1 catreact •ENZYMY •Šest hlavních kategorií enzymů: • • EC 1 Oxidoreduktasy: katalyzují oxidačně/redukční reakce • EC 2 Transferasy: přenášejí funkční skupiny (například methyl-, acetyl- nebo fosfátovou skupinu) • EC 3 Hydrolasy: katalyzují hydrolýzu chemických vazeb • EC 4 Lyasy: štěpí chemické vazby jiným způsobem než hydrolýzou či redoxní reakcí • EC 5 Isomerasy: katalyzují isomerisační reakce • EC 6 Ligasy: spojují dvě molekuly kovalentní vazbou • •Enzymy - jednoduché nebo složené proteiny, které katalyzují chemické přeměny v organismech 2 1.Bílkovinná povaha ( + některé RNA-enzymy - ribozymy) 2.Větší účinnost (faktor minimálně l06) 3.Specifičnost - substrátová •mechanismu účinku 4.Regulovatelnost - na úrovni genomu (indukce, represe) •proteolyticky (prekursory - zymogeny) •na úrovni enzymu (allosterický efekt, kovalentně) 5.Kompartmentace 6.Snižují aktivační energii, neovlivňují rovnovážnou konstantu •přiblížení reaktantů, stabilizace aktivovaného komplexu • •ENZYMY indfit •Thomas R. Cech •1989 Nobelova cena http://www.steve-z.com/images/2009/090731A20.jpg http://www.sc3.net/summer/boulder_panorama.jpg http://www.lowmileage.com/2014/2014_09/2014_Colorado/Sept_07/p1210389_91_93.jpg 3 •ENZYMY Čísla přeměny některých enzymů (kcat) mol.mol-1.s-1 Karbonátdehydratasa 600 000 acetylcholinesterasa 25000 laktátdehydrogenasa 1000 chymotrypsin 100 DNA- polymerasa 15 lysozym 0,5 4 •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). 5 •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. •5) Isomerasy •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). 6 Økofaktory (dvojmocné kationty: Zn2+, Mg2+, Cu2+, Mn2+, Ca2+) Økoenzymy (vztah k vitaminům) - připojeny nekovalentně Øprosthetická skupina (hem) - vázána kovalentně •Nebílkovinné složky enzymů Vitamin koenzym funkce oxidoreduktas (přenos elektronů, H) Niacin (P-P) NAD, NADP přenos 2 e- + H+ B2 (riboflavin) FAD, FMN přenos 2 H přenosu skupin B1(thiamin) thiamindifosfát (TDP) oxidační dekarboxylace B6 (pyridoxin) pyridoxalfosfát transaminace H (biotin) biotinový koenzym karboxylace kys. listová (folacin) THF (obsahuje PABA) přenos 1 C zbytku B12 kobamid přenos 1 C zbytku pantothenát (B5) koenzym A (CoA) přenos acylu 7 • redoxdiag redoxNAD 180px-NAD%2B_phys •Redukce •Oxidace 8 •JEDNOTKY VYJADŘOVANÍ ENZYMOVÉ AKTIVITY • •katal (zkratka kat): množství enzymu, které urychlí (katalyzuje) biochemickou reakci za vzniku 1 molu produktu za sekundu; l0-6 kat = µkat ; l0-9 kat = nkat •starší mezinárodní jednotka: •1 U : množství enzymové aktivity, které katalyzuje přeměnu 1 µmolu substrátu za minutu; l0-3 U = mU •PŘEVOD: •1 U=16,67 nkat •60 U=1 µkat •FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ ENZYMOVOU AKTIVITU 1.koncentrace substrátu (Km, V, kcat) 2.teplota 3.pH 4.iontová síla 5.aktivátory a inhibitory 1. 9 • • • • enzsub 450px-Induced_fit_diagram •KM • •Michaelis-Mentenová-Henri 10 reversein1 reversein2 11 •Regulace činnosti enzymů 1.Alosterický efekt 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2.Kompartmentace – místní oddělení enzymatických komplexů a distribuce substrátů 3. 3.Regulace změnou struktury – kovalentní regulace (rozpad kvarterní struktury, chemická modifikace např. fosforylace, oxidace SH na S-S). 4. 4.Reakcí s metabolity – zpětná vazba (často allostrericky). 5. 5.Řízení produkce a odbourávání enzymu. allostery 12 Historie poznání enzymů • •18 století: trávicí účinek žaludeční šťávy •1878: KŰHNE àzavedl název ENZYM (En Zyme - v kvasnicích) •1897 - BUCHNER - extrakt kvasinek katalyzuje kvašení •1926 - SUMNER - bílkovinná povaha enzymů - ureasa • 13 Enzymové technologie •Použití isolovaných enzymů, enzymových komplexů a buněk •Isolace enzymů •Imobilizace enzymů, enzymových komplexů a buněk •Enzymové procesy v nevodných systémech, micelách, dvoufázových systémech • • 14 Technické enzymy •Proteasy (bakteriální) •Syřidla •Glukoamylasy •Alfa-amylasy •Glukosaisomerasy • 15 •Hormony •Hormony – Chemické látky zprostředkující přenos informací mezi buňkami. • • •Dělení: • •Podle chemické stavby: Peptidy a bílkoviny • Steroidy • Deriváty tyrosinu • Oxidační produkty arachidonové kyseliny • •Podle vzniku, působení a charakteru účinku: • Žlázové hormony • Neurohormony • Adenotropní hormony • Tkáňové hormony • Mediátory 16 •Hypothalamus •Adenohypofysa •Endokrynní žláza •Cílové orgány a tkáně • • • •Nervové vlivy • •neurohormon • •glandotropní hormon • •hormon •buněčný efekt •Hierarchie řízení produkce hormonů 17 •Mechanismus působení hormonů •Lipofilní hormony (steroidy, hormony štítné žlázy) • • indukce biosyntézy specifických proteinů • • 18 • •Mechanismus působení hormonů •Hydrofilní hormony (peptidové hormony, katecholaminy) • aktivace specifických bílkovin v buňce • • •Druhotné přenašeče: cAMP, cGMP, (Ca2+) 19 •Neurotransmitery •Neurotransmitery – lokální „hormony“ vylučované v nervových zakončeních - - synapsích, ketré vyvolávají interakci v sousedních cílových buňkách. Soubor:Neuron (cesky)-1.svg 20 •Neurotransmitery – Synaptická transmise 1 [USEMAP] •Zakončení axonu •Synaptická štěrbina •Zakončení dendritu 21 •Neurotransmitery • malé molekuly – acetylcholin - monoaminy (norepinefrin, dopamin, serotonin...) - aminokyseliny (glutamová, GABA, aspartová) - puriny (adenosin, ATP, GTP a deriváty) • proteiny – vassopresin, somatostatin, neurotensin • ionty – Zn2+ •excitační (budivé) neurotransmitery (vyvolávají excitační synaptický poteciál) - acetylcholin, noradrenalin, serotonin, vyvolávají změnu membránového potenciálu v postsynaptické membráně (zvyšují propustnost pro Na+) - na několik ms se otevřou sodíko-draslíkové pumpy a Na+ přechází dovnitř buňky, membránový potenciál se v oblasti dendritů nebo těla neuronu asi na 10 ms zvětší z -70 na -50 mV (depolarizace), než se kanály uzavřou a potenciál se vrátí k původní hodnotě, zvyšuje se vzrušivost membrány • •inhibiční (tlumivé) neurotransmitery (dochází k inhibičnímu synaptickému potenciálu) - GABA (kys. γ-aminomáselná), glycin, zvyšují propustnost pro Cl- a K+, sníží se membránový potenciál z -70 na -80 mV i až na -90 mV (hyperpolarizace), snižuje vzrušivost membrány. • Excitační a inhibiční neurotransmitery působí proti sobě. Podobný účinek jako neurotransmitery mají drogy. 22 • •Na+/K+ ATPasa (aka „sodíková pumpa“) • a2b2 struktura (a podjednotka 120 kD, b podjednotka 35 kD) • udržuje uvnitř buňky nízkou koncetraci Na+ a vysokou K+ • velmi významné zejména pro nervovou tkáň a mozek • hydrolýza ATP pohání 3Na+ ven a 2K+ dovnitř buňky • 23