5η-6η Διάλεξη- Ένζυμα Flashcards
Τι είναι ένζυμο, υπόστρωμα και τι ενεργό κέντρο (και ποιες περιοχές περιέχει);
Ένζυμα: Βιολογικοί καταλύτες πρωτεϊνικής φύσης
Υπόστρωμα: κάθε ουσία που με την δράση του ενζύμου μετασχηματίζεται καταλυτικά σε προϊόν Ενεργό κέντρο: Το μέρος της πρωτεΐνης που είναι υπεύθυνο για τη καταλυτική δράση του ενζύμου. Η περιοχή αυτή περιλαμβάνει το καταλυτικό κέντρο ,όπου πραγματοποιείται η αντίδραση και το κέντρο προσανατολισμού (εξειδίκευση του ενζύμου)
Τι είναι τα φυσικά-άγρια ένζυμα και τι τα σύνζυμα ;
φυσικά ή άγρια : Τα ένζυμα που βιοσυντίθενται στους οργανισμούς, in vivo, στη βάση της μετάφρασης ειδικών γονιδίων σε αντιδιαστολή με τα επονομαζόμενα
σύνζυμα : παράγωγα ηθελημένης in vivo ή in vitro χημικής τροποποίησης ενός ή περισσοτέρων νουκλεοτιδικών βάσεων των γονιδίων του άγριου ενζύμου (γενετική τροποποίηση)
Τι είναι τα ριβόζυμα και τι το ισοένζυμα ;
ριβόζυμα : Βιολογικά μόρια με καταλυτική δράση και δεν είναι πρωτείνες αλλά αποτελούνται από ριβονουκλεϊκά οξέα. Καταλύουν ειδικές υδρολύσεις ΔΦ εντός του ίδιου (RNA) ή σε διαφορετικά και (DNA). Τέλος, πολλαπλές μορφές ενζύμων χαρακτηρίζονται ισοένζυμα διαφορετικά ένζυμα που καταλύουν την ίδια αντίδραση και αριθμούνται ανάλογα με την ηλεκτροφορητική τους κινητικότητα.
Τι περιλαμβάνει η ονοματολογία των ενζύμων, τι γίνεται στις αμφίδρομες αντιδράσεις, και τι στα πολυενζυμικά συστήματα ;
Εμπειρική (προέλευση, κάποια ιδιότητα, το υπόστρωμα, χωρίς νόημα) και
Συστηματική με βάση την αντίδραση (ολική όχι επιμέρους στάδια) και το υπόστρωμα.
Σε αμφίδρομες αντιδράσεις η ονομασία γίνεται προς την ίδια κατεύθυνση για όλα τα ένζυμα μιας κατηγορίας ακόμα και εάν είναι ανέφικτη. Τα συστηματικά ονόματα καταλήγουν σε -άση και αναφέρεται στο είδος της αντίδρασης και εάν πρόκειται για πολυενζυμικό σύστημα τότε σύμπλεγμα ή σύμπλοκο.
Τι είναι το τριπλό σύστημα χαρακτηρισμού και τι είναι ο πρώτος αριθμός στην τετράδα αριθμών ;
Άρα η ονομασία κάθε ενζύμου γίνεται με τριπλό σύστημα χαρακτηρισμού : ένα συστηματικό όνομα, ένα σύνηθες η εμπειρικό όνομα και μια κωδική τετράδα αριθμών (ATP-γλυκοζο-6-φωσφο τρανσφεράση - Γλυκοκινάση- Κωδική αρίθμ.:(2.7.1.1))
Ο πρώτος αριθμός κατατάσσει τα ένζυμα σε τάξεις ανάλογα την αντίδραση
Τάξεις ενζύμων: Τι είναι οι οξειδαναγωγάσες και μεταφοράσες και πως γίνεται η ονομασία τους ;
1) Οξειδαναγωγάσες- οξειδορεδουκτάσες : οξειδώνουν ή ανάγουν υποστρώματα με μτφρά Η ή e- (ον: δότης (e) - δέκτης(e) - οξειδορεδουκτάση)
2) Μεταφοράσες-Τρανσφεράσες: αποσπούν ομάδες (όχι Η) από υποστρώματα και τα μεταφέρουν σε μόρια δέκτες (όχι Η2Ο) (ον: δότης - δέκτης - μεταφερόμενη ομάδα - τρανσφεράση)
Τάξεις ενζύμων: Τι είναι οι υδρολάσες και λυάσες;
3) Υδρολάσες: με την βοήθεια νερού διασπούν ομοιοπολικούς δεσμούς με ταυτόχρονη προσθήκη των ομάδων του νερού (-Η και -ΟΗ) στα προκύπτοντα ακόρεστα συστήματα (ον: υπόστρωμα- υδρολάση)
4) Λυάσες: απομακρύνουν ομάδες από υποστρώματα σχηματίζοντας διπλούς δεσμούς ή με προσθήκη σε αυτούς (ον: υπόστρωμα- πρόθεμα- λυάση)
Τάξεις ενζύμων: Τι είναι οι ισομεράσες και τι οι λιγκάσες
5) Ισομεράσες: ένζυμα που καταλύουν ισομερίωση υποστρώματος (ον: υπόστρωμα-πρόθεμα-ισομεράση).το πρόθεμα υποδηλώνει το είδος της ισομερίωσης π.χ. cis -trans-, κετο-ενολο- κλπ. Αν η αντίδραση πραγματοποιείται με ενδομοριακή μορφή ομάδας το ένζυμο ονομάζεται μουτάση αν το ένζυμο καταλύει αλληλομετατροπή ασύμμετρων ομάδων ρακεμάση ή επιμεράση ανάλογα αν το υπόστρωμα έχει ένα ή περισσότερα κέντρα ασυμμετρίας αντίστοιχα
6) Λιγκάσες: καταλύουν την σύνδεση δύο μορίων με την βοήθεια ενέργειας πυροφωσφορικών δεσμών όπως ATP (ον: X:Ψ λιγάση (Ζ) όπου Χ και Ψ είναι τα συνδεόμενα μόρια και Ζ το προϊόν υδρόλυσης του τριφωσφορικού νουκλεοτιδίου)
Τι χαρακτηρίζει ο δεύτερος και ο τρίτος και τέταρτος αριθμός στην τετράδα αριθμών και τι συμβαίνει στα ένζυμα που καταλύουν την ίδια συνολική αντίδραση ;
Ο δεύτερος αριθμός χαρακτηρίζει την υποτάξη. Ο τρίτος και τέταρτος αριθμός χαρακτηρίζουν την κατηγορία και υποκατηγορία της υποτάξης και την εξειδίκευση. Δεδομένου ότι όλα τα ένζυμα ανεξαρτήτως προέλευσης, που καταλύουν την ίδια ολική αντίδραση έχουν τα ίδια : συστηματικό όνομα, εμπειρικό όνομα, και κωδική τετράδα είναι, συχνά, απαραίτητη η αναφορά της πηγής του ενζύμου που διαφοροποιεί τα διάφορα ισοένζυμα
Τι περιλαμβάνει η συστηματική ονομασία και ποια είναι η συνιστώμενη ονομασία ενζύμων ;
Η συστηματική ονομασία περιλαμβάνει όλα τα αντιδρώντα, μεταφερόμενες ομάδες και στο τέλος το όνομα της κύριας τάξης. Οι συνιστώμενες ονομασίες είναι οι εμπειρικές ονομασίες που καθιερώθηκαν είτε αυτούσιες είτε τροποποιημένες.
Ποιες είναι οι ιδιότητες των ενζύμων ;
- Πρωτεϊνικής φύσης μόρια που κάνουν βιολογική κατάλυση.
- Επιταχύνουν αντιδράσεις μειώνοντας την ενέργεια ενεργοποίησης των αντιδρώντων.
- Παραμένουν αναλλοίωτα μετά το τέλος της αντίδρασης και μπορούν να επαναλάβουν την κατάλυση πολλές φορές(δρουν σε μικροποσότητες).
- Παρουσιάζουν εξειδίκευση που μπορεί να είναι υψηλή, μέση ή χαμηλή. Στην υψηλή ένα ένζυμο καταλύει μία αντίδραση. Η εξειδίκευση στην ακριβή αλληλεπίδραση ενζύμου-υποστρώματος
Πως δρα καταλυτικά ένα ένζυμο, τι είναι ενέργεια ενεργοποίησης και τι προσδιορίζει η διαφορά ελεύθερης Ε;
Καταλυτική δράση ενζύμων αφού μειώνουν την Ε ενεργ: ο ρυθμός που γίνεται μια μεταβολή είναι ανεξάρτητος της ΔGo μεταξύ των προϊόντων αλλά εξαρτάται από το ενεργειακό φράγμα (Ε ενεργ) ΔG* που χωρίζει τα αντιδρώντα από τα προϊόντα. Η ενέργεια που απαιτείται για να φτάσουν τα προϊόντα στην κατάσταση μετάπτωσης ονομάζεται Ε.ενεργ(Εa) και το ένζυμο την μειώνει. Η διαφορά ελεύθερης Ε ΔG προσδιορίζει το πόσο αυθόρμητα γίνεται η αντίδραση αλλά δεν προσδιορίζει την ταχύτητα.
Από ποιους παράγοντες επηρεάζεται η δράση και η ταχύτητα της ενζυμικής αντίδρασης ;
Cυποστρ, Cενζυμου, CΗ+, ρυθμιστικά, αναστολείς , Τ
Που βοηθάει και που επικεντρώνεται η γνώση ενζυμικής κινητικής ;
Η γνώση ενζυμικής κινητικής βοηθάει στην κατανόηση των βιολογικών φαινομένων και της δράσης των ενζύμων στο κύτταρο. Επικεντρώνεται στην μελέτη της ταχύτητας και των παραγόντων που επιδρούν σε αυτή με κυριότερους το υπόστρωμα και Cενζύμου.
Ποιά η σχέση ταχύτητας και συγκέντρωσης υποστρώματος ;
Η ταχύτητα και η συγκέντρωση υποστρώματος εμφανίζουν γραμμική εξάρτηση ακολουθώντας κινητική κορεσμού δηλαδή σε μικρές αυξήσεις υποστρώματος η ταχύτητα αυξάνει γραμμικά αλλά καθώς αυξάνει, ο ρυθμός αύξησης μειώνεται μέχρι να φτάσουμε σε μεγάλες συγκεντρώσεις υποστρώματος όπου παρατηρείται κορεσμός και μέγιστη ταχύτητα Umax. E+S ⇌ ES-> E+ P
Στις περισσότερες περιπτώσεις ενζυμικής αντίδρασης το διάγραμμα V=f (S) είναι υπερβολή. Σε χαμηλές [S] η ταχύτητα εξαρτάται και από την συγκέντρωση [S] και από την [Ε]. Από την τιμή κορεσμού και μετά η ταχύτητα εξαρτάται μόνο από την [Ε]. Άρα σε υψηλές τιμές [S] το Ε έχει κορεσθεί από το S και η V=Vmax
Ποιος είναι ο τρόπος δράσης των ενζύμων ;
Σύνδεση υποστρώματος με ένζυμο- σταθεροποίηση ενδιάμεσου προϊόντος- απελευθέρωση προϊόντων. Η επιτάχυνση γίνεται λόγω μείωσης της Εα. Η πρόσδεση του υποστρώματος στο ένζυμο γίνεται στο ενεργό κέντρο που σχημτίζεται από αμινοξέα της 1ο ταγούς δομής της πολυπεπτιδικής που λόγω της 3ο ταγούς δομής τα αμινοξέα πλησιάζουν και δημιουργούν το ενεργό κέντρο.
Ποια τα δύο μοντέλα πρόσδεσης ενζύμου με υπόστρωμα ;
Η πρόσδεση γίνεται με ασθενείς δεσμούς και το περιγράφουν δύο μοντέλα: Κλειδί-κλειδαριά (Fisher) : όπου το υπόστρωμα ταιριάζει απόλυτα (συμπληρωματικότητα) στο ενεργό κέντρο του άκαμπτου ενζύμου (δεν αλλάζει με την πρόσδεση υποστρώματος) και μοντέλο Koshland επαγομένης προσαρμογής όπου το ενεργό κέντρο του ενζύμου αποκτά συμπληρωματικό σχήμα με την σύνδεση του υποστρωματος.
Ποια η σταθερά διάσπασης συμπλόκου, ποιος ο τύπος της ταχύτητας , η ποσότητα ολικού ενζύμου και η ταχύτητα σε μεγάλη συγκέντρωση υποστρώματος;
Η σταθερά διάσπασης (Ks) του συμπλόκου ES ωρίζεται ώς Ks= [E][S] / [ES]= K2/K1 (sec-1/M-1*sec-1=M) και η ταχύτητα της συνολικής αντίδρασης ES-> E+P από τον τύπο V=dP/dt =K2 [ES] και για κάθε στιγμή η ποσότητα ολικού ενζύμου είναι ίση με το ελεύθερο και το ενωμένο άρα et= e+es. Έτσι όταν η [S] είναι πολύ μεγάλη συγκριτικά με την KS και στον τύπο V=K2 [Et][S]/[S]+Ks το άθροισμα [S]+Ks= [S] τότε η V =K2[Et]= Vmax
Ποιός ο τύπος Michaelis-Menten;
Η σταθερά διάστασης συμπλόκου KS ονομάζεται Michaelis-Menten και η εξίσωση είναι
V=(Vmax [S])/( [S]+Km) αλλιώς
V/Vmax=([S])/([S]+Km)
Ποιες αντιδράσεις περιλαμβάνει μια ενζυμική αντίδραση ;
Παραδεχόμαστε ότι σε μια ενζυμική αντίδραση γίνονται οι εξής αντιδράσεις : Σύνδεση του ενζύµου [Ε] µε το υπόστρωµα [S] και σχηµατισµός ενός συµπλόκου ενζύµου-υποστρώµατος [ES] Κ1 . Διάσταση συμπόλου [ES] προς [Ε] και [S] Κ-1. Χημική αντίδραση και σχηματισμός προϊόντος [Ρ] και απομάκρυνση ενζύμου [Ε] Κ2 .Έτσι προκύπτει και ο τύπος Κm= K -1+K2 /K1 =Κs+ K2/K1.
Κινητική ενζύμων: Εάν Κ-1»Κ2
Εάν Κ-1»Κ2 τότε Κm=KS και ισχύει η η παραδοχή αποκατάστασης ισορροπίας της Michaelis-Menten.
Κινητική ενζύμων :Εάν Κ-1=Κ2
Εάν Κ-1=Κ2 τότε η Km έχει την τιμή που βγαίνει από την παραδοχή αποκατάστασης σταθεροποιημένης κατάστασης.
Κινητική ενζύμων : Εάν Κ-1
Εάν Κ-1 ταχύτητα σχηματισμού). Ισχύουν οι νόμοι για τις μη καταλητικές αντιδράσεις με δυο ή περισσ στάδια όπου η ταχύτητα της συνολικής αντίδρασης ισούται με την ταχύτητα του βραδύτερου σταδίου που στην περίπτωσή μας είναι V= K1[E][S].
Τι είναι η σταθερά Km, πως σχετίζεται με την χημική συγγένεια, την ταχύτητα και την σχέση S με E;
Η σταθερά Km αποτελεί χαρακτηριστική σταθερά του ενζύμου για το συγκεκριμένο υπόστρωμα (τιμές συγκέντρωσης) και όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της (όσο μεγαλύτερο ποσό υποστρώματος απαιτείται για να γίνει η αντίδραση) τόσο μικρότερη είναι η τάση σύνδεσης (χημική συγγένεια) μεταξύ Ε και S και αντίστροφα. Επίσης για τιμή συγκέντρωσης υποστρώματος [S]=Km η Vo=Vmax/2. Για [S]»Km τότε V=Vmax και για [S]
Τι είναι ο αριθμός ανακύκλωσης Κcat ;
Όπου Κcat= K2 (κινητική παραγωγής Ε+Ρ) όπου όταν το υπόστρωμα είναι λίγο Vo= K2 [E] [S]/ Km. Αυτό ισχύει σε απλούς μηχανισμούς Michaelis Menten με μόνο ένα ενδιάμεσο σύμπλοκο με μεγάλη ταχύτητα ή στον μηχανισμό Briggs-Haldane (άμεση διάσπαση συμπλόκου) όπου η Κcat είναι κινητική σταθερά πρώτης τάξης σχηματισμού προϊόντος.
Τι ισχύει για τις σταθερές κινητικής σε αντιδράσεις με περισσότερα ενδιάμεσα στάδια, τί είναι οι παράγοντες 1/U και 1/Kcat και πως αυτοί επηρεάζονται από σύστημα πολλών σταδίων;
Για περισσότερα ενδιάμεσα στάδια πρόκειται για παράσταση κινητικών σταθερών πρώτης τάξης όλων των ενδιάμεσων όπου πρέπει να ληφθεί υπ’όψην ο χρόνος που απαιτείται για να πραγματοποιηθεί κάθε επιμέρους στάδιο και ο παράγοντας 1/U είναι ο χρόνος που απαιτείται για να αντιδράσει 1mol υποστρώματος (ίδιος όγκος για όλα τα συμμετέχοντα) και 1/Κcat είναι ο χρόνος που απαιτεί ένα μόριο υποστρώματος για να διατρέξει όλη την πορεία της στάσιμης κατάστασης σε κατάσταση κορεσμού (Vmax) και είναι ο χρόνος μετάπτωσης. Επομένως σε μια αντίδραση με πολλά στάδια κάθε 1/Κ1…1/Κν είναι ο αντίστοιχος χρόνος μετάπτωσης και το άθροισμα όλων των επιμέρους (1/Κ1+1/Κ2…+1/Κν) είναι ο τελικός χρόνος που απαιτείται για να μετασχηματιστεί ένα μόριο Ρ1 σε Ρν.
Τι συμβαίνει στην Kcat στην περίπτωση που η [S] είναι κάτω του κορεσμού ; Τι συμβαίνει σε διαδοχικές και τι σε παράλληλες αντιδράσεις και τι συμβαίνει εάν τεθεί et=1mol;
Σε περίπτωση που η [S] είναι κάτω του κορεσμού ο συνολικός χρόνος μετάπτωσης είναι et/U και το 1/Κcat αντιπροσωπεύει τον ελάχιστο χρόνο για να γίνει όλη η μετατροπή. Σε διαδοχικές αντιδράσεις οι χρόνοι μετάπτωσης προστίθενται ενώ σε παράλληλες προστίθενται τα αντίστροφά τους. Τέλος εάν η σχέση Κcat= Vmax/et τεθεί για et=1mol τότε η Κcat είναι ο αριθμός των μορίων ή moles υποστρώματος που μετασχηματίζονται από ένα mol ή μόριο ενζύμου στην μονάδα του χρόνου (αριθμός ανακύκλωσης).
Τι είναι η σταθερά εξειδίκευσης ενός ενζύμου και που χρησιμεύει ;
Ο λόγος Κcat/Κm είναι η σταθερά εξειδίκευσης και σε αντιδράσεις που δύο υποστρώματα συναγωνίζονται το ίδιο ένζυμο καθορίζει τους επιμέρους ρυθμούς (ξέροντας ένα από τα δύο δεν μπορεί να βγει συμπέρασμα). Επομένως δύο υποστρώματα με διαφορετικές [S] και Κcat, το πιο θα αντιδράσει πιο γρήγορα καθορίζεται από τον λόγο.
Τι είναι η διεθνής μονάδα ενζυμικής δραστικότητας, πως συνδέεται με την ειδική δραστικότητα και τι είναι η καταλυτική δράση ενός ενζύμου ;
το ποσό του ενζύμου που καταλύει τον σχηματισμό 1μmol προϊόντος /min σε βέλτιστες συνθήκες. Άρα α μmoles προϊόντος/min (I.U.). Η ενζυμική δραστικότητα ανά mg πρωτεΐνης =ειδική δραστικότητα (δείκτης καθατότητας ενζύμου). Η καταλυτική δράση του ενζύμου μπορεί να αποδοθεί από τον αριθμό ανακύκλωσης (Κcat)= αριθμός μορίων υποστρώματος που γίνονται προϊόν από ένα μόριο ενζύμου σε ένα λεπτό κάτω από βέλτιστες συνθήκες.
Ποιά η επίδραση της συγκέντρωσης ενζύμου στην ταχύτητα ;
Η ταχύτητα είναι ανάλογη της [Ε] εφ’όσον είναι σταθερές όλες οι άλλες παράμετροι (ρΗ, Θ). Η γραφική παράσταση U=f(et) είναι ευθεία. Αποκλίσεις κυρίως στην μορφή της καμπύλης οφείλονται : μικρή διαλυτότητα υποστρώματος, ανεπαρκής ποσότητα συμπαράγοντα, αναστολείς που προκαλούν μη αντιστρεπτή αναστολή, διαδοχικές αντιδράσεις.
Τι είναι ο μετασχηματισμός Lineweaver-Burk και ποια τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του σε σχέση με την κλασική γραφική παράσταση V=f(S)
Ο μετασχηματισμός Lineweaver-Burk γίνεται 1/U=1/Umax+ Km/Umax *s.
Επομένως το 1/U=f(1/s) αποδίδεται από ευθεία γραμμή και τα σημεία τομής της ευθείας με τους άξονες είναι για τον Χ -1/Κm και για τον y 1/Umax ενώ η κλίση δίνει τον λόγο Κm /Umax. Μείον: συμπιέζει δεδομένα μεγάλων [S] σε μικρή περιοχή δίνοντας βαρύτητα στις μικρές συγκεντρώσεις. Πλεόν: οι τιμές V για δεδομένο υπόστρωμα απεικονίζονται και διαβάζονται εύκολα. Κυρίως για έλεγχο ορθότητας μηχανισμού
Τι είναι ο μετασχηματισμός Eadie-Hofstee, ποιο το μειονέκτημα του και που χρησιμοποιείται κυρίως;
Ο μετασχηματισμός Eadie-Hofstee U=f(U/s) όπου με αναδιάταξη της Michaelis Menten οδηγούμαστε στην U=Umax- Km U/s που αποτελεί ευθεία γραμμή με σημεία τομής στον Χ τo Umax/Km και στον Υ το Umax. Η κλίση δίνει την Km. Μείον: δυσανάγνωστες τιμές V για συγκεκριμένο υπόστρωμα. Κυρίως για έλεγχο αποκλίσεων από την γραμμικότητα.
Πως μετατρέπεται η Km και οι γνωστοί τύποι για αντίδραση με δύο υποστρώματα ;
Το ένζυμο έχει δύο Κm μια για κάθε υπόστρωμα (Κma, Kmb) , και οι συγκεντρώσεις των Α και Β είναι a ,b . Umax/U=1+(〖Km〗_^A)/a+〖Km〗^B/b+(〖Ks〗^A∙〖Km〗^B)/(a∙b)
Όπου Ks η σταθερά διάσπασης του Α. Εάν κρατηθεί σταθερή η συγκέντρωση ενός από τα δύο υποστρώματα (πχ Β) και μεγαλύτερη κάποιας οριακής τιμής τότε
1/U=(1+〖Km〗^B/b) 1/Umax+(〖Km〗^A+(〖Ks〗^A+〖Km〗^B)/b) 1/Umax+1/a Στην πραγματικότητα οι περισσότερες αντιδράσεις είναι με 2 υποστρώματα αλλά συνήθως το 2ο είναι το νερό και τις θεωρούμε απλές .
Σε ποιους δυο μηχανισμούς χωρίζονται οι αντιδράσεις με 2 υποστρώματα ;
Στις διαδοχικές όλα τα υποστρώματα πρέπει να προσδεθούν στο ένζυμο προτού απελευθερωθεί οποιοδήποτε προϊόν (τριμερές σύμπλοκο ενζύμου και 2 υποστρωμάτων), Στις αντιδράσεις διπλής εκτόπισης ή πινγκ-πονγκ απελευθερώνονται ένα ή περισσ προϊόντα προτού προσδεθούν όλα τα υποστρώματα στο ένζυμο με χαρακτηριστικό την ύπαρξη υποκατεστημένου ενζυμικού ενδιάμεσου (προσωρινή τροποποίηση).
