Enzyme: fertig Flashcards
Enzymkatalysierte reaktionen
-> enzyme beschleunigen den reaktionsverlauf)
Carboanhydrase (CO2 transport im blut)
Protease (Hydrolyse einer peptidbindung)
Esterase (Hydrolyse einer esterbindung)
was ist bei delta G wichtig in bezug auf reaktionsweg und reaktionsV? + Glecihung
wie wirken enzyme?
DeltaG
- unabhängig vom Weg
- macht keine Aussage über die Geschwindigkeit der Reaktion
-> enzyme haben keinen Einfluss auf DeltaG und somit die GW läge > beschleunigen Reaktion (hin UND rückreaktion) und verkürzen so die Zeit bis zur Einstellung des GWs
Theorie des übergangszustandes
Definiton ÜZ
Übergangszustand:
- instabile Spezies auf gipfeldes reaktionskoordinatendiagramms
- chemische Bindungen enstehen, brechen auf
- nicht isolierbar
Intermediat
Ein zwischenprodukt der Reaktion, in dem alle Bindungen ausgebildet sind. Ein reaktionsintermediat kann bei richtig gewählten Bedingungen stabilisiert und isoliert werden.
Eigenschaften von aktiven Zentren
- aus einer 3D spalte im Enzym gebildet. Besteht aus Gruppen unterschiedlicher Abschnitte der AS sequenz
- ist nur ein kleiner Teil des gesamtenzyms
- schaffen besondere Mikroumgebung
- substrate werden mit vielen schwachen WW an das Enzym gebunden
-
Bindungsspezifität ist von der definierten Anordnung der Atome im aktiven Zentrum abhängig
Schlüssel schloss modell
E. Fischer
Substrat und Enzym passen perfekt
Induced fit modell
Substrate und Enzym bilden einen stabilen ÜZ
-> enzym + ÜZ bilden die höchste bindungenergie und die besten WW aus
Enzymkinetik
Formel
Ordnungszahl Hängt vom exponenten ab
V = k × A in [1/s, (ab 2. Ordnung: 1/M×s)]
K: geschwindigkeitskonstante
A: eduktkonzentration
Michaelis menten kinetik. was ist das? und wie heißt die typ auftragung?
Substratsättigungskinetik
Lineweaver Burk auftragung
Michaelis menten konstante
K_M = (k_-1+k_2)/k_1
Substratkonzentration, bei der die reaktiongeschwindigkeit die Hälfte des maximalwertes erreicht hat
V_max
wenn [ES] = [E]_T:
V_max = k_2 × [E]_T
Bei sehr hohen substratkonzentrationen gilt: ([S]»_space; K_M) ist V_0 = V_max
!Michaelis menten Gleichung!
V_0 = V_max × ([S] / ([S] + K_M))
Wann ist der K_M Wert ein Maß für die Stabilität des [ES]Komplexes?
Wenn k_-1»_space; k_2
Turnover number
Wechselzahl k_cat (maximale zahl umgesetzter substratmoleküle pro zeiteinheit bei Sättigung mit substrat)
Folgt aus V_max
k_cat = V_max/[E]_T (k_2 steht nur für einen Schritt, da Reaktion aber in mehreren Schritten erfolgen, Zusammenfassung der Geschwindigkeitskonstanten 1. Ordnung im k_cat wert
Katalytische Effizienz
-> k_cat/K_M
- scheinbare Geschwindigkeitskonstante 2.ordnung in [1/(M×s)]: bezieht sich von [S] -> [E] ohne [ES] zu berücksichtigen
- kann nicht größer sein als Geschwindigkeitskonstante 2.Ordnung im Reaktionen (maximaler Wert: 10^8-10^9 1/(M×s))
- Kriterium für spezifität und Effektivität beim Vergleich von Enzymen bzw substrate, je größer k_cat/K_M desto besser ist das enzym zur Umsetzung des substrate geeignet
V_0 = (k_cat/K_M) × [S]
× [E]_T
Enzymatische Reaktionen mit mehreren substraten
- Sequentielle Verdrängung: es müssen beide substrate an das Enzym binden, bevor ein Produkt freigesetzt wird -> ternärer komplex
A) geordnete sequentielle Verdrängung
B)zufällige sequentielle Verdrängung - Doppelte verdrängung (pingpong Reaktion): ein oder mehrere Produkte werden freigesetzt, bevor alle substrate an das enzym gebunden haben. Es bildet sich ein substituierte enzym-zwischenprodukt
Bsp für geordnete sequentielle Verdrängung
Lactat dehydrogenase
E+S ES -> E + P
es müssen beide substrate an das Enzym binden, bevor ein Produkt freigesetzt wird -> ternärer komplex
Bsp für zufällige sequentielle Verdrängung
Kreatin kinase
es müssen beide substrate an das Enzym binden, bevor ein Produkt freigesetzt wird -> ternärer komplex
Bindereihenfolge = egal
Doppelte verdrängung
Bsp für eine Ping Pong Reaktion
Aspartat Aminotransferasen
ein oder mehrere Produkte werden freigesetzt, bevor alle substrate an das enzym gebunden haben. Es bildet sich ein substituierte enzym-zwischenprodukt
2 halbreaktionen, die das Enzym unverändert lassen
Was kann michaelis menten nicht beschreiben?
- allosterisch regulierte Enzyme
- bei Ausbildung eines [ES]_2 Komplexes (wenn aktiver als [ES]komplex > substrataktivierung UND wenn weniger aktiv > substrathemmung)
Enzym Hemmung
definition
Verringerung des aktivität eines enzyms durch Bindung eines spezifischen kleinen moleküls
Was für inhibitoren (I) gibt es?
Reversible (kompetitiv, unkompetitiv, nichtkompetitiv)
Irreversible
Reversible inhibitoren
Kompetitiv
Unkompetitiv
Nichtkompeti
Kompetitive Hemmung
Konkurrenz zw S und I.
K_i = ([E]×[I(nhibitor)])/[EI]
K_M^App = K_M×(1+[I]/K_i)
V_max bleibt gleich
K_M steigt
Unkompetitiv hemmung
- substratabhängig
- I kann erst binden, wenn S gebunden. I verhindert dissoziation von S vom E
V_max wird nicht mehr erreicht
K_M^App sinkt mit steigender Inhibition
Nichtkompetitiv Hemmung
- substrat unabhängig
- Deformiert E
V_max^app = V_max/(1+[I]/K_i)
K_M^App = K_M
K_IU = K_IC > 0
Gemischte Hemmung
definition
Die allgemeine Form der reversiblen Hemmung. Hieraus folgen die anderen Hemmungen als Sonderfälle
Irreversible inhibitoren
Gruppenspezifische agