2.5 Enzymen Flashcards
Basiswerking enzymen
- enzym & substraat
- vorming met bepaalde affiniteit & snelheid
- enzymsubstraatcomplex
- substraat wordt door enzym omgezet in product
- enzymproductcomplex
- enzym + product
- enzym kan hergebruikt worden
—> binding met meerdere substraten of substraag & ligand kan
—> vorming van meerdere producten uit 1 substraat kan
maltase
enzym bindt op disaccaride matlrose
= O-glycosidase
- splitsing
= 2 glucose moleculen
voorbeeld: 1 substraat, meerdere producten
functie enzym
eiwitten die metabolise reacties katalyseren zonder zelf opgebruikt te worden
- leven zonder enzymen is niet mogelijk
vb: verteringsenzymen
eigenschappen enzymen
- substraatspecifiek
- specfieke binding op eiwitten
- moleculaire herkenning = chemische vingers = complementariteit & affiniteit
- tijdelijke binding & niet opgebruikt - reactiespecifiek
- enkel eindproducten & geen eindproducten - koppeling spontaan & niet spontane reacties
- in actief centrum
- ATP -> ADP + Pi - reguleren activiteit van andere enzymen
principe versnelling enzym
enzymsubstraatcomplex ≈ geactiveerdcomplex
activeringsenergie
- lager
- altijd optimale orientate
- zijketens in AZ bevorderen reactie
snelheid : V ≈ p x f x z
- p wordt maximaal
- f wordt groter
- V = 1/activeringsenergie
- snellere reactie = 10^9 -> 17
- geen effect op evenwicht
enzymhoofdgroepen
EC1: oxido-reductasen
EC2: transferasen
EC3: hydrolasen
EC4: lysasen
EC5: isomerasen
EC6: ligasen
basis naamgeving
- naam substraat + ase
vb: maltase - naam reactie + ase
vb: decarboxylase - gebruiksnamen
trypsine, chymptrypsine & pepsine
6 hoofdgroepen -> subgroepen -> subsubgroepen
oxido-reductasen & vb
EC1
katalyse REDOX-reacties
substraatreductie = oxidatie elektronendonor vb: NADH & NADPH
substraatoxidatie = reductie elektronacceptor
vb: NAD+ (nicotinamide adeninedinucleotide) & NADP+ (nicotinamide adeninedinucleotidefosfaat)
- dehydrogenasen ontrekken H can substraat
– alchoholdehydrogenase ADH : alcohol + NAD+ -> geoxideerd -> acetaldehyde + NADH
– lactaatdehydrogenase: pyruvaat + NADH -> gereduceerd -> L-lactaat + NAD+
transferasen + vb
EC2
brengt functionele groep van donor naar acceptor
- kinasen = fosforylgroeptransgerasen
lipide/suiker/ewit + fosfaatgroep
– hexokinasen
hexose (glucose) + ATP (met cosubstraat Mg2+) -> glucose-6-fostaat + ADP
actief centrum:
- substraat = glucose
- cosubstraat = ATP
- cofactor Mg2+
–> H-bruggen = sluiten van enzym
actieve vorm = binding met glucose = gesloten vorm
-> geen competitie reactie glucose
inactieve vorm ≠ binding met glucose = openvorm
Hydrolasen + vb
EC3
hydrolytische splitsing (C-O, C-N, C-S & O-P)
Subgroepen
- esterasen
- glycosidasen
- peptidasen & proteasen
Esterasen
EC3.1
- carboxyesterhydrolasen = CO-OR splitsen
- fosfatasen fosfaatgroep op eiwit, lipide of suiker vervangen door OH groep
– fosfomonoësterasen: fosfoserine-fosfatase & glucose-6-fosfatase
– fosfodiësterasen: nucleotidasen, RNase, DNase & fosfolipase C
Glycosidasen
EC3.2
C-O binding tussen monosaccariden
– O-glycosidasen: maltase, lactase, sucrase
– N-glycosidasen
Peptidasen/proteasen
EC3.4
splitsen nucleotiden tussen AZ in een eiwit
– serineproteasen (ser): chymotrypsine & trypsine
– sulfhydrylproteasen (cys)
– zure proteasen (asp & glu)
– metalloproteasen: metaalkation in ES-complex
Lyasen
EC4:
elimenatiereactie van C-C, C-N & C-O
= dubbele binding of ringen in substraat
omgekeerd = synthetasen
VB:
- decarboxylasen: verwijderen CO2
- dehydratasen: verwijderen H2O
- aldolasen: verwijderen aldehyde
isomerasen
EC5:
product = isomeer substraat
- racemasen: D/L
- epimerase: D/L & R/S bij meerdere chirale centra
- mutasen: cis-trans-isomerie
– fosfogylceraatmutase:
fosforylgroep in triosesuiker verplaatsen. 8 beta-strengen x 8 alfa-helices
– fosfoglycomutase:
fosforylgroep in glucose van pos1 <-> pos6
Ligasen
EC6: synthetasen
additiereactie: vorming covalente binding tussen 2 substraten
-> energie nodig: gekoppeld met ATP -> ADP +E
omgekeerd = lysasen
- carboxylasen, hydratasen
– koolzuuranhydrase (= cofactor Zn2+)
actiefcentrum in enzymen
de plaats waar het enzym met het substraat bindt
=bindingsholte/bindingspocket/katalytischeholte
2 delen:
- AZ voor substraatherkenning & -binding: perfecte oriëntatie voor enzym, 2e substraat molecule, cosubstraat of andere moleculen
- AZ voor uitvoering reactie
- lock-key binding: subtraat & enzym passen in elkaar zonder conformatie verandering
- induced-fit binding: subtstraat & enzym binden & zorgen voor een plaatselijke of volledige conformatie verandering
cofactoren & co-enzymen
vergroot mogelijkheden van de 20AZ
- metaan-kationen
- transitiemetalen: Fe, Cu, Mg & Zn
- cofactor in redoxreacties
- helpen binding van substraat - organische moleculen = co-enzymen
- productie uit vitaminen
- verandernd niet na reactie = cosubstraat FAD
- veranderd na reactie = cofactor = NAD/ATP
koolzuuranhydrase
- hydratatie van C02 = vorming van CHO3- voor bloed
- binding met Zn2+ cofactor langs 3xHis
- 5 x 10^20 omzettingen per ml per seconde bloed
4 stapsmechanisme
1. deprotonatie van water door Zn2+ = OH-
2. binding van enzym met CO2
3. nucleofiele aanval van OH- op de C van C02 = vorming CHO3-, lading gestabiliseerd door Zn2+
4. vervanging van CHO3- door water
chymotrypsine
- hydrolase: serineprotease
- spltising peptidebinding
- actief centrum = katalytische triade op een lijn in specifiteitsholte
- Asp = zuur
- His = base
- Ser = nucleofiel - charge-relaysysteem
- verhogen pKa van His
- opname H+ van Ser door His
- activeren Ser 195 = alkoxide-ion
- nucleofiele aanval op C-carbonyl van een geschikte peptidebinding
Specificiteits verschillen serineproteasen
- chymotrypsine
volumeuze zijketens
= Phe, Tyr, Trp - trypsine
positieve zijketen
= Lys, Arg - elastase
kleine alifatische zijketens
= Ala, Gly
Enzym optimum
- temperatuur
37°C = lichaamstemperatuur
= thermische denaturatie eiwit voorkomen - pH
afh. v. werkzaam gebied enzym
chymotrypsine = dunne darm = alkalisch = 7-10
pepsine = maag = zuue = 1.5-2.5
Enzymkinetiek
algemene reactie: E+S <-> ES -> E+P
3 parameter
- michealis-menten constante
= affiniteit E/S
- maximale snelheid V(max)
= voldoende substraatconcentratie
- trunovergetal
= S->P/t
reactiesnelheid
- vorming product
V= K3[ES]
V stijgt met een omgekeerde parabool
-> Vmax wanneer er voldoende substraatconcentratie is:
verzadigd = enzym constant bezet met substraat = constante reacties - vorming ES
V= K1[E] [S] - dissociatie ES
V= (K2+K3)[ES]
Michealis-mentenmodel
bij dynamisch evenwicht:
- ES vormingssnelheid = ES dissociatiesnelheid
- michealis-mentenconstante = Km= (K2+K3)/K1
- michealis-mentenvergelijking V = k3 [ES]= k3 [Etot] [S] // KM + [S]
–> rechte
≈ y = ax+b
y = v
x = [S]
–> Brigg-Haldanevorm
als [S] verzadigd is dan is [ES]= [Etot] dus:
V = Vmax [S]/KM + [S]
