu odpoutat. Produkty - jsou
reverzibilními inhibitory své vlastní reakce.
Kompetitivní inhibice
• Reverzibilní inhibitor může soutěžit o vazbu v aktivním centru
se substrátem a vytvářet s enzymem komplex, ten může
disociovat na volný enzym a inhibitor
Nekompetitivní inhibice
• Tento inhibitor nesoutěží o vazebné místo, ale jeho vazba na
enzym snižuje koncentraci aktivního enzymu, tj. snižuje vždy
Vmax
1_Patobiochemie 2018 98
Schéma inhibice
1_Patobiochemie 2018 99
Při kompetitivní inhibici o vazebné místo pro substrát A soutěží strukturálně
velmi podobný jiný substrát.
Při nekompetitivní inhibici substrát A se dostane na své vazebné místo, ale pozici
na vazebném místě jeho partnera tj. substrátu B zaujímá non-kompetitivní
inhibitor (vzhledem k substrátu A), který je ale kompetitivní vzhledem k B.
U nekompetitivní inhibice se inhibitor váže na komplex substrát-enzym.
Příklady inhibice
Nekompetitivní inhibice
•nekompetitivní inhibitor se váže pouze na komplex
enzym–substrát (když enzym váže substráty regulovaně):
•první molekula substrátu navodí změny v konformaci
molekuly enzymu, otevře se vazebné místo buď pro
kosubstrát nebo pro inhibitor. Nekompetitivní inhibitor
snižuje jak Km, tak Vmax.
Irreverzibilní kompetitivní inhibice
•molekuly inhibitoru - strukturálně podobné substrátu se
vážou kovalentně nebo tak pevně v aktivním centru, že z
této vazby nemohou být vytěsněny. Tento způsob-častým
mechanismem účinku léků nebo antimetabolitů
1_Patobiochemie 2018 100
Příklady irreverzibilní kompetitivní inhibice
1_Patobiochemie 2018 101
Mechanismus účinku irreverzibilních inhibitorů
změna afinity vazebného místa - substrátový anolog má velmi
reaktivní skupinu, která není v přirozeném substrátu a která
trvale blokuje aktivní centrum pro substrát (kovalentní vazba s
aminokyselinovým zbytkem)
1_Patobiochemie 2018 102
Příklad resistence
Indukcí b-laktamasy jsou takto pozměněna tzv. b-laktamová antibiotika :
peniciliny, cefalosporiny, karbapenemy
Obdobný účinek může mít indukce:
acetyltransferasy, fosfotransferasy nebo
nukleotidyltransferasy na aminoglykosidy
acetyltransferasa na chloramfenikol
1_Patobiochemie 2018 103
Další mechanismy regulace enzymové aktivity
Alosterické regulace
Alosterický efektor se reversibilně váže na jiné místo, než je
aktivní místo enzymu.
Tato vazba navodí : konformační změnu aktivního místa,
a to tak, že buď dojde
k aktivaci enzymu
nebo jeho inhibici
1_Patobiochemie 2018 104
Schéma alosterické
aktivace a inhibice
Další mechanismy regulace enzymové aktivity
Kovalentní modifikace - fosforylací hydroxylové skupiny
fosforylasakinasou. Fosforylace enzymu aktivuje aktivní místo enzymu
→ aktivní konformace, defosforylace → inaktivace.
Limitovaná proteolýza - aktivace je navozena odštěpením krátkého
peptidu z polypeptidového řetězce, tzv.proenzymu nebo enzymogenu
vede ke změně konformace aktivního místa, které může v této formě
navázat substrát
Příklad:chymotrypsinogen chymotrypsin
prothrombin thrombin
Poznámka: - proteolytické pankreatické enzymy, které se tvoří ve
slinivce jako prekurzory, se aktivují v lumen střeva. Jinak by natrávily
vlastní tkáň pankreatu.
1_Patobiochemie 2018 105
Pokrač-Další mechanismy regulace enzymové aktivity
Indukce syntézy enzymu
množství enzymu v buňce závisí na rychlosti jeho syntézy nebo
degradace (trvá několik hodin až dní, předcházející způsoby
regulací aktivity jsou minutové záležitosti)
Potlačení syntézy enzymu
Příklad: tímto mechanismem -potlačením syntézy - působí např. omeprazol –
potlačuje syntézu proteinu tzv. protonové pumpy v žaludeční sliznici, brání
tak produkci HCl. Používá se proto pro snížení acidity žaludečního sekretu a
tím omezení jeho agresivního účinku (léčba vředové choroby)
Zpětnovazebná regulace
konečný produkt reguluje rychlost své vlastní syntézy, konečný
produkt může metabolickou dráhu inhibovat nebo příbuzný
metabolit může aktivovat regulační (klíčový) enzym
Konečný produkt může regulovat svoji vlastní syntézu - působením na gen pro
transkripci klíčového enzymu metabolické dráhy - mnohem pomalejší
proces než regulace allosterickým mechanismem.
1_Patobiochemie 2018 106
Klasifikace a názvosloví enzymů
Třídy enzymů:
1. oxidoreduktasy
2. transferasy
3. hydrolasy
4.lyasy
5. isomerasy
6. ligasy
Koncovka názvu enzymů: substrát + -asa
Př. laktátdehydrogenasa, amylasa,
alkoholdehydrogenasa,aspartáttransaminasa…
1_Patobiochemie 2018 107
TEST