chp9 catalyst strategies Flashcards
what are the 4 types of enzymes that are involved in catalyst strategies
- Σερινοπρωτεάσες
- Ανθρακικές ανυδράσες
- Περιοριστικές ενδονουκλεάσες
- Μυοσίνες
what do the 4 enzyme types have in common
Κάθε τάξη καταλύει αντιδράσεις που χρειάζονται την προσθήκη H2O σε ένα υπόστρωμα
what does each type of enzyme need to be able to work
- Σερινοπρωτεάσες:
Πρέπει να προαγάγουν μια πάρα πολύ αργή αντίδραση σε ουδέτερο pH. - Ανθρακικές ανυδράσες:
Πρέπει να πετύχουν μια μεγάλη απόλυτη ταχύτητα αντίδρασης , κατάλληλη για ενοποίηση (integration) με άλλες πολύ γρήγορες φυσιολογικές διεργασίες - Περιοριστικές ενδονουκλεάσες
Να επιτύχουν μια μεγάλη απόλυτη ταχύτητα αντίδρασης - Μυοσίνες
Να χρησιμοποιήσουν την ελεύθερη ενέργεια που συνδέεται με την υδρόλυση της τριφωσφορικής αδενοσίνης (ΑΤΡ) για να ωθήσει άλλες διεργασίες.
what is ενέργεια πρόσδεσης + what does it affect + how is it formed
How is it formed?
Ένα ένζυμο σχηματίζει μεγάλο αριθμό ασθενών αλληλεπιδράσεων με το υπόστρωμά του. Ο σχηματισμός των αλληλεπιδράσεων αυτών απελευθερώνει ενέργεια «ενέργεια πρόσδεσης».
What does it affect?
- μείωση της ενέργειας της μεταβατικής κατάστασης (σταθεροποίηση) —-> μείωση της EA
- προαγάγει δομικές αλλαγές στο ένζυμο και το υπόστρωμα (επαγόμενη προσαρμογή) ( induced fit)
Name 4 strategies used by enzyme to καταλύουν βιολογικές αντιδράσεις
- Ομοιοπολική κατάλυση
- Γενική οξεοβασική κατάλυση
- Κατάλυση με προσέγγιση
- Κατάλυση μέσω ιόντος μετάλλου
Explain briefly how each strategy works to trigger catalysis
- Ομοιοπολική κατάλυση:
ενεργό κέντρο περιέχει μια δραστική ομάδα που στην πορεία της κατάλυσης προσδένεται προσωρινά ομοιοπολικά σε ένα μέρος του υποστρώματος.
eg Χυμοθρυψίνη - Γενική οξεοβασική κατάλυση:
ένα μόριο εκτός απο το νερό παίζει το ρόλο δέκτη ή δότη πρωτονίων –> the enzyme and the substrate exchange H+
eg Χυμοθρυψίνη, ανθρακική ανυδράση, μυοσίνη - Κατάλυση με προσέγγιση:
Πρόσδεση όλων των υποστρωμάτων σε μια μοναδική επιφάνεια πρόσδεσης
eg Ανθρακική ανυδράση - Κατάλυση μέσω ιόντος μετάλλου:
Ένα ιόν μετάλλου μπορεί να διευκολύνει την κατάλυση με διάφορους τρόπους
eg Ανθρακική ανυδράση, περιοριστική ενδονουκλεάση, μυοσίνη
why do proteins need to be broken down? Give two examples
- Οι πρωτεΐνες που έχουν εκτελέσει their job, πρέπει να διασπαστούν σε aa, τα οποία θα χρησιμοποιηθούν για σύνθεση νέων πρωτεϊνών
- Οι πρωτεΐνες που προσλαμβάνονται με τις τροφές πρέπει να διασπαστούν σε μικρά πεπτίδια και αμινοξέα για να απορροφηθούν στο έντερο.
what enzyme breaks down proteins + how
Οι πρωτεάσες:
- done by αντίδραση της υδρόλυσης —> προσθήκη ενός μορίου H2O στον πεπτιδικό δεσμό.
Can the break down of proteins occur without enzymes? Why?
Η υδρόλυση των πεπτιδικών δεσμών ευνοείται θερμοδυναμικά ΔG˂0 bc it’s exothermic
BUT οι αντιδράσεις είναι πάρα πολύ αργές, εξαιτίας της σταθερότητας του πεπτιδικού δεσμού. This is because peptide bonds are κινητικά σταθεροί και ανθεκτικοί στην υδρόλυση.
what is needed from the enzyme for it to break the peptide bond
Για να προαχθεί η διάσπαση του πεπτιδικού δεσμού, ένα ένζυμο
πρέπει να διευκολύνει την πυρηνόφιλη προσβολή σε μια κανονική μη δραστική καρβονυλική ομάδα.
—-> so πρέπει να υπάρχει ένα ένζυμο το οποίο θα διαθέτει ένα πυρηνόφιλο στοιχείο ( a negative group which is attracted to the positive nucleus).
what is χυμοθρυψίνη
= Πρωτεάση που διασπά επιλεκτικά πεπτιδικούς δεσμούς στην καρβοξυλική πλευρά αρωματικών ή υδρόφοβων αμινοξέων.
eg θρυπτοφάνη, τυροσίνη, φαινυλαλανίνη και μεθειονίνη
which of the 4 strategies does χυμοθρυψίνη use
ομοιοπολικής κατάλυσης:
* Το ένζυμο χρησιμοποιεί ένα ισχυρό πυρηνόφιλο για να επιτεθεί σε μια μη δραστική καρβονυλική ομάδα του υποστρώματος
* Το πυρηνόφιλο αυτό προσκολλάται ομοιοπολικά στο υπόστρωμα για μικρό χρονικό διάστημα κατά τη διάρκεια της κατάλυσης
* Η χυμοθρυψίνη έχει ένα εξαιρετικά δραστικό κατάλοιπο
σερίνης 195. SOS
how is χυμοθρυψίνη made unreactive
Όταν DIPF δεσμεύει στην σερίνη 195 του ενεργό κέντρο
—> It also shows ότι η σερίνη είναι το σημαντικό κατάλοιπο για την υδρόλυση του πεπτιδικού δεσμού.
describe the shape/components/bonds of Χυμοθρυψίνη
Shape: σχεδόν σφαιρική
Bonds:
- 3 πολυπεπτιδικές αλυσίδες ενωμένες με S-S
- Συντίθεται ως ένα πολυπεπτίδιο, χυμοθρυψινογόνο, το οποίο ενεργοποιείται από την πρωτεολυτική διάσπαση του πεπτιδίου για να παραχθούν οι 3 αλυσίδες.
Components: Καταλυτική τριάδα
- The side chain of Serine 195 is bonded using H bonds with ιμιδαζολικό δακτύλιο of histidine 57.
- The NH of the ring bonds with the carboxyl group of ασπαραγινικού 102
what’s the role of histidine 57 in the triad
- Βοηθά στο σωστό προσανατολισμό της σερίνης
- Πολώνει το –ΟΗ προκειμένου να διευκολύνει την αποπρωτονίωσή του
- Δέχεται το Η+ (δρα σαν βάση)
- Η σερίνη μετατρέπεται σε ιόν αλκοξειδίου —> πολύ ισχυρότερο πυρηνόφιλο
what’s the role of ασπαραγινικού οξέος in the triad
- Προσανατολισμός της ιστιδίνης
- Μέσω δεσμών υδρογόνου και ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων κάνει την ιστιδίνη καλύτερη βάση
—> (προσλαμβάνει Η+)
what changes in the triad when a substrate binds and what does it cause
The OH at the end of serine 195 becomes O- = ιον αλκοξειδίου = strong πυρηνόφιλο
how does the triad change
- η ιστιδίνη 57 δέχεται ένα πρωτόνιο από την υδροξυλομάδα της σερίνης 195
- Παράγεται ένα ιον αλκοξειδίου –> ισχυρό πυρηνόφιλο
- Το ασπαραγινικό 102 μέσω δεσμών υδρογόνου και ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων καθιστά την ιστιδίνη 57 σε ένα καλύτερο δέκτη πρωτονίων
describe the steps of the hydrolysis of chymotrypsin
- When the substrate binds, the nucleophilic attack of the OH of ser195 occurs which is when the H binds to the histidine making it a base, and then the O- attacks the carbonyl of the substrate (amino acid)
- This forms a tetrahedral intermediate which is unstable bc of the shape + negative charge on the O
- The protein will then temporarily stabilize this structure by binding a part of it which is called the oxyanion hole, which has the NH groups that will each react and bind with the O- (it has 2 lp of e-)
- Then the tetrahedral collapses and forms the ακυλοένζυμο
- The O- which was bonded to the oxyanion hole will then reform the original double bond it had with the C, which will cause the release of the C-N bond. This leaves an acyl group bonded to the O of the Ser195
- The now free NH will bind to the His57 to form an amine group with its extra H, and then the amide group is released which removes the positive charge from the His57.
= υδρόλυσης-ακυλίωσης του ενζύμου - To replace the amide group, a water nucleophile comes and binds with the His57 by reacting and deprotonating the H2O.
- This then leaves the OH- to bind on the carbonyl of the acyl group that was bonded to Ser195 using nucleophilic attack again. This causes again the removal of the C=O of the acyl grp into a C-O single bond which means O- is again unstable.
- As we did before for the same thing, the oxyanion hole reacts with the O- forming an unstable temporary intermediate which then collapses again.
- Another bond that broke during that reaction is the C=O with the Ser195 which takes the extra H from His57 to remove the positive charge again, which forms OH-C=O-R (carboxylic) that can be removed from the reaction. And it also reforms the original OH which is bonded to His57 = OG shape so it can then rebreak another substrate (peptide bond)
what determines which peptide bonds serine breaks?
Η ειδικότητα καθορίζεται από την θήκη S, which in serine’s case is hydrophobic and είναι βαθιά έτσι ώστε να χωρέσουν μεγάλες, υδρόφοβες αλυσίδες such as φαινυλαλανίνης + θρυπτοφάνης.
what happens when the appropriate substrate binds
Η πρόσδεση μίας κατάλληλης πλευρικής αλυσίδας μέσα στη θήκη αυτή, τοποθετεί τον παρακείμενο πεπτιδικό δεσμό μέσα στο ενεργό κέντρο για διάσπαση.
—-> Η χυμοθρυψίνη διασπά τον πεπτιδικό δεσμό μετά από κατάλοιπα με αρωματική ή μακριά μηπολική πλευρική αλυσίδα.
how is Θρυψίνη different to χυμοθρυψίνη
κατάλοιπο Asp στη θήκη S1 αντί Ser
—> άρα ελκύει και σταθεροποιεί +ve κατάλοιπα λυσίνης και αργινίνης, εξού και διασπά πεπτιδικούς δεσμούς μετά από αυτά τα 2 κατάλοιπα.
