3 - Enzymy 

• biokatalyzátory urychlující chemické přeměny
• neovlivňují chemické složení směsi
• první zmínky v 18. st.
  • {1926} prokázána bílkovinná povaha
• zatím 3000 druhů
• ve všech organismech
• vznik proteosyntézou
• odbourávají se po opotřebování, rozloží se na AMK
• missin'
• kofaktor = nebílkovinná složka

1. koenzym
2. prostetická skupina
   • nebílkovinná složka, ale je pevně navázána, nedá se oddělit
   • stabilizují strukturu enzymu, jsou součástí aktivního centra

• holoenzym
  • katalyticky aktivní komplex protein-kofaktor
• apoenzym
  • bílkovinná část po odstranění kofaktoru
• vyjadřování katalytické účinnosti enzymů
  • jednotka katal.: 1 kat
    • množství katalyzátoru , které přemění za standartních podmínek 1 mol substrátu za 1 sekundu

Výhody

• ve srovnání s umělými katalyzátory účinnější, urychlují reakci více
• snadná regulace
• netoxické
• pracují za tělesné teploty, pH 7 (až na výjimky), tlak 10⁵ Pa
• vykazují specifitu
  1. účinková

     = reakční = enzym katalyzuje pouze jednu z přeměn substrátu

  2. substrátová
     • enzym přeměňuje pouze jeden určitý substrát
     • některé enzymy mají absolutní specifitu
       • přeměňují pouze jeden substrát
     • některé enzymy přeměňují skupiny látek
• polymorfismus
  • tutéž katalytickou funkci má více různých forem téhož enzymu
  • formy se liší primární strukturou

Názvosloví

• systematické
  • přesné, ale název je dlouhý a složitý
• trivální

Třídy enzymů

1. oxidoreduktázy
   • katalyzují přenos elektronu z jedné molekuly na druhou
2. transferázy
   • katalyzují přenos funkčních skupin z jedné sloučeniny na druhou
   • dělí se na aminotransferázy, transmetylázy, transacyláza, transglykosidáza
3. hydrolázy
   • katalyzují hydrolytické (za účasti vody) reakce
   • dělí se na peptidázy, esterázy, glykosidázy, lipázy
4. lyázy = syntázy
   • katalyzují nehydrolytické nebo neoxidační skupiny vazeb
     • často za vzniku dvojné vazby a nebo naopak adici na dvojnou vazbu
5. izomerázy
   • katalyzují izomerace (přeměny izomerů)
   • racemázy, cis-trans-izomerázy
6. ligázy
   • katalyzují vznik vazeb za současného rozštěpení fosfátové vazby
   • spotřeba ATP

Aktivní centrum enzymů

• oblast v enzymové molekule, kde se váže substrát a kde probíhá přeměna na produkt
• katalyticky aktivní skupiny tvořící katalytické centrum
  • vazebné skupiny tvořící vazebné centrum (váže substrát)
  • skupiny vytvářející vhodné chemické prostředí
• u enzymů povahy složených bílkovin je v blízkosti aktivního centra vazebné centrum pro navázání koenzymu
• u celé řadu enzymů jsou v molekulách další místa pro navázání tzv. aktivátorů [iontů kovů], které podmiňují nebo usnadňují aktivitu enzymů

Mechanismus působení enzymů

• reakce probíhá rychleji kvůli snížené aktivační energii
• reagovat mohou pouze částice s dost velkou E_k na překonání valu, který odděluje reaktanty od produktů
• substrát je vázán enzymem v aktivním centru (S zapadá do E jako klíč do zámku)
  • vzniká komplex enzym-substrát
  • probíhá přeměna substrátu na produkt
  • z aktivního centra se uvolní produkty, enzym zůstává stejný
• reakce se rozdělí na více dílčích reakcí, aktivační E je menší

Výskyt

1. intracelulární
   • zůstávají a působí uvnitř buňky, ve které vznikly
2. extracelulární
   • působí mimo buňku, ve které vznikly
     • ve tkáňových šťávách, krvi, mozkomíšním moku

• některé enzymy jsou vylučovány v neaktivní formě (proenzymy, zymogeny)
  • k přeměně na aktivní enzym dochází limitovanou proteolýzou
    • odštěpení části molekuly enzymu, která maskuje aktivní centrum
    • aktivaci provádí specializované proteázy nebo vlastní aktivní forma enzymu
  • příklady
    • pepsinogen + HCl (za její přítomnosti) → pepsin
    • protrombin → trombin (při srážení krve)
    • trypsinogen → trypsin

