Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Enzymer Biologiske katalysatorer. Definisjon av katalysator En katalysator øker reaksjonshastigheten En katalysator påvirker ikke reaksjonslikevekten.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Enzymer Biologiske katalysatorer. Definisjon av katalysator En katalysator øker reaksjonshastigheten En katalysator påvirker ikke reaksjonslikevekten."— Utskrift av presentasjonen:

1 Enzymer Biologiske katalysatorer

2 Definisjon av katalysator En katalysator øker reaksjonshastigheten En katalysator påvirker ikke reaksjonslikevekten En katalysator forbrukes ikke i reaksjonen

3 Enzymer Biologiske katalysatorer: Høyt spesialiserte molekyler: I hovedsak proteiner, men kan være RNA Kraftige katalysatorer, ofte sterkere enn uorganiske katalysatorer –Urease øker reaksjonshastigheten ganger Svært spesifikke, skiller mellom stereoisomerer Aktive i vandig miljø Aktive under kjemisk milde forhold: lav temperatur, neutral pH

4 Enzymer vs. kjemiske katalysatorer Enzymer øker reaksjonshastigheten mye mer: ganger mere enn kjemiske katalysatorer Enzymer fungerer under milde betingelser: lave temperaturer, atmosferisk trykk og neutral pH Enzymer er mye mere spesifikke, både med hensyn til substrat og produkt. Ingen biprodukter. Enzymaktivitet reguleres av cellens behov

5 Kofaktorer Noen enzymer er aktive som rene proteiner Andre trenger kofaktorer, hjelpemolekyler/ioner Kofaktorene deltar i den katalytiske prosessen, ofte som midlertidige bærere av funksjonelle grupper Kofaktorer deles i: –Koenzymer, periodevis assosiert til enzymproteinet, ikke kovalent. Regenereres av andre enzymer –Prostetiske grupper, alltid bundet til proteinet, ofte kovalent. Regenereres i løpet av den katalytiske prosessen Holoenzym = enzymprotein + kofaktor Apoenzym = enzymprotein uten kofaktor

6

7 Uorganiske kofaktorer Essentielle sporstoffer Beslektede sporstoffer kan være giftige: –Cd 2+ og Hg 2+ kan erstatte Zn 2+ i det aktive setet til visse enzymer, men ikke utføre Zn 2+ ’s funksjon. –Dermed inaktiveres enzymet. –Eksempel: RNA polymerase. Tap av funksjon er farlig

8

9 Organiske kofaktorer Mange levende organismer er ikke istand til selv å syntetisere visse deler av kofaktormolekylene Vannløselige vitaminer bidrar ofte med strukturdeler til kofaktorer Vitamin: livsnødvendig forbindelse som må til føres fra omgivelsene

10 Konjugerte enzymer Selvom et protein ikke trenger kofaktorer kan dets aktivitet være avhengig av visse modifikasjoner: –Glykosylering –Fosforylering –Sulfatering –Farnesylering –Lipid påkopling Disse modifiserende forbindelser deltar ikke i den katalytiske prosessen, men regulerer aktivitet, lokalisering i cellen, nedbrytning av enzymet

11 Nomenklatur Trivialnavn på enzymer er ofte vilkårlige og tvetydige, de forteller lite om hva enzymet gjør Systematiske navn er innført Enzymer gis navn og klassifiseres ifølge internasjonale regler Enzymets navn skal fortelle noe om hva pågjeldende enzym gjør Vanlig å benytte navnet på enzymets substrat, produkt eller den reaksjon enzymet katalyserer og sette ”ase” på slutten av ordet Det internasjonale enzymklassifiseringssystem deler enzymene i 6 hovedkategorier Hver hovedkategori har undergrupper, som igjen selv har under- grupper slik at ethvert enzym blir entydig beskrevet

12

13 Systematiske nummer og navn La oss se på et eksempel: Enzymet med nummer E.C (E.C. = enzyme classification) Første tall ”2” forteller ifølge tabell 8-3 at enzymet er en transferase Andre tall ”3” forteller at det tilhører gruppen fosfotransferaser, dvs det overfører en fosfatgruppe fra et molekyle til et annet Tredje tall ”1” forteller at fosfatgruppen overføres til en hydroksylgruppe Fjerde tall ”1” forteller at det er D-glukose som denne fosfatgruppen overføres til Enzymets systematiske navn er: ATP:glukose-fosfotransferase ATP + D-glukose ADP + D-glukose-6-fosfat Mange tungvinte systematiske navne byttes ofte ut med trivialnavnet som her er heksokinase

14 Hvordan fungerer enzymene? Enzymer er biologiske katalysatorer, dvs de øker reaksjonshastigheten, uten selv å bli forbrukt eller påvirke likevekten mellom substrat og produkt Cellens miljø er ikke gunstig med tanke på at reaksjoner skal skje spontant Vandig miljø, neutral pH og moderat temperatur Cellen er i tillegg avhengig av full kontrol over alle kjemiske prosesser: –Hvilke molekyler deltar produkt A –Hvilken retning reaksjonene tar: substrat produkt B –Reaksjonenes hastighet produkt C

15 Substratspesifisitet Alle enzymer har et aktivt sete –Substratbinding –Katalyse Mange har bindingssete for en eller flere kofaktorer Mange har bindingssete for andre regulatorer Aktivt sete er ofte en lomme eller et hulrom i enzymet Her har enzym og substrat svært tett kontakt Krever komplementaritet mellom enzym og substrat i overgangstilstand

16 Binding av substrat til heksokinase viser et tilfelle av indusert tilpasning - ”induced fit” Proteinet lukker seg omkring substratet

17 Enzym-substratkomplekset Enzymets aktive sete ”leser” overflatekonturen på substratet. Dvs. rett plassering av - hydrogenbindingspartnere - positive og negative ladninger - hydrofobe områder Aktivt sete er komplementært med substratet i overgangstilstand Binding av substratet tvinger det inn i en konformasjon som er gunstig for den katalytiske prosessen

18 Reaksjonshastighet, reaksjonslikevekt Reaksjonshastighet = den hastighet hvormed produkt dannes Reaksjonslikevekt = mengden av substrat og produkt ved likevekt SP

19 Substrat omdannes til produkt Krever at nivå av fri Gibbs energi er lavere i grunn-tilstanden til P enn S Standard fri energi i grunn-tilstand = G o –298 o K, 1 atm. trykk, 1 M Endring i standard fri energi =  G o Under fysiologiske forhold, pH 7,  G’ o + Aktiveringsenergi  G +

20 Substrat omdannes til produkt Omdannelse av S til P krever overskridelse av energibarrieren Aktiveringsenergien er den energimengde som S må tilføres for å komme opp på energi-barrieren = komme i overgangstilstand Herfra kan S omdannes til både S og P. Fordi det fri energinivå i P er lavere enn i S vil reak- sjonen gå mot dannelse av P Reaksjonshastigheten er avhengig av aktiverings- energien

21 Enzymer øker reaksjonhastigheten ved å senke aktiveringsenergien E + S ES EP E + P Enzym og substrat danner kompleks Energibarrieren her er lavere, men ikke borte Enzymkatalyserte reaksjoner kan gå via flere overgangs- stadier, men disse eksisterer ikke som forbindelser man kan isolere Den høyeste av energibarriere bestemmer reaksjonshastighten

22 Enzym-substrat komplekset

23 Hvordan senkes energibarrieren? Enzymer er store molekyler av flere årsaker Binding av substrat til enzym fører til frigivelse av en betydelig energimengde = bindingsenergi, pga. dannelse av mange ikke- kovalente bindinger –Ionebindinger –Hydrogenbindinger –Hydrofobe interaksjoner –Van der Waalske interaksjoner Bindingsenergien reduserer energibarrieren og er i mange tilfelle tilstrekkelig til også å gjennomføre reaksjonen De mange ikke-kovalente bindinger sikrer også spesifisiteten

24 Bindingsenergi For hver ikke-kovalent binding som dannes mellom substrat og enzym frigjøres det litt energi Denne energien kalles bindingsenergi =  G B Summen av bindingsenergi bidrag reduserer aktiverings- energien og er ofte tilstrekkelig til å drive reaksjonen helt frem til produktdannelse Frigjøring av den korrekte mengden bindingsenergi er avhengig av korrekt interaksjon mellom enzym og substrat

25 Bindingsenergi/spesifisitet Feil substrat vil ikke kunne danne det korrekte antall ikke-kovalente bindinger med enzymet, pga feil funksjonelle grupper på feil sted og manglende evne til å innta korrekt konformasjon i overgangstilstand Dermed frigjøres det ikke tilstrekkelig energi og reaksjonen kan ikke finne sted S E S S E EE P

26 Likevektskonstant er avhengig av forskjell i fri Gibbs energi i grunntilstand Disse er innbyrdes forbundet Reaksjonen S P Likevektskonstanten –K’ eq = P / S –  G’ o = -RTlnK’ eq –Når K’ eq så  G’ o

27 Reaksjonshastighet er en funksjon av aktiveringsenergi Reaksjonen S P Reaksjonshastighet i en første ordens reaksjon er V = k S Reaksjonen S +S P Reaksjonshastigheten i en annen ordens reaksjon er V = k S 1 S 2 Hastighetskonstanten k er en funksjon av aktiveringsenergien

28 Katalytiske mekanismer Virkningsmekanismen for alle kjente enzymer kan grovt deles i flg. typer: Nærhetsmekanisme Generell syre-base mekanisme Elektrostatiske effekter Kovalent katalysemekanisme Strukturell fleksibilitet Disse mekanismer gjør det mulig for enzymer å utføre sin katalytiske aktivitet ved neutral pH

29 Elektrofil/nukleofil gruppe Funksjonelle grupper utfører jobben: En funksjonell gruppe sies å være elektrofil hvis den har et underskudd av elektroner En funksjonell gruppe sies å være nukleofil hvis den har et overskudd av elektroner Elektrofile grupper reagerer med nukleofile grupper Hverken nukleofile eller elektrofile grupper kan reagere med sin egen type funksjonell gruppe

30

31

32

33

34

35 Aminosyresidekjeder i generell syre-base katalyse

36 Generell syre-base katalyse Under katalysen kan det dannes et ladet intermediat som er ustabilt En proton kan overføres eller fjernes fra det for å hindre at det går tilbake til substratformen Stabilisering muliggjør fortsettelse av prosessen mot produktdannelse I enzymers katalytiske sete vil aminosyresidekjeder fungere som protondonorer såvel som protonakseptorer

37 Kovalent katalyse Her dannes kortvarig kovalent binding mellom enzym og substrat Eks. hydrolyse av bindingen mellom A og B H 2 O A B + X: A X + B A + X: + B Endrer reaksjonsveien til ny med lavere aktiveringsenergi Aminosyresidekjeder og koenzymer kan utføre nukleofile angrep på substrater og danne kovalente bindinger

38 Kovalent katalyse/generell syre-base katalyse

39 Metallionkatalyse Metallioner inngår i 1/3 av kjente enzymer Metallion kan være kovalent bundet til enzymet eller løst assosiert Kan danne ionebindinger til substratet => –korrekt orientering –stabilisere ladninger i overgangstilstanden Ta imot eller avgi elektroner i redoksreaksjoner


Laste ned ppt "Enzymer Biologiske katalysatorer. Definisjon av katalysator En katalysator øker reaksjonshastigheten En katalysator påvirker ikke reaksjonslikevekten."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google