ZÁKLADNÍ POJMY ENZYMOLOGIE enzym makromolekula, obvykle protein, která působí jako biokatalyzátor kofaktor organická molekula nebo iont nutný pro aktivitu enzymu * koenzym volně připojený kofaktor (nízkomolekulární org. látka, obvykle nukleotid, účastnící se reakce jako akceptor nebo donor chemických skupin nebo elektronů) * prostetická skupina pevně vázaný kofaktor vitamíny organické látky, které jsou často prekurzory enzymových kofaktorů apoenzym inaktivní enzym, který musí asociovat se svým kofaktorem, aby byl funkční holoenzym apoenzym + kofaktor (katalyticky aktivní enzym) metaloenzym enzym, který v aktivním stavu obsahuje jeden nebo více kovových iontů, nezbytných pro jeho biologickou funkci aktivní centrum oblast enzymu, kde probíhá specifická reakce vazebné místo specifická oblast (nebo atom) molekuly, která je schopna vstoupit do stabilizující interkace s jinou molekulou multienzym protein vykazující více než jednu katalytickou funkci příslušející odděleným částem polypeptidového řetězce (domény) nebo podjednotkám izoenzymy mnohočetné formy enzymů determinované geneticky (tj. enzymy katalyzující stejnou reakci, ale lišící se primární strukturou) izoformy mnohočetné formy enzymů pocházející ze stejného genu, ale lišící se posttranslační modifikací nitrobuněčná lokalizace enzymů místo, kde se enzym v buňce vyskytuje alosterický enzym enzym obsahující oblast, oddělenou od místa vazby substrátu, na niž se mohou vázat malé regulační molekuly (efektory) alosterický efektor specifická malá molekula ovlivňující aktivitu alosterického enzymu (aktivátor nebo inhibitor) enzymová indukce proces, kdy se syntetizuje indukovatelný enzym jako odpověď na působení specifické molekuly induktoru (tj. aktivace syntézy na úrovni transkripce) enzymová represe situace při které je syntéze enzymu zabráněno molekulou represoru (tj. inhibice syntézy na úrovni transkripce) substrát látka, která je enzymem přeměňována aktivita enzymu vyjadřuje kolik molekul substrátu enzym přemění na produkt za jednotku času koncentrace katalytické aktivity jednotka vyjadřující koncentraci enzymu v biologickém materiálu (mkat/L) Michaelisova konstanta (K[m]) konstanta, která popisuje afinitu enzymu k danému substrátu (charakterizuje konkrétní dvojici enzym-substrát; čím je K[m] vyšší, tím má enzym k substrátu nižší afinitu, a proto potřebuje jeho vyšší koncentraci; viz. definice: K[m] je rovna koncentraci substrátu, kdy reakce katalyzovaná enzymem běží rychlosí v = 1/2 V[max]) reakční selektivita enzym obecně katalyzuje pouze jeden typ reakce substrátová selektivita (specifita) enzym působí pouze na omezenou skupinu substrátů proenzym (zymogen) inaktivní prekurzor enzymu, který je po sekreci z buňky chemicky přeměněn na aktivní formu pH-optimum pH, při které má enzym nejvyšší aktivitu teplotní optimum teplota, při které má enzym nejvyšší aktivitu inhibice enzymu snížení rychlosti katalyzované reakce působením inhibitorů - áza (-asa) koncovka označující enzym (př. kináza) izoenzymy / izoformy a) enzymy různých kompartmentů (MDH mitochondriální a cytoplazmatický) b) enzymy různých tkání (ALP) c) oligomerní (různé podjednotky LD) d) polymer a podjednotka (GMD) Názvosloví enzymů EC nomenklatura * každý enzym má své čtyřmístné číslo pro podrobnější klasifikaci (podle Enzyme Commission IUBMB) EC 1.x.x.x oxidoreduktázy EC 2.x.x.x transferázy EC 3.x.x.x hydrolázy EC 4.x.x.x lyázy EC 5.x.x.x izomerázy EC 6.x.x.x ligázy (syntetázy) systematické názvy tvoří se podle přesného vzoru, specifikují reakci, kterou enzym katalyzuje např. ATP : D-glukóza fosfotransferáza EC 2.7.1.2 = přenáší (tj. transferáza 2) fosfát (7) na alkoholovou skupinu (1) D-glukózy (2) ATP + D-Glc ® ADP + D-Glc-6-fosfát doporučené názvy jednodušší než systematické názvy, běžně se používají (viz výše: EC 2.7.1.2. = glukokináza) staré triviální názvy * bez vztahu k chemické reakci * často končí -in (pepsin, trypsin) * používají se pro enzymy, které jsou již dlouho známé zkratky enzymů např. LD, ALT, ALP specifická koncovka pro enzym: -áza a) název substrátu + -áza (př. amyláza) b) typ reakce + -áza (př. dehydrogenáza) Běžně užívané (doporučené) názvy enzymů (příklady) oxidoreduktázy transferázy hydrolázy dehydrogenáza skupinatransferáza (př. aminotransferáza) esteráza reduktáza kináza fosfatáza oxidáza fosforyláza fosfodiesteráza peroxidáza transketoláza nukleáza oxygenáza transaldoláza peptidáza hydroxyláza glykosidáza desaturáza lipáza lyázy izomerázy ligázy dekarboxyláza epimeráza karboxyláza hydratáza mutáza syntetáza dehydratáza syntáza Koenzymy oxidoreduktáz (přenáší H^+ a elektrony) NAD^+ nikotinamidadenindinukleotid NADP^+ nikotinamidadenindinukleotid fosfát (prekurzor: niacin = kyselina nikotinová) FAD flavinadenindinukleotid FMN flavinmononukleotid (prekurzor: riboflavin = vitamin B[2]) transferáz: ATP, GTP adenosintrifosfát, guanosintrifosfát TDP (=TPP) thiamindifosfát (= thiaminpyrofosfát; přenáší uhlíkaté zbytky); prekurzor: thiamin = vitamin B[1]) PALP pyridoxalfosfát (přenáší -NH[2] skupinu); (prekurzor: pyridoxin = vit. B[6]) THF tetrahydrofolát (přenáší uhlíkaté zbytky); (prekurzor: kyselina listová) CoA koenzym A (přenáší acyly); (prekurzor: kyselina panthotenová) PAPS fosfoadenosinfosfosulfát lyáz: PALP pyridoxalfosfát (dekarboxylázy) ligáz: ATP adenosintrifosfát (acyl-Co-syntetázy, aminoacyl-tRNA-syntetázy) biotin biotin = vitamin H (karboxylázy; přenáší CO[2]) Inhibice enzymů 1) kompetitivní * inhibitor je podobný substrátu, soutěží se substrátem o vazebné místo enzymu * váže se do aktivního centra, ale není přeměňován * zvyšuje K[m] (je nutno dodat více substrátu k dosažení původní aktivity enzymu) ® zvýšení koncentrace substrátu vede k „odstranění“ inhibice * inhibuje enzym reverzibilně 2) nekompetitivní * inhibitor se váže na jiné místo enzymu než substrát * znemožní vazbu substrátu (změna konformace enzymu) * snižuje V[max] (což odpovídá snížení koncentrace aktivního enzymu) * reverzibilní pouze pokud se inhibitor neváže kovalentně 3) akompetitivní * inhibitor se váže pouze na komplex enzym-substrát Rozdělení podle doby trvání inhibice: a) reverzibilní (vratná) b) irreverzibilní (nevratná) ® při pevné kovalentní vazbě inhibitoru na enzym Využití inhibice k regulaci metabolických drah: a) inhibice zpětnou vazbou (produkt mtb dráhy inhibuje zpětně některou z reakcí, většinou první reakci, vedoucí k jeho vzniku) b) vzájemná inhibice (inhibice napříč, zpětnou vazbou produktem jiné mtb dráhy) tzv. „cross-regulation“ c) reverzibilní kovalentní modifikace (např. fosforylace/defosforylace: kináza/fosfatáza) Při regulaci jde o inhibici kompetitivní (zvýšení K[m] nad koncentraci substrátu v buňce) nebo alosterickou (inhibitor - tzv. efektor nebo modulátor se váže na jiné místo enzymu než substrát). Vyšetření enzymových aktivit pro diagnostické účely * provádí se převážně z krve (sérum, plazma) ® posouzení přítomnosti nebo rozsahu tkáňového poškození * jednotky: mkat/L Enzymy nacházející se v plazmě: a) enzymy specifické pro plazmu (mají v plazmě svou funkci, např enzymy koagulační kaskády) b) sekreční enzymy (např. trávicí enzymy) c) enzymy tkáňových buněk (tj. enzymy katalyzující chemické reakce v buňkách) Ad b) c) = v nepatrné míře se vyskytují v plazmě fyziologicky (pochází z normálního odbourávání buněk), ale nemají v ní specifickou funkci; ve zvýšené míře se v plazmě vyskytují při poškození tkání, z kterých pocházejí Nezbytné znalosti: 1) nitrobuněčná lokalizace enzymů (volně v cytoplazmě, vázané na membrány nebo uvnitř různých organel) 2) orgánová a tkáňová distribuce enzymů (buňky mají různé enzymatické vybavení, probíhají v nich v různé míře různé chemické reakce a metabolické dráhy) 3) zdroje enzymů v plazmě a) některé jsou do plazmy produkovány, neboť plní v krvi svou funkci (př. srážení krve) b) mnohé se v malém množství dostávají do plazmy při normálním odbourávání buněk (fyziologické koncentrace) c) patologicky se v plazmě vyskytují vyšší než fyziologické koncentrace buněčných enzymů při poškození buněk z nichž pocházejí (zvýšený přestup enzymů z buněk do extracelulárního prostoru) 4) způsob eliminace enzymů z plazmy (většinou degradace v buňkách retikuloendotelového systému, hlavně v játrech)