Κεφάλαιο 6 Ένζυμα Flashcards
Ανέφερε κάποιες εισαγωγικές πληροφορίες σχετικά με τα ένζυμα
• Η ζωή εξαρτάται από την ύπαρξη ισχυρών και ειδικών καταλυτών που καλούνται ένζυμα. Σχεδόν κάθε βιοχημική αντίδραση καταλύεται από ένα ένζυμο.
• Εκτός από λίγα καταλυτικά μόρια RNA, όλα τα γνωστά ένζυμα είναι πρωτεΐνες. Για την καταλυτική τους λειτουργία πολλά ένζυμα απαι- τούν την παρουσία μη πρωτεϊνικών συνενζύμων ή συμπαραγόντων.
• Τα ένζυμα ταξινομούνται με βάση τον τύπο της αντίδρασης που κατα- λύουν. Όλα τα ένζυμα έχουν επίσημες ονομασίες και κωδικούς ΕΟ, ενώ τα περισσότερα ένζυμα έχουν επίσης και κοινά ονόματα
Τι γνωρίζεις για το Πώς Δρουν τα Ένζυμα
• Τα ένζυμα είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικοί καταλύτες. Συνήθως επιτα χύνουν τις αντιδράσεις κατά 105-107 φορές.
• Οι ενζυμικά καταλυόμενες αντιδράσεις χαρακτηρίζονται από το σχη ματισμό ενός συμπλόκου μεταξύ του υποστρώματος και του ενζύμου (σύμπλοκο Ες). Η πρόσδεση του υποστρώματος συμβαίνει σ’ έναν θύλακο πάνω στο ένζυμο που καλείται ενεργό κέντρο.
• Η λειτουργία των ενζύμων κι άλλων καταλυτών είναι να χαμηλώνουν την ενέργεια ενεργοποίησης, ΔG’, για μια αντίδραση κι έτσι ν’ αυξάνουν την ταχύτητα της αντίδρασης. Η ισορροπία μιας αντίδρασης δεν επηρεάζεται από το ένζυμο.
• Σημαντικό μέρος της ενέργειας που χρησιμοποιείται για την ενζυμική επιτάχυνση των αντιδράσεων προέρχεται από ασθενείς αλληλεπιδράσεις (δεσμοί υδρογόνου, συνάθροιση-συσσωμάτωση λόγω του υδρό- φοβου φαινομένου και ιοντικές αλληλεπιδράσεις) μεταξύ ενζύμου και υποστρώματος. Το ενεργό κέντρο του ενζύμου έχει τέτοια δομή ώστε μερικές από αυτές τις ασθενείς αλληλεπιδράσεις να συμβαίνουν κατά προτίμηση στη μεταβατική κατάσταση της αντίδρασης σταθεροποιώντας έτσι την μεταβατική κατάσταση.
• Ένας λόγος για το μεγάλο μέγεθος των ενζύμων είναι η ανάγκη για πολλαπλές αλληλεπιδράσεις. Η ενέργεια πρόσδεσης, ΔG β, χρησιμοποιείται για να αντισταθμίσει την ενέργεια που απαιτείται για ενεργοποίηση, ΔΕ’, με διάφορους τρόπους για παράδειγμα, ελαττώνοντας την εντροπία του υποστρώματος, προκαλώντας αποδιαλύτωση του υπο- στρώματος ή προκαλώντας αλλαγή διαμόρφωσης στο ένζυμο (επαγόμενη προσαρμογή). Η ενέργεια πρόσδεσης ευθύνεται επίσης για την αξιοθαύμαστη εξειδίκευση των ενζύμων για τα υποστρώματά τους.
Οι επιπρόσθετοι καταλυτικοί μηχανισμοί που χρησιμοποιούνται από τα ένζυμα περιλαμβάνουν τη γενική οξεοβασική κατάλυση, την ομοιοπο- λική κατάλυση και την κατάλυση από μεταλλικά ιόντα. Η κατάλυση συχνά περιλαμβάνει παροδικές (μεταβατικές) ομοιοπολικές αλληλεπι δράσεις μεταξύ του υποστρώματος και του ενζύμου, ή μεταφορά ομάδων προς και από το ένζυμο, που προσφέρουν μια νέα οδό αντί- δρασης, χαμηλότερης ενέργειας. Σε κάθε περίπτωση, το ένζυμο επανέρχεται στην ελεύθερη μορφή όταν ολοκληρωθεί η αντίδραση.
Τι γνωρίζεις για την Κινητική των Ενζύμων ως Προσέγγιση για την Κατανόηση του Μηχανισμού τους
• Τα περισσότερα ένζυμα μοιράζονται από κοινού ορισμένες κινητικές ιδιότητες. Όταν σ’ ένα ένζυμο προστεθεί ένα υπόστρωμα, η αντίδρα- ση γρήγορα επιτυγχάνει μια σταθερή κατάσταση, στην οποία η ταχύ- τητα σχηματισμού του συμπλόκου ES εξισώνεται με την ταχύτητα με την οποία διασπάται. Καθώς αυξάνει η [S], η ενεργότητα της σταθε- ρής κατάστασης μιας ορισμένης ποσότητας ενζύμου αυξάνει επίσης- αποδίδεται με μια καμπύλη σε σχήμα υπερβολής και φτάνει σε μια χαρακτηριστική μέγιστη ταχύτητα, Vmax όπου ουσιαστικά όλο το ένζυ μο βρίσκεται σε σύμπλοκο με το υπόστρωμα.