Relatie Km & Vmax
- Wanneer [S] «< Km dan wordt: V = Vmax [S]/Km en V is dan proportioneel met [S]
- Wanneer [S]»_space;> Km dan wordt: V= Vmax V is dan onafhankelijk van [S]
- Wanneer [S] = Km dan wordt: V= Vmax
-> [S] = KM: halfmaximale reactiesnelheid = helft van actieve centra bezet - Wanneer K2»_space;> K3 dan: Km = K2/K1 = dissociatecte van ES-complex
–> Km bepaalt affiniteit
als Km klein is, is de affiniteit hoog
turnover
= Kcat (catabolism)
#moleculen/tijd bij [S]»_space;> Km = volledige saturatie
Kcat = K3 = Vmax/Etot
Lineweaver-burke vergelijking
reactiesnelheid ≈ {S}
vergelijking:
1/V = Km/Vmax + 1/Vmax ≈ y = ax+b
y = 1/V
X= 1/{S}
a = Km/Vmax = risico
b = 1/Vmax
Enzymen & malaria
plasmapepsine = enzym in parasiet van malaria
breekt hemoglobine af
-> inhiberen
Michaelis-mentenvergelijking = effect inhibitie
inhibitie
= tegenwerken van enzym
inhibitor = I
- competitieve inhibitie
- niet-competitieve inhibitie
- niet-omkeerbare inhibitie
= irreversibele -
= zelfmoord -
- allostere inhibitie
-> verschillende vormen te zien na opstellen lineweaver-burke curve
niet-competitieve inhibitie
bindingsplaats I = regulerende site ≠ actiefcentrum & bindingsplaats S
-> sommige enzymen binden met S = enzym-substraat-complex
= normale productie van P
-> sommige enzymen binden met S & I = enzym-inhibitor-substraat-complex
= geen productie P
gevolgen:
- Km niet beïnvloed
- Vmax daalt = lager turnover getal
- Vmax is omgekeerd evenredig met de concentratie I
- concentratie enzym heeft geen effect
competitieve inhibitie
bindingsplaats I = actiefcentrum & bindingsplaats S
-> sommige enzymen binden met S = enzym-substraat-complex
= normale productie van P
-> sommige enzymen binden met I = enzym-inhibitor-complex
= geen productie van P
gevolgen
- Vmax niet beïnvloed
- Km daalt -> schijnbare Km
- Km is omgekeerd evenredig met de concentratie I
- Km is recht evenredig met Ki = omgekeerde maat affiniteit I
- Km is recht evenredig met de concentratie S
voorbeeld competitieve inhibitie
voorbeelde compitieve inhibitie
- vitamine B9 = foliumzuur
- enzym dihydrofolaatreductase
- tetrahydrofolaat
2 toepassingen
antibiotica
1. tetrahydrofolaat = coënzym voor synthese thymidine
2. bacterien maken tertagolaat zelf aann met para-aminobenzoëzuur als cosubstraat
3. sulfanilamide = I
4. toevoegen aan bacterie
5. …
chemotherapie
1. mehtotrexaat als compitieve inhibitie
2. toevoegen aan lichaam
3. …
- minder vorming
- minder tetrahydrofolaat
- minder thymidine vorming
- minder DNA replicatie mogelijk
- minder celdeling mogelijk
- afsterven
niet-omkeerbare inhibitie
irreversibele/zelfmoord inhibitie
= covalente binding van inhibitor op een AZ in het actiefcentrum
= permanent geïnactiveerd enzym
regulatie enzymen
- natuurlijke inhibitoren
vanuit HO3
- processesing
vb: trypsinogeen - AZ 1-15 = trypsine (serineprotease
- fosforylering
vb: activatie kinase
- andere transiënte modifacties
- compertimentalisatie
enzymen met een tegenovergestelde werking fysiek scheiden door membranen - product inhibitie
het gevormde product is een inhibitor voor product vorming
= negatieve feedback
regulatie multimere enzymen
katalystische site K & regulerende site R
als binding op R = conformationele verandering
-> positieve allosterische regulatie = enkel binding met S als binding met I
-> negatieve allosterische regulatie = enkel binging met S als geen binding met I
vb niet-competitieve inhibitie
