Biochemie: Enzymen en regulatie

Question 1

(TER ILLUSTRATIE)

Veel bekende medicijnen zijn enzymremmers zoals…

Answer 1

Aspirine pain/inflammation
Warfarin thrombosis
Statin cholesterol (lowers LDL)
Methotrexate cancer (cytostatic)
ACE-inhibitors high blood pressure
Viagra impotence
Penicillin bacterial infection
Insecticides insect plagues
AZT/anti-viral drugs viral infection (AIDS)

Question 2

Wat doen enzymen?

Answer 2

Katalyseren chemische reacties

Question 3

We gaan 4 onderdelen van de enzymen behandeling:
1. binding van het substraat
2. katalyse
3. kinetiek
4. regulatie van enzymactiviteit

Answer 3

Let’s hit it :)

Question 4

De binding van het substraat aan het enzym kan op twee manieren: lock and key, en induced fit. Leg uit hoe deze werken

Answer 4

Lock and key: enzym kan perfect binden aan substraat
Induced fit: enzym verandert van vorm door binding van substraat

Question 5

Als er veel verschillende interacties zijn tussen het substraat en het enzym (ionogeen, H-bruggen) is het waarschijnlijker dat er sprake is van lock-and-key/induced-fit

Answer 5

lock-and-key

Question 6

Proteases knippen eiwitten op veel verschillende plekken en zijn dus heel aspecifiek/specifiek

Answer 6

specifiek

Question 7

Een enzym verlaagt de activatie-energie van een chemische reactie door…

Answer 7

vorm van enzym/substraat te veranderen

Question 8

De vormverandering van het enzym en/of substraat is vaak door middel van cofactoren… wat is dit voor type cofactor?

Answer 8

Vitaminen!

Question 9

Hoe helpen vitaminen bij de vormverandering van het enzym/substraat?

Answer 9

door de transitie-state stabiliseren

Question 10

Bij de Ziekte van Beriberi, wat veel in Aziatische landen voorkomt is er een vitamine-deficiëntie van het enzym dat belangrijk is bij de omzetting van pyruvaat naar acetyl-CoA, en in krebs cycle zelf en in de PPP pathway. Van welk vitamine is er een deficiëntie?

Answer 10

Vitamine B1/thiamine

Question 11

Het Wernicke-Korsakoff Syndrome is een geïnduceerde vorm van de Ziekte van Beriberi, waardoor ontstaat het?

Answer 11

hoog alcoholgebruik verstoort opname vitamines + slechte voeding  extreme vorm van Beriberi

Question 12

Wat zijn twee kinetische parameters?

Answer 12

Vmax en Km

Question 13

Wat is Vmax?

Answer 13

maximale omzettingssnelheid wanneer het substraat gebonden is aan het enzym (overvloed aan substraat aanwezig)

Question 14

Wat is Km?

Answer 14

bindingsaffiniteit van het substraat voor het enym (concentratie substraat waarbij de activiteit 50% van de Vmax is)

Question 15

Hoe kan de hoeveelheid substraat bepalen hoe goed het enzym het substraat kan binden?

Answer 15

Bij de half-maximale snelheid

Question 16

Wat bereik je als je een overvloed concentratie substraat toevoegt?

Answer 16

Vmax

Question 17

Wat is Kcat?

Answer 17

maat voor katalyse snelheid (omzetting van substraat naar product)

Question 18

Wat houdt een lage Km waarde in?

Answer 18

Hoge affiniteit van enzym voor substraat

Question 19

Wat doen iso-enzymen?

Answer 19

katalyseren zelfde reactie, maar met andere kinetische parameters (zoals bijv hexokinase en glucokinase)

Question 20

Hexokinase en glucokinase hebben andere kinetische parameters. Leg uit waarom en hoe dit werkt.

Answer 20

Hexokinase bevindt zich in de hersenen, glucokinase bevindt zich in de lever. Lever reguleert de bloedglucosespiegel. Hexokinase heeft een hele lage Km (=hoge affiniteit) t.o.v. glucokinase. Het is belangrijk dat de lever alleen glucose omzet op het moment dat er hele hoge concentraties glucose in het bloed aanwezig is, en daarom heeft glucokinase geen hoge affiniteit voor glucose

Question 21

Kunnen membraan transporters ook verschillende kinetische parameters hebben afhankelijk van het weefsel?

Answer 21

Ja, bijv bij GLUT1-5 (zie pp)

Question 22

Waarom is er enzym regulatie?

Answer 22

zodat afbraak en opbouw nooit tegelijk verlopen

Question 23

Wat zijn de 5 verschillende manieren om enzymen te reguleren?

Answer 23

1. Activatie of inhibitie door hormoon-afhankelijke (de-)fosforylering
2. Allosterische activatie
3. Competitieve inhibitie/remming van een enzym is revesibel
4. Regulatie door genexpressie
5. Langdurige behoefte aan verhoogde enzymactiviteit

Question 24

Stelling: fosforylatie van een enzym zorgt altijd voor activatie

Answer 24

Onwaar! dit is afhankelijk van het enzym

Question 25

Stelling: spieren reageren niet op glucogon

Answer 25

Waar

Question 26

Waar reageren spieren wel op om glycogeen synthase te activeren?

Answer 26

epinephrine (stress), contractie en zenuwimpuls

Question 27

Waar zorgt een verhoogde concentratie van AMP voor in een spiercel?

Answer 27

glycogeen afbraak en glycolyse stimulatie

Question 28

Wat houdt een allosterische activatie in?

Answer 28

Metaboliet kan binden aan enzym buiten actieve centrum -> conformatieverandering -> activatie enzym

Question 29

Wat is een voorbeeld van een allosterisch metaboliet?

Answer 29

AMP

Question 30

Een voorbeeld van competieve inhibitie van een enzym is de binding van het substraat. Waarom is dit praktisch?

Answer 30

Als er hoge concentraties van, bijv, glucose-6-fosfaat aanwezig is, zal deze binden aan het enzym en kan er geen glucose meer worden omgezet in G6P, zo is er directe inhibitie als er verhoogde concentraties zijn

(dit werkt zo in de hersenen in het geval van hexokinase, niet in de lever!)

Question 31

Noem een voorbeeld van regulatie door genexpressie

Answer 31

alleen de lever heeft het enzym glucose-6-fosfatase en kan dus glucose weer afstaan aan bloed (GLUT transporteert geen G6P)

Question 32

Wat gebeurd er als er langdurige behoefte is aan verhoogde enzymactiviteit?

Answer 32

verhoogde gentranscriptie

Question 33

Noem een voorbeeld van verhoogde gentranscriptie door verhoogde enzymactiviteit?

Answer 33

Veel substraat (bijv alcohol) worden veel enzymen gemaakt om dit af te breken

Question 34

Wat zijn de kernpunten?

Answer 34

• Enzymen werken als katalysator chemische reacties
• Enzym-substraat reactie gekenmerkt door Km (maat voor affiniteit E-S) en kcat (maat voor katalyse snelheid S -> P)
• Specificiteit met name op vlak van binding: lage Km is hoge affiniteit.
• Activatie van enzymen op 2 niveaus: allostere activatie door metabolieten en hormonale activatie door fosforylering
• Productinhibitie (product remt binding substraat) voorkomt ophoping van niet gewenste producten
• Regulatie via orgaan-specifieke expressie van enzymen of iso-enzymen met verschillende eigenschappen.
• Veel van deze mechanismen zien we terug bij membraantransporters van metabolieten.