4. Enzyme Flashcards
Wie ist ein Katalysator definiert?
Stoff, der chem. RK herbeiführt oder beeinflusst, selbst aber unverändert bleibt
-starke Beschleunigung von biologieschen RK
Bsp. für enzymkatalysierte RK
- Carboanhydrase: Transport von CO2 im Blut
- Protease: Proteolyse/Hydrolyse von Peptidbindungen
- Esterasen: Hydrolyse einer Esterbindung
–> RK sind sehr spezifisch
Versch. Arten von Cofaktoren
Holoenzym (aktives E)= Apoenzym (Polypeptid) + Cofaktor
Cofaktor:
- an-/organische Verbindung
- benötigt E. für seine Aktivität
3 Arten:
- Coenzyme sind schwach und reversibel gebunden
- Prosthetische Gr. sind fest am Protein gebunden
- Metalle sind meist fest, selten aber auch schwach am Protein gebunden.
Wie hilft uns das Konzept des Übergangzustandes, die Wirkung von Enzymen zu verstehen?
Übergangszustand X^#:
- Zustand mit der höchsten Energie während des RK-Verlaufs
- instabiler Zwischenzustand S > X^# > P
- chem. Bindungen sind im Entstehen oder Aufbrechen
- kann nicht isoliert werden
- wird durch Enzyme stabilisiert
deltaG^#= freie Aktivierungsenthalpie
-Senkung führt zu Erhöhung der RK-Geschwindigkeit
Katalysatoren erniedrigen (durch Entropiefaktor deltaS* oder Enthalpiefaktor deltaH*) deltaG^# und beschleunigen damit die Einstellung des RKGG
Was sind die besonderen Eigenschaften eines Enzym-Substrat-Komplexes?
Bildung erfolgt nach der Sättigungskinetik:
Reaktionsgeschwindigkeit V erhöht sich, bis alle Enzyme ein Substrat im aktiven Zentrum gebunden haben = Vmax, RK wird nicht schneller, da gesättigt
Allg. Eigenschaften vom aktiven Zentrum:
- wird durch 3D Spalt im Enzym gebildet
- nur kleiner Teil des Gesamtenzyms
- Substratbindung durch viele schwache WW
- Bindungsspezifität ist von der definiterten atomaren Anordnung im aktiven Zentrum abhängig
Induced-Fit-Modell:
-Enzym bildet passende Form erst nach Bindung des Substrates aus
Beste WW = höchste Bindungsenergie gibt es zwischen Enzym und X^#
Enzymkinetik
Kinetik untersucht die Geschwindigkeit chem. RK
Was versteht man unter der Ordnung einer RK?
Für jede Reaktion lässt sich eine Reaktionsgleichung formulieren, die beschreibt welche und wie viele Edukt-Teilchen miteinander reagieren, um eine bestimmte Anzahl Produkt-Teilchen zu bilden.
1.Ordnung A -> P , V=k[A]
RK zu den c der Ausgangsmaterialen direkt proportional sind.
2.Orndung 2A -> P, oder bimolekulare RK A+B -> P
V=k[A]^2, k[A][B]
k=[1/(Mol*s)]
Welche Näherungen wurden zur Herleitung der Michaelis-Menten Gleichung eingeführt und wie müssen wir sie im Experiment berücksichtigen?
- Annahme eines spez. Enzym-Substrat-Komplexes
- Zu Beginn der RK kann die Konzentration des Produktes vernachlässigt werden, gilt nur für die Anfangsgeschwindigkeit v0
- Die katalytische Geschwindigkeit hängt von 2 Größen ab.
- Bildung und Zerfall des ES-Komplexes
- Bildungsgeschwindigkeit von ES = k1[E][S]
- Zerfallsgeschwindigkeit von ES = [k-1 + k2][ES] - Annahme des FliesGG
- Einführung der Michaeliskonstant Km
- Wenn [S]T -> [E]T, ist die Konzentration des ungebundenem Substrates [S] ~[S]T, die Konzentration an freiem Enzym [E] ist [E] = [E]T - [ES] man erält so siee Formelsammlung
- Die Maximalgeschwindigkeit Vmax wird erreicht wenn [ES]=[E]T ist.
Wie lautet die Michaelie-Menten-Gleichung?
v0= vmax ([S]/([S]+Km))
Was können wir aus dem Km-Wert und dem kcat-Wert lernen?
Km-Wert: [S] bei der die RK-Geschwindigkeit die Hälfte des Maximalwertes erreicht hat
Km= Vmax/2
kcat-Wert: maximale Zahl umgesetzter Substratmoleküle pro Zeiteinheit bei Sättigung mit Substrat = WECHSELZAHL
kcat/Km ist ein Maß für die katalytische Effizienz
Worin können sich versch. Arten von Zweisubstrat-Reaktionen unterscheiden.
RK von 2 Substraten bietet zwei Möglichkeiten
- Sequenzielle Verdrängung: es müssen beide Substrate an das Enzym binden, bevor ein Produkt freigesetzt wird.
- Doppelte Verdrängung: Substrate binden nacheinander, ein oder mehrere P werden freigesetzt, bevor alle Substrate am Enzym gebunden haben.
- Bildung von substituierten Enzymzwischenprodukt
Welche Reaktionen lassen sich NICHT mit dem Michaelis-Menten-Formalismus beschreiben?
- allosterisch regulierte Enzyme
- RK bei denen das Substrat doppelt am Enzym bindet. ES2-Komplex meist aktiver oder inaktiver als ES kann zur Substrataktivierung oder -hemmung führen
Welche Arten von Enzymhemmung existieren?
Wie können wir sie experimentell unterscheiden?
Hemmung: Verringerung der Aktivität eines Enzyms durch Bindung eines spez. kleinen Moleküls
Ireversibel
-Inhibitoren binden kovalent im AZ
Reversibel (Unterscheiden sich nach WW mit ENzym)
- Kompetitive Hemmung: Wettkampf um die Bindungstelle
- Vmax bleibt gleich
- Km wird erhöht - Unkompetitive Hemmung: Hemmstoff bindet nur, wenn Substrat auch gebunden ist
- Vmax und Km vermindern sich gleichermaßen - Nichtkompetitive Hemmung: Inhibitor bindet an einer anderen Stelle als dem AZ und verändert die Enzymstruktur sodass das Substrat nicht mehr umgesetzt werden kann:
- Vmax wird kleiner
- Km bleibt gleich
Welche allg. katalytischen Strategien werden bei Enzymen eingesetzt, um eine RK zu katalysieren?
- Kovalente Katalyse: temporäre Bindung einer kovalenten im AZ des Enzyms, meist eine nukleophile kovalente Katalyse z.B.: Chymotrypsin (Proteasen)
- Allg. S-B-Katalyse: Das Enzym wirkt als Protonendonator u. -akzeptor. Z.B.: Chymotrypsin, Carboanhydrase
- Katalyse durch Annäherung: Enzym erleichtert RK, in dem sie 2 Substrate in der richtigen Orientierung einander näher bringt.
- Metallionenkatalyse: Metallionen können als Elektronendonoren oder -akzeptoren, als Lewis-Säure oder als Bereitsteller von Hydroxidionen fungieren.
Wie ist das AZ von Chymotrypsin aufgebaut?
besteht aus 3 reaktiven Resten:
Asp102 - His57 - Ser195 (katalytische Triade)
- Ser wirkt als nukleophil in deprotonierter Form
- Weitergabe von Ladung an His
- Asp ist negativ und stoppt die Kette
Wie katalysiert das Enzym Chymotrypsin die Spaltung einer Peptidbindung?
- das S bindet direkt am Ser-Rest
- Aktivierung, His wird protoniert
- Protonen Abgabe
(S-B-RK) - Ser wird stark REAKTIVES NUKLEOPHIL
- Ser greift an Carbonyl-C an und bildet eine kovalente Bindung
- negative Ladung am O - ELEKTROSTATISCHE STABILISIERUNG DES ANIONISCHEN ZWISCHENPRODUKTS
- ein Substratteil kann sich lösen, anderer Teil hängt kovalent fest
- Acyl-Enzym-Komplex wird gebildet - Wasser greift Acyl-Enzym an
- Aktivierung wie bei 1
- Spaltung des Serin-Acyl-Restes (KOVALENTE KATALYSE)
- dieser löst sich vom Enzym
- Anfangszustand liegt nach Kodensation wieder vor