Podmínky enzymové aktivity

1. teplota
   • rychlost reakcí vzrůstá s rostoucí teplotou
   • při překročení kritické hodnoty dojde k tepelné denaturaci bílkovinné molekuly enzymu
     • rychlost začne prudce klesat
   • většina enzymů ztrácí biologickou aktivitu při teplotě kolem 55 – 60 ˚C
     • optimum je 25 – 37 ˚C
       • u termofilních bakterií 85 ˚C
2. pH
   • graf viz učebnice str. 113
     • Gaussova křivka
   • ovlivňuji disociaci funkčních skupin v aktivním centru a tím i aktivitu enzymu
   • většinu enzymů katalyzuje v pH optimu
     • pro většinu enzymů v neutrálním nebo slabě kyselém prostředí
     • pepsin 1,5 – 2,5 trypsin 7,5 – 10
3. aktivátory
   • ionty kovů, org. látky, některé anionty
4. enzymové jedy
   • způsobují otravu enzymů
     • je nevratně zablokováno jejich působení
5. koncentrace substrátu
   • s rostoucí koncentrací roste rychlost reakce než se obsadí všechna aktivní centra enzymů (pak rychlost stagnuje)
6. množství enzymu
   • s rostoucím množstvím enzymu se reakce zrychluje
     • pouze s dostatkem substrátu

Inhibice enzymů

• efektory
  • látky, které ovlivňují aktivitu enzymů
  • aktivátory
    • zvyšují rychlost reakce
  • inhibitory
    • snižují rychlost reakce
    • např. enzymové jedy
• inhibitor reaguje s (ne)bílkovinnou částí

1. přirozené
2. umělé

1. specifické
   • 1 enzym
2. nespecifické
   • více i nepodobných enzymů

1. vratná
   • po odstranění inhibitorů se obnoví aktivita
2. nevratná
   • po odstranění inhibitorů se neobnoví aktivita

1. kompetitivní
   • inhibitor má natolik podobnou strukturu se substrátem, že ho enzym nerozezná
     • vy co to je?
2. nekompetitivní
   • inhibitor se váže mimo aktivní centrum, ale změní jeho strukturu na neaktivní
3. substrátem
   • v případě vysoké koncentrace substrátu
   • substrát se váže vícebodovým záchytem
4. allosterická inhibice
   • navázáním inhibitoru do allosterického místa způsobí změnu struktury aktivního centra na neaktivní
5. akompetitivní
   • inhibitor se naváže na komplex enzym-substrát
     • brání pokračování reakce
6. zpětnovazebná = feedback control
   • slouží k řízení metabolických drah
   • reakce probíhá ve více krocích, katalyzovaná více enzymy
   • A – (E1) → B -(E2) → C -(E3) → D -(E4) → E -(E5) → F
   • nahromaděním produktu F je reakce bržděna, až se nakonec zastaví
     • produkt F působí na enzym E1 jako inhibitor
   • pomocí této inhibice se regulují metabolické reakce
   • reverzibilní

Koenzym

• nebílkovinná složka enzymů
• typ kofaktoru
• musí být slabě vázán na bílkovinnou složku
  • může se od ní oddělit
• pokud je koenzym vázán na apoenzym, nazývá se prostetická skupina
• strukturně souvisí s vitamíny
• zástupci
  • viz tabulka uč. str. 114
  • NAD+, NADP+
    • nikotinamidade­nindinukleotid (fosfát)
    • redukované formy NADH, NADPH
    • koenzymu oxidoreduktáz
    • účastní se metabolických reakcí
  • vitamín PP
    • kyselina nikotinová + její amid
    • jiným názvem Niacin
  • FAD
    • odvozený od riboflavinu
    • není to koenzym, ale spíš prostetická skupina, protože je pevně vázán
    • žlutý
    • přenáší H+, e-
    • FADH2
      • bezbarvý
  • Q
    • přenáší H+, e-
  • Biotin
    • přenáší CO2
    • vitamin H
  • PLP = pyridoxalfosfát
    • přenáší -NH2 (aminotransferáza)
    • odvozený od vitaminu B6
  • ATP
    • může působit jako koenzym transferáz (přenáší skupiny atomů)
    • D-glukosa + ATP – (hexokinasa) → ADP + gluk-6-fosfát
  • TPP
    • přenáší hlavně acetaldehyd