• Η συγκέντρωση του υποστρώματος στην οποία η ταχύτητα της αντί- δρασης ισούται με 1/2Vmax ορίζεται ως σταθερά του Michaelis, Km. H Km είναι χαρακτηριστική για κάθε ένζυμο που δρα σ’ ένα ορισμένο υπόστρωμα. Η εξίσωση Michaelis-Menten συσχετίζει την αρχική ταχύτητα, νο, με την [S] και τη Vmax μέσω της σταθεράς Κη. Η κινητική Michaelis-Menten καλείται επίσης και κινητική της σταθερής κατάστασης
• Οι Km και Vmax έχουν διαφορετικές έννοιες για διαφορετικά ένζυμα. Η καθοριστική ταχύτητα (limiting rate) μιας ενζυμικά καταλυόμενης αντίδρασης σε κορεσμό περιγράφεται από τη σταθερά Keat, ή αλλιώς τον αριθμό μετατροπής-αναπλήρωσης. Ο λόγος Kcal/Km παρέχει ένα καλό μέτρο της καταλυτικής αποτελεσματικότητας. Η εξίσωση Michaelis- Menten εφαρμόζεται επίσης και σε αντιδράσεις δύο υποστρωμάτων, οι οποίες λαμβάνουν χώρα με σχηματισμό τριμερών συμπλόκων ή οδού ping-pong (διπλής εκτόπισης).
• Κάθε ένζυμο έχει ένα βέλτιστο pH (ή περιοχή pH) στο οποίο εκδηλώ- νει μέγιστη ενεργότητα.
• Η κινητική της προ-σταθερής κατάστασης μπορεί να παρέχει νέα στοι χεία για τους μηχανισμούς των ενζυμικών αντιδράσεων.
• Η αντιστρεπτή αναστολή ενός ενζύμου είναι συναγωνιστική, ασυναγω νιστική ή μικτή. Οι συναγωνιστικοί αναστολείς συναγωνίζονται με το υπόστρωμα μέσω της αντιστρεπτής πρόσδεσής τους στο ενεργό κέ- ντρο, χωρίς όμως να μετασχηματίζονται από το ένζυμο. Οι ασυναγωνι- στικοί αναστολείς προσδένονται στο σύμπλοκο ES μόνο, σε διαφορετική θέση από το ενεργό κέντρο. Οι μικτοί αναστολείς προσδένονται είτε στο Ε, είτε στο ES, επίσης σε θέση διαφορετική από το ενεργό κέντρο. Στη μη αντιστρεπτή αναστολή, ο αναστολέας προσδένεται μό- νιμα στο ενεργό κέντρο σχηματίζοντας έναν ομοιοπολικό δεσμό ή μια πολύ σταθερή μη ομοιοπολικού τύπου αλληλεπίδραση
Δώσε Παραδείγματα Ενζυμικών Αντιδράσεων
• Η χυμοθρυψίνη είναι μια σερινοπρωτεάση με καλά κατανοητό μηχανισμό με χαρακτηριστικά γενικής οξεοβασικής κατάλυσης, ομοιοπολικής κατάλυσης και σταθεροποίησης της μεταβατικής κατάστασης.
• Η εξοκινάση παρέχει ένα εξαιρετικό παράδειγμα επαγόμενης προσαρμογής ως μέσο για τη χρησιμοποίηση της ενέργειας πρόσδεσης του υποστρώματος.
• Η αντίδραση της ενολάσης προχωρεί μέσω κατάλυσης με μεταλλικά ιόντα.
• Η λυσοζύμη χρησιμοποιεί την ομοιοπολική κατάλυση και τη γενική όξινη κατάλυση καθώς προάγει δύο διαδοχικές αντιδράσεις πυρηνόφιλης εκτόπισης.
• Η κατανόηση του μηχανισμού δράσης των ενζύμων επιτρέπει την ανάπτυξη φαρμάκων για την αναστολή της ενζυμικής δράσης.
Τι γνωρίζεις για τα Ρυθμιστικά Ένζυμα
• Στα κύτταρα, οι δραστηριότητες των μεταβολικών οδών ρυθμίζονται με έλεγχο της ενεργότητας ορισμένων ενζύμων.
• Η ενεργότητα των αλλοστερικών ενζύμων προσαρμόζεται με αντι- στρεπτή πρόσδεση ενός ειδικού ρυθμιστή σε μια ρυθμιστική θέση. Ρυθμιστής μπορεί να είναι το ίδιο το υπόστρωμα ή κάποιος άλλος με- ταβολίτης. Επίσης, η δράση του ρυθμιστή μπορεί να είναι ανασταλτι- κή ή διεγερτική. Η κινητική συμπεριφορά των αλλοστερικών ενζύμων αντικατοπτρίζει συνεργατικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των υπομονά- δων του ενζύμου.
• Άλλα ρυθμιστικά ένζυμα ρυθμίζονται με ομοιοπολική τροποποίηση μιας ειδικής λειτουργικής ομάδας, απαραίτητης για την ενζυμική δρα- στικότητα. Ένας ιδιαίτερα κοινός τρόπος ρύθμισης της ενζυμικής ενεργότητας είναι η φωσφορυλίωση ειδικών αμινοξικών καταλοίπων.
• Πολλά πρωτεολυτικά ένζυμα συντίθενται ως ανενεργά πρόδρομα μόρια, καλούμενα ζυμογόνα, τα οποία ενεργοποιούνται με διάσπαση, απελευθερώνοντας μικρά πεπτιδικά προϊόντα.
• Η πήξη του αίματος γίνεται με τη μεσολάβηση δύο διασυνδεόμενων ρυθμιστικών καταρρακτών από ζυμογόνα που ενεργοποιούνται με πρωτεόλυση.
• Τα ένζυμα σε σημαντικές μεταβολικές διασταυρώσεις-κόμβους ρυθμίζονται από σύνθετους συνδυασμούς ρυθμιστών. Αυτό επιτρέπει το συντονισμό των δραστηριοτήτων των διασυνδεόμενων οδών