Από ποιους παράγοντες επηρεάζεται η δραστικότητα ενός ενζύμου ;
Η δράση του ενζύμου επηρεάζεται από την παρουσία ενεργοποιητή ή συμπαράγοντα και αναστολέων. Οι πρώτοι είναι μακρομόρια συχνά ανόργανα ιόντα που είτε είναι απαραίτητο είτε διεγείρει με την παρουσία του το ένζυμο χωρίς να αποτελεί χαρακτηριστικό αντιδρόν. Οι αναστολείς είναι μόρια που παρεμποδίζουν την καταλυτική τους δράση μειώνοντας την V της αντίδρασης (παροδικά ή μόνιμα).
Σε ποιες κατηγορίες και υποκατηγορίες χωρίζονται τα είδη αναστολής ;
Αρχικά χωρίζεται σε ομοιοπολική και μη ομοιοπολική και έπειτα η μη ομοιοπολική χωρίζεται σε : συναγωνιστική, μη συναγωνιστική και ασυναγωνιστική.
Τι γνωρίζετε για την ομοιοπολική αναστολή;
Σχηματίζονται μόνιμοι ομοιοπολικοί δεσμοί με το ένζυμο δεσμεύοντας το (μόνιμη αδρανοποίηση). Ε+Ι-> ΕΙ. Η μετατόπιση σε διάγραμμα Vmax=f(Eo) γίνεται παράλληλα και εξαρτάται από την αρχική ποσότητα παρεμποδιστή.
Τι γνωρίζετε για την μη ομοιοπολική αναστολή ;
Μη ομοιοπολική: το είδος προσδιορίζεται από διάγραμμα Lineweaver-Burk όπου ανάλογα με την συγκέντρωση του παρεμποδιστή η συναγωνιστική επηρεάζει μόνο την κλίση της ευθείας, στην μη συναγωνιστική μόνο η διατομή και στην ασυναγωνιστική και κλίση και διατομή.
Τι γνωρίζετε για την μη αντιστρεπτή αναστολή ;
Μη αντιστρεπτή αναστολή: ομοιοπολική σύνδεση με ενεργό κέντρο ενζύμου προκαλώντας μόνιμη αδρανοποίηση ( οργανικά παράγωγα ,βαρέα μέταλλα Ag,Hg και συμπλεκτικοί παράγοντες)
Μερικές φορές το ενζυμικά παραγώμενο προϊόν δεσμεύεται ομοιοπολικά στο ενεργό κέντρο προκαλόντας μη αντιστρεπτή. Ονομάζονται αναστολείς Κcat και έχουν εφαρμογή ιατρική- τρόφιμα λόγω μεγάλής εξειδίκευσης.Vmax μείωση , Κm σταθερό
Τι γνωρίζετε για την αντιστρεπτή αναστολή ;
Αντιστρεπτή: χαλαρή ηλεκτροστατική ένωση αναστολέα με ένζυμο και η αναστολή αναστρέφεται με την απομάκρυνση του αναστολέα.
Τι γνωρίζετε για την μεικτή αναστολή ;
Μεικτή: ο αναστολέας αντιδρά και με ελεύθερο ένζυμο και με το σύμπλοκο ES και μεταβάλλονται και η Umax και η Km
Τι γνωρίζετε για την συναγωνιστική αναστολή ;
Συναγωνιστική : Vmax σταθερό και αυξάνει το Km (άμεση αλληλεπίδραση με το ενεργό κέντρο). Ο αναστολέας μοιάζει με το υπόστρωμα και το ανταγωνίζεται στην δέσμευση του ενεργου. Δεν σχηματίζεται σύμπλοκο ESI.
ΤΙ γνωρίζετε για την μη συναγωνιστική αναστολή ;
Μη συναγωνιστική : Vmax μειώνεται και ΚΜ σταθερό ( επίδραση αναστολέα σε άλλο σημείο εκτος ενεργό κέντρο του ενζύμου μεταβάλλοντας την στερεοχημεία του ενεργού κέντρου και την καταλυτική δράση του ενζύμου) . Ενώνεται εξίσου καλα και με ελεύθερο και δεσμευμένο ES και σχηματίζονται και EI και ESI. Είναι σπάνια ειδική περίπτωση μικτής αναστολής και δεν αίρεται με αύξηση της συγκέντρωσης υποστρώματος.
Τι γνωρίζετε για την ασυναγωνιστική αναστολή και αναστολή υποστρώματος;
Ασυναγωνιστική: Vmax,Km μειώνονται (πρόσδεση αναστολέα σε σύμπλοκο ES, σε περιοχή που είναι διαθέσιμη μόνο μετά την δέσμευση του υποστρώματος, αποτρέποντας τον σχηματισμό προϊόντος). Δεν σχηματίζεται σύμπλοκο ΕΙ και συναντάται σε αντιδράσεις με πολλά υποστρώματα που στο ένα δρά συναγωνιστικά και στο άλλο ασυναγωνιστηκά. Συνήθως παρουσιάζει δομική ομοιότητα με ένα από τα υποστρώματα και είναι συχνά ένα από τα προϊόντα. Ειδική περίπτωση αποτελεί η αναστολή υποστρώματος (σε υψηλές Cυποστρ) όπου το ενεργό κέντρο δέχεται περισσότερα από ένα μόρια υποστρώματος ενό κανονικά δεχόταν ένα. Αν το σύμπλοκο που προκύψει είναι ανενεργό επηρεάζεται η ταχύτητα.
Τι γνωρίζετε για την δράση του συμπαράγοντα ;
Συμπαράγοντας: επιδρά στο ένζυμο ή στο υπόστρωμα. Πολλά ένζυμα περιέχουν στο ενεργό τους κέντρο μεταλλοϊόντα ή χρειάζονται μονοσθενή κατιόντα για σταθεροποίηση της διαμόρφωσης που χαρακτηρίζεται από μέγιστη καταλυτική ικανότητα. Ε+Μ ΕΜ και S+EM (SEMPEM) EM+P όπου Μ ο ενεργοποιητής. Υπόστρωμα: όλες σχεδόν οι μεταβολικές αντιδράσεις που συμμετέχουν ,δι και τρι φωσφορικά νουκλεοτίδια απαιτούν παρουσία δισθενούς μεταλλοϊόντος (Μg2+) σε στοιχειομετρική αναλογία σύμφωνα με τις αντιδράσεις S+M SM SM+E (ESM EPM) E+PM και PMP+M
Τι είναι η αναστολή προϊόντος ;
Στην βιομηχανία εντοπίζεται συχνά ο αναστολέας να είναι το προϊόν (αναστολή προϊόντος) πχ λακτάσης από λακτόζη προκαλόντας μείωση παραγωγής.
ΤΙ γνωρίζετε για την DIPF ;
Η DIPF απενεργοποιεί όχι μόνο τις σερινοπρωτεάσες αλλά και ένζυμα που περιέχουν σερίνη συμπεριλαμβάνοντας και κάποια που είναι υπεύθυνα για την μετάδοση νευρικού ερεθίσματος, έχει λοιπόν νευροτοξική δράση προκαλόντας παράλυση και θάνατο.
Πως επηρεάζει το ρΗ την δραστικότητα των ενζύμων ;
Τα ένζυμα έχουν ενεργά κέντρα που συχνά αποτελούνται από ιονισμένες ομάδες άρα πρέπει να έχουν την κατάλληλη μορφή ιονισμού για να γίνει δέσμευση υποστρώματος και κατάλυση και το ίδιο μπορεί να ισχύει και για τα υποστρώματα (ιονιζόμενες ομάδες). Έτσι παρουσιάζουν μια βέλτιστη τιμή που το σύστημα έχει βέλτιστη ταχύτητα και αυξομείωση από αυτή την τιμή μειώνει δραστικά την ενεργότητα του ενζύμου. Το ΡΗ των ενζύμων είναι διαφορετικό αλλά παραπλήσιο του μέσου στο οποίο δρούν.
Από ποιους παράγοντες εξαρτώνται το βέλτιστο ρΗ και η σταθερότητα ενζύμου;
Το βέλτιστο ΡΗ και η σταθερότητα ενζύμου εξαρτώνται από παράγοντες όπως: Τ, ιονική ισχύς, χημική φύση και συγκέντρωση Ρ.Σ. και διαφόρων πρόσθετων, C συμπαραγόντων, [E], φύση και συγκέντρωση υποστρώματος
Πως επιδρά η θερμοκρασία στα ένζυμα;
Υπάρχει βέλτιστη τιμή (Vmax) και μεταβολή από την βέλτιστη μειώνει δραστικά την ταχύτητα. Όσο η ταχύτητα αυξάνει τόσο μετουσιώνεται το ένζυμο (πρωτεΐνη) άρα μειώνεται η [Ε]. Επομένως γίνεται αύξηση της κινητικής Ε των μορίων του υποστρώματος άρα και των μορίων που μπορούν να υπερβούν το ενεργειακό φράγμα αλλά παράλληλα γίνεται μείωση της ταχύτητας λόγω μείωσης της [Ε].
Τι είναι, πως επιτυγχάνεται και σε ποιες κατηγορίες χωρίζεται η ενζυμική ρύθμιση;
Στις αντιδράσεις πολλών σταδίων το κάθε προϊόν αποτελεί υπόστρωμα για την επόμενη αντίδραση και έτσι τα ένζυμα δρούν σε ομάδες φτιάχνοντας πολυενζυμικά συστήματα με έως και 15 διαφορετικά ένζυμα σε συγκεκριμένη σειρά. Τουλάχιστον ένα από αυτά (συνήθως το 1ο) τροποποιεί την μεταβολική του δράση ανάλογα με τις ανάγκες του οργανισμού επιταχύνοντας ή επιβραδύνοντας όλη την πορεία. Αποτελεί λοιπόν ένα ρυθμιστικό ένζυμο που λαμβάνει ερεθίσματα από ρυθμιστές (Μ). Η ρύθμιση χωρίζεται σε δύο είδη την ομοιοπολική και την μη ομοιοπολική ή αλλοστερική.
Ποιοι είναι οι δύο τρόποι αλλοστερικής ρύθμισης και πως συνδέονται οι ρυθμιστές αυτών των τύπων με τα ένζυμα ;
Ο πιο συνηθισμένος τρόπος ρύθμισης που μπορεί να γίνει είτε με αναστολή (ρυθμιστής το τελευταίο μεταβολικό προϊόν, ετερότροπος ρύθμιση), είτε με η με διέγερση οπότε ο ρυθμιστής συχνά είναι το ίδιο το υπόστρωμα (Ομότροπος ρύθμιση) όπου καταλυτικό και ρυθμιστικό κέντρο ταυτίζονται. Και στις δύο περιπτώσεις ο ρυθμιστής (Μ) και το ένζυμο συνδέονται χαλαρά (ηλεκτροστατικά).
Πως δομούνται και δρούν τα αλλοστερικά ένζυμα ;
Τα αλλοστερικά ένζυμα αποτελούνται από δύο τουλάχιστον πρωτεϊνικές υπομονάδες, άρα μεγαλύτερα από συνήθη ένζυμα και έχουν 4ο-ταγή δομή όπου η μια υπομονάδα φέρει το καταλυτικό κέντρο © που ενώνεται με το υπόστρωμα και η άλλη το ρυθμιστικό κέντρο (R) που ενώνεται με τον ρυθμιστή. Η εισαγωγή του Μ στο R τροποποιεί την δομή και δραστικότητα του ενζύμου όπου ανάλογα με το είδος της ρύθμισης η δομή είναι δραστικότερη ή αδρανέστερη από την αρχική.
Τι ισχύει για τα αλλοστερικά ένζυμα και τις γραφικές παραστάσεις ;( v=f(S), Lineweaver-Burk)
Τα ένζυμα αυτά δεν υπακούν στην Michaelis menten και η γραφική της ταχύτητας με την συγκέντρωση είναι σιγμοειδής καμπύλη άρα και των αντιστρόφων Lineweaver-Burk δεν είναι ευθεία. Η σιγμοειδής καμπύλη: έχει απότομη κλίση κοντά στην περιοχή Κ0,5 ή S0.5 (συγκέντρωση υποστρώματος) όπου έχουμε Vmax/2 και ο κορεσμός του ενζύμου Vmax γίνεται σε μικρότερες C από τα συνήθη ένζυμα.
