Enzyme Flashcards
1
Q
Definition Katalysator
A
- Stoffe, die chem. reaktionen beeinflussen, beschleunigen
- bleiben selbst unbeeinflusst
- erniedrigen Aktivitätsenergie
- beschleunigen Einstellung Reaktionsgleichgewicht
2
Q
Arten von Cofaktoren
A
- Verbindung (an-/organisch)
- Durchführung chem. Reaktionen, die nicht allein mit 20 AS erolgen kann
- Inaktive Enzyme benötigen Cofaktoren
- Coenzyme –> organisch, von Vitaminen abgeleitet
- prosthetische Grupppe
- Metall
3
Q
Konzept des Überganszustand
A
- Hilft Verständnis der Enzyme
- instabile Spezies
- Befindet sich auf Gipfel des Reaktionskoordinatendiagramms
- können NICHT isoliert werden
- besitzt höhere freie Enthalpie
- Enzyme erleichtern Bildung des Übergangszustandes, senken Aktivierungsenergie
- KEIN Intermediat (–> Zwischenprodukt einer Reaktion, kann isoliert werden)
4
Q
Eigenschaften eines Enzym-Substrat-Komplex
A
- Begünstigt Übergangszustand
- Katalyse findet an einer bestimmten Stelle statt: aktiver Zentrum
- V_max Hinweis auf Bildung definierter Enzym-Substrat-Komplexe
5
Q
Eigenschaften von aktiven Zentren
A
- bindet Substrat und falls vorhanden, den Cofaktor
- Reste im aktiven Zentrum nennt man katalytische Gruppe
- wird durch dreidimensionale Spalte im Enzym gebildet
- besteht aus unterschiedlicher Abschnitte der AS-Sequenz
- kleiner Teil des Gesamtenzyms
- schaffen besondere Mikroumgebungen
- Substrate werden durch viele schwache WW an das Enzym gebunden
6
Q
Schlüssel-Schloss-Prinzip
A
- Substrat passt perfekt in Enzym
- Emil Fischer
- AZ komplementäre Gestalt zu substrat
7
Q
Induced fit Modell
A
- Daniel Koshland
- AZ verändert Form bei Substratbindung
8
Q
Reaktionsordnung
A
- Beschrieben durch das Zeitgesetz des makroskopisch beobachtbaren Vorgangs
- basiert auf Meddung zeitlicher Veränderungen von Konzentrationen
9
Q
Reaktionen 1. Ordnung
A
- Ordnung: A –> P ;
- v entspricht Menge an A, die in bestimmter Zeiteinheit verschwindet, bzw. P auftritt/entsteht
- k = Geschwindigkeitskonstante [s-1]
10
Q
Reaktionen 2. Ordnung
A
- 2 A –> P
- A + B –> P
- k = [M-1 s-1]
11
Q
Michaelis-Menten-Kinetik
A
- mit steigender Substratkonzentration steigt auch die Reaktionsgeschwindigkeit
- asymptotisch angenähert an Vmax
Bestimmung der Anfangsgeschwindigkeit
- abhängig der Substratokonzentration
- bei gleicher Enzymkonzentration
12
Q
KM-Wert
A
- Substratkonzentration, bei der die reaktionsgeschwindigkeit die Hälfte des Maximalwertes erreicht hat
- Maß für Substratkonzentration, die für eine nennenswerte Katalyse erforderlich ist
- Maß für Stabilität des ES-Komplexes
13
Q
Michaelis-Menten-Gleichung
A
14
Q
Maximalgeschwindigkeit
A
- Erreichen vmax wenn [ES]=[E]T
- Bei sehr hohen Substratkonzentration ist vmax = v0
15
Q
Lineweaver-Burk-Auftragung
A
- Doppeltreziprokes Diagramm
16
Q
Wechselzahl
A
- kcat
- maximale Zah umgesetzter Substratmoleküle pro Zeiteinheit bei Sättigung mit Substrat
17
Q
Katalytische Effizienz
A
- kcat/KM
- physiologisch is [S] weit unter KM
- enzymatische Geschwindigkeit weit unter kcat
- Maß für katalytische Effizienz
- Berücksichtigung bestimmtes Substrat
- erücksichtigung der Stärke der Wechselwirkung
- Präferenz eines Enzyms zu verschiedenen Substraten testbar
- Scheinbare Geschwindigkeitskonstante 2. Ordnung
- maximalwert ca. 108 - 109 M-1s-1
- Kriterium für Spezifität und Effektivität beim Verglecih von Enzymen bzw. Substraten
- Je größer, desto besser ist das Enzym zur Umsetung
Die Diffusionskontrollierete Interaktion von Substrat und Enzym bestimmt die Obergrenze der Rate
18
Q
Enzymmechanismen mehrerer Substrate
A
- Sequenzielle Verdrängung
- geordnete sequenzielle Verdrängung
- zufällige sequenzielle Verdrängung
- Doppelte Verdrängung (Ping-Pong-Reaktion)
19
Q
Sequenzielle Verdrängung
A
- Es müssen beide Substrate an das Enzym binden, bevor ein Produkt freigesetzt wird
- Bildung eines Ternären Komplexes
20
Q
geordnete sequenzielle Verdränung
A
- Coenzym bindet zuerst
- Produkt wird zuletzt freigesetzt
- Beispiel: Lactat-Dehydrogenase
21
Q
zufällige sequenzielle Verdrängung
A
- reihenfolge einzelner Ereignisse zufällig
- Beispiel: Keratin Kinase
22
Q
Doppelte Verdrängung
A
- ein oder mehrere Produkte werden freigesetzt, bevor alle Substrate an das Enzym gebunden haben
- Bildung eines substituiertes Enzym-Zwischenprodukt
- Enzym zeitweilig modifiziert
- Beispiel: Aspartat-Aminotransferase
23
Q
Welche Reaktionen gehorchen nicht der Michaelis-Menten-Kinetik
A
- allosterische Enzyme
- mehrere UE
- mehrere aktive Zentren
- sigmoide Kurven
- Substratbndung an einem aktiven Zentrum kann Eigenschaften anderer aktiven Zentren beeiflussen
- kooperative Substratbindung
24
Q
Enzymhemmung
A
- Verringerung der Aktivität eines Enzyms durch Bindung eines spezifishen kleinen Moleküls
- bedeutender Kontrollmechanismus
- viele Medikamente und toxische Stoffe wirken auf diese Weise
- Übergangszustandsanaloga
25
Q
Arten der Enzymhemmung
A
Irreversibel
- langsame Dissoziation
- sehr fest, kovalent gebunden
Reversibel - schnelle Dissoziation
- kompetitiv
- Bindung entweder Substrat oder Enzym
- Verringerung durch Substraterhöhung
- nicht-kompetitiv
- unterschiedliche Bindungsstellen
- Ungebundenes Enzym oder ES-Komplex
- erniedrigt funktionelle Enzymkonzentration
- unkompetitiv
- Bindung an ES-Komplex
26
Q
Allgemeine Katalytische Strategien
A
- Kovalente Katalyse
- Allgemeine Säure-Base-Katalyse
- Katalyse durch Annäherung
- Metallionenkatalyse
33
Q
Aufbau von Chymotrypsin
A
- aus drei Ketten
- vier Disulfidbrücken
- katalytische Triade des aktiven Zentrums
- Asp[102], His[57], Ser[195]
- katalytische Aktivität beruht auf Reaktivität des Serinrestes
- Aspartat
- dient Ausrichtung Histidin
- WBB und elektrostatische WW bewirken, dass His zu besserem Protonenakzeptor wird
- Histidin
- positioniert Serin
- polarisiert Serins Hydroxylgruppe
- dient als Akzeptor für Proton
- Basenkatalysator
- Serin
- wird deprotoniert
- führt zur Ausbildung eines Alkoxidions
- starker nucleoophil
- 3D Struktur zeigt, dass Chymotrypsin große hydrophobe tasche hat
- bevorzugt AS-reste mit hydrophoben Seitenketten
34
Q
Katalytischer Mechanismus von Chymotrypsin
A
Acylierung
- substratbindung
-
nucleophiler angriff des O-Atoms in der Serinseitenkette auf Carbonylkohlenstoffatom der Zielpeptidbindung
- C-atom zuvor planar (3 Substituenten9
- durch 4. Substituent: instabiles tetraedisches Intermediat