Τι γνωρίζετε για την ομοιοπολική ρύθμιση ενζύμων;
Πολύπλοκη ρύθμιση σε κομβικά σημεία μεταβολισμού, όπου η μετατροπή της ανενεργού ή λιγότερης δραστικής μορφής του ενζύμου σε ενεργή και το αντίστροφο γίνεται με αντίδραση ενζύμου- ρυθμιστή ή άλλο μακρομόριο, αντίδραση που απαιτεί ένζυμο για κατάλυση (συχνά ομοιοπολικά ρυθμισμένο, ρυθμιστικό ένζυμο).
Δώστε παράδειγμα ομοιοπολικής ρύθμισης
φωσφορυλάση του γλυκογόνου σε συνθήκες μειωμένης Ε που αναστέλλεται η αποθήκευση της γλυκόζης και αντ’αυτού γίνεται υδρόλυση του γλυκογόνου σε Ι-φώσφο-γλυκόζη
Ποιά η δράση της αδρεναλίνης στην φωσφορυλάση του γλυκογόνου;
Η αντίδραση ξεκινάει μέσω της αδρεναλίνης (ορμόνη-νευδοδιαβιβαστής). Κινητοποιεί όλες τις πηγές Ε σε ανάγκες (έντονη άσκηση, κίνδυνος) διεγείροντας το συμπαθητικό νευρικό σύστημα με την αντίδραση μάχης ή φυγής. Αυξάνει το σάκχαρο στον οργανισμό μέσω της διάσπασης του γλυκογόνου στο ήπαρ και προκαλεί λιπόλιση στον λιπώδη ιστό. Στο ΚΝΣ προκαλεί άγχος, αναισθησία στον πόνο, όξυνση αντανακλαστικών, διαστολή βρόγχων και ματιών, τρόμο και ανατρίχιασμα. Τέλος, περιορίζει ορθολογικό τρόπο σκέψης επιτρέποντας την εκδήλωση περισσότερο πρωτόγωνων αντιδράσεων.
Τι είναι η ενζυμική εξειδίκευση;
Ικανότητα να περιορίζουν την καταλυτική τους δράση σε ορισμένα μόνο μόρια. Ο βαθμός εξειδίκευσης είναι ίδιος για όλα τα ένζυμα και συνδέεται με την κομβική θέση του ενζύμου στον μεταβολισμό και χωρίζεται στα:
Τι είναι η στερεοχημική εξειδίκευση και τι συμβαίνει όταν ένα ασύμμετρο ένζυμο αντιδρά με καθένα απο τα εναντιομερή ;
Ξεχωρίζουν οπτικά και γεωμετρικά ισομερή. Χρησιμοποιούν ένα από τα δύο εναντιομερή εκτός και εάν η δράση τους είναι να καταλύουν ισομερειώσεις εναντιομερών λόγω του ότι είναι ασσύμετρα ή χειρόμορφα αποτελούμενα από L-αμινοξέα. Όταν ένα ασύμμετρο ένζυμο αντιδρά με κάθε ένα από τα εναντιομερή, σχηματίζονται διαστερεομερείς καταστάσεις μετάπτωσης με διαφορετικές ενέργειες και δραστικότητες που διαφοροποιούν τα αντιδρώντα, προάγοντας την μετατροπή του ενός μόνο από τα εναντιομερή σε προϊόν. Στις περιπτώσεις αυτές γίνεται αποδεκτό ότι η σύνδεση ενζύμου – υποστρώματος γίνεται απαραίτητα σε τρία σημεία.
Τι είναι η απόλυτη και τι η εξειδίκευση ομάδας ;
Απόλυτη: δέχεται μόνο ένα ένζυμο και καταλύει μια μόνο αντίδραση (πλειοψηφία ενζύμων)
Ομάδας: ειδικό ένζυμο για συγκεκριμένο χημικό δεσμό συνδεδεμένο με συγκεκριμένη ομάδα (θρυψίνη- χυμοθριψίνη)
Τι είναι η χημική εξειδίκευση και πως αυτή εξηγεί την μορφολογία του ενεργού κέντρου του ενζύμου;
Δεν διακρίνει τα υποστρώματα εκτός και εάν παρουσιάζουν συγκεκριμένο δεσμό που καταλύει. Έτσι το ένζυμο ακόμα και εάν δεν έχει αυστηρή εξειδίκευση είναι επιλεκτικό προς το υπόστρωμα. Αυτό εξηγείται με το γεγονός ότι το ενεργό κέντρο χωρίζεται στο καταλυτικό κέντρο ή θέση μετασχηματισμού και το κέντρο προσανατολισμού ή θέση δέσμευσης. Έτσι μπορεί να γίνει δέσμευση υποστρώματος χωρίς να γίνει μετασχηματισμός αλλά όχι το ανάποδο.
Τι γνωρίζετε για το μοντέλο Fischer
Στο μοντέλο Fischer κλειδιού κλειδαριάς το ένζυμο έχει συμπληρωματική περιοχή του υποστρώματος ώς προς μέγεθος, μορφή και φορτίο. Έτσι και οι δεσμοί λαμβάνπυν τον κατάλληλο προσανατολισμό και παράγεται προϊόν.
Τι γνωρίζεται για το μοντέλο Koshland και ποιά η επίδραση υποστρώματος τόσο στην διαμόρφωση του ενζύμου όσο και στην συγγένεια μεταξύ τους;
Περιλαμβάνει τον προπεπτικό σπασμό όπου γίνεται αλλαγή στην γεωμετρία της πρωτεΐνης με την δέσμευση του υποστρώματος (στερεοχημική διαμόρφωση). Απαιτείται ένας ακριβής προσανατολισμός των καταλυτικών ομάδων για να πραγματοποιηθεί ο μετασχηματισμός. Το υπόστρωμα προάγει αυτόν τον προσανατολισμό με την αλλαγή γεωμετρίας που προκαλεί, δεσμευμένο στο ενεργό κέντρο. Έτσι όταν το ένζυμο και το υπόστρωμα είναι χώρια έχουν μικρή συμπληρωματικότητα αλλά καθώς πλησιάζουν και γίνεται σύνδεση οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες αλλάζουν και το αγκαλίαζουν με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε οι ομάδες δέσμευσης και κατάλυσης να προσανατολιστούν σωστά, αλλιώς οδηγούμαστε σε ανενεργά σύμπλοκα.
Ποιοι είναι οι παράγοντες που προάγουν την καταλυτική ικανότητα των ενζύμων:
1) σωστό πλησίασμα και προσανατολισμός αντιδρώντων. 2) ενδομοριακή αντι για διαμοριακή κατάλυση με δέσμευση του υποστρώματος αντί για απλά παρουσία του καταλύτη. 3) επίδραση στην εντροπία της αντίδρασης όπου η διαμοριακή σύνδεση οδηγεί σε μεγάλη πτώση εντροπίας ενώ η ενδομοριακή σε μικρή απώλεια (με ενδομοριακό ενδίαμεσο προϊόν) αλλά μεγάλη αύξηση ταχύτητας. 4) επίδραση στην συγκέντρωση των αντιδρόντων όπου στην ενδομοριακή έχουμε δραματική αύξηση της συγκέντρωσης και της ταχύτητας σε σχέση με την διαμοριακή. 5) κατάλυση μέσω παραμόρφωσης όπου το υπόστρωμα ενεργοποιείται μέσω παραμόρφωσης που του προκαλείται από την σύνδεση με το ενεργό κέντρο (μηχανισμός κρεμάστρας) και οι δυνάμεις δέσμευσης παρέχουν μερικώς την απαιτούμενη Ε για την κατάσταση μετάπτωσης. Άρα το ενεργό κέντρο πρέπει να είναι συμπληρωματικό της κατάστασης μετάπτωσης για να επιταχύνει καλύτερα την αντίδραση.
Τι γνωρίζετε για την κατάλυση οξέων ή βάσεων;
Τα οξέα είναι δότες και οι βάσεις δέκτες πρωτονίων με χαρακτηριστικές αμινομάδες που δρούν ανάλογα με την κατάσταση ιοντισμού τους. Ο όρος κατάλυση γεν…. Χαρακτηρίζει αντιδράσεις που η ταχύτητα τους επηρεάζεται από μια ή περισσότερες πρωτοπικές ομάδες (π.χ. ομάδες πλευρικών αλυσιδών πρωτεϊνης) όπως η ισομεράση των φωσφοτριοζών.
Τι γνωρίζεται για την πυρηνόφιλη και ηλεκτρονιόφιλη (ομοιοπολική κατάλυση);
Πυρηνόφιλη κάθε ομάδα με ισχυρή τάση να δώσει ζέυγος e και ηλεκτρονιόφιλη το αντίθετο. Έτσι Κάθε καταλυόμενη αντίδραση που η ταχύτητά της καθορίζεται από ένα στάδιο κατά το οποίο ο καταλύτης δίνει ζεύγος (e) στο υπόστρωμα, ονομάζεται πυρηνόφιλη κατάλυση και ηλεκτρονιόφιλη εάν δέχεται ζεύγος e. Αντίθετα με των γενικών οξέων-βάσεων εδώ σχηματίζεται ομοιοπολικό ενδιάμεσο μετάπτωσης.
Τι γνωρίζετε για τους συμπαράγοντες ;
υπάρχουν 20 αμινοξέα και λιγότερες πλευρικές δραστικές ομάδες με πιο συχνά για την δόμηση του ενεργού κέντρου τα Ser, His, Αsp, Glu, Lys και Arg. Συχνά τα ένζυμα πρέπει να προάγουν αντιδράσεις χημικά αδύνατες με τη χρήση των συγκεκριμένων ομάδων.Σε αυτές τις περιπτώσεις χρησιμοποιούνται μόρια με ειδική δραστικότητα, οι συμπαράγοντες όπως οξειδαναγωγικά ένζυμα (NAD+, NADP+) ενδιάμεσοι μεταφορείς αναγωγικών ισοδύναμων μεταξύ μορίων.
Τι γνωρίζετε για την αύξηση υδροφοβικότητας κατα την κατάλυση;
Συχνά κατά την κατάλυση αυξάνειη υδροφοβικότητα του ενεργού κέντρου με την δέσμευση υποστρώματος λόγω σχηματισμού λιπόφιλης εσοχής αμινοξέων προστατεύοντας τα ενδιάμεσα μετάπτωσης από την προσβολή από μόρια νερού. Αύξηση ταχύτητας κατά 1000 φορές.
Τι χρειάζονται τα ένζυμα στην επιστήμη τροφίμων; Να δοθούν παραδείγματα επιθυμητών ενζυμικών αντιδράσεων .
Αφού το τρόφιμο είναι ζωντανός οργανισμός συνεχίζει και μετά την κοπή, συλλογή, θανάτωση να έχει μεταβολικές αντιδράσεις ακόμα και με εντονότερους ρυθμούς λόγω αποδιοργάνωσης κυτταρικού ιστού και απελευθέρωσης υποστρωμάτων και ενζύμων. Ανάλογα με τον οργανισμό οι μεταβολές μπορεί να είναι επιθυμητές ή μη.
Επιθυμητά: ζυμώσεις (τυρί), πηκτινάσες(διάσπαση κυτταρικού τοιχώματος και μεγαλύτερη παραγωγή χυμού), η μετατροπή της γλυκόζης σε φρουκτόζη (πιο γλυκό άρα καλό για δίαιτα) από τις ισομεράσες, ινβερτάση σε σοκολατάκια που διασπά την σακχαρόζη του κέντρου σε γλυκόζη και φρουκτόζη (μαλακό-ρευστό), λακτάση για διάσπαση λακτόζης σε άτομα με δυσανεξία ,πρωτεάσες για διάσπαση πρωτεϊνών για το βρέφος, μετατροπή αμύλου σε ζάχαρη με υδατανθρακάσες (ροφήματα αθλητών), πρωτεάσες-λιπάσες-αμυλάσες σε βιολογικά,