- O-Atom der Carbonylgruppe formal negativ geladen–> wird durch NH-Gruppen stabilisiert: Oxyaniontasche
- Zwischenprodukt zerfällt und es entsteht das Acyl-Enzym: H+ von His auf Aminogruppe, die bei Spaltung der Peptidbindung entsteht
- Aminogruppe löst sich von Enzym
Deacylierung
- H2O nimmt platz von vorheriger Aminkomponente ein
- Estergruppe des Acyl-Enzyms wird hydrolysiert durch Wdh der Schritte 2-4
- His wirkt als Säurekatalysator und entzieht H2O Proton
- OH-, welche Carbonylkohlenstoff der Acylgruppe angreift
- tetraedisches Zwischenprodukt
- Struktur zerfällt, Carbonsäure entsteht
- nach Freisetzung liegt Enzym wieder für neuen Katalysezyklus bereit
35
Q
Messung Effektivität von Chymotrypsin mit chronogenem Substratanalogon
A
- N-Acetyl-L-Phenylalanin-p-nitrophenylester
- viele Proteasen können auch Ester spalten
- gelbes Produkt: p-Nitrophenolat, Konzentration kann durch Lichtextinktion gemessen werden
- Anfangsphase durch stopped-flow-Verfahren bestimmbar
- ermöglicht schnelle Vermischung
- Ergibnisse innerhalb von millisekunden beobachtbar
- Zu beginn: burst = Phase des schnellen Anstiegs
- sobald GGW erreicht, entsteht produkt langsamer
- Ergebnisse deuten auf zweiphasige Hydrolyse hin
- kovalent verknüpftes Zwischenprodukt (intermediat)
39
Q
Carboanhydrasen
A
- Bestandteil von Erythrozyten
- dient CO2 transport
- machen schnelle Reaktionen schneller
- Hydratisierung und dehydratisireung
- GGW wird in grade benötigter Richtung verschoben
- in Lunge wird HCO3- dehydratisiert und CO2 abgegeben
- Carboanhydrase enthält Zink Zn(II)
42
Q
Mechanismus der Carboanhydrase
A
- Hydroxid-Generierung
- CO2-Bindung
- nukleophiler Angriff des OH- auf C
- Stabilisierung der entstehenden negativen Ladung durch Zn2+
- regenerierung des AZ durch Abspaltung des HCO3-
44
Q
Mechanismen Restriktionsenzyme
A
- kovalent gebundenes Zwischenprodukt
- direkte Hydrolyse
- bei beiden. in-line Veerdrängung
54
Q
Aspartattranscarbamoylase
A
- Schrittmacherreaktion
- katalysiert ersten Schritt der Biosynthese von Pyrimidinen
- Kondensation Aspartat mit Carbamoylphosphat
- Produkt: N-Carbamoylaspartat und Orthophosphat
- am Ende der Synthese entsteht Cytidintriphosphosphat
- Endprodukthemmung=Rückkopplungshemmung
- bei steigender CTP-konzentration sinkt Reaktionsgeschwindigkeit
- CTP bindet an allosterisches/regulatorisches Zentrum
- allosterische Inhibitor
60
Q
Phosphorylierung durch ProteinKinasen
Wirkungen
A
- Hinzufügung zwei negative Ladungen
- veränderte Elektrostatik
- veränderte protein-Protein-Liganden-Wechselwirkung
- eine Phosphorylgruppe kann drei oder mehr WBB ausbilden
- hohe freie Enthalpie
- freie Enthalpie im Protein enthalten
- verschiebung von konformationellen GGW
-
variabler zeitraum Phosphorylierung und Dephosphorylierung
- einstellbar zu physiologischen Anforderung entsprechend
- Phosphorylierungen als Verstärkersignale
- aktivierung Kinase
- katalyse weiterer Phosphorylierungen
- Verwendung ATP als Donor koppelt Stoffwechsel an Energiestoffwechsel der Zelle
61
Q
Dephosphorylierung durch Proteinphosphatasen
A
- Dephosphorylierung und Phosphorylierungen sind nicht einfach Umkehrreaktionen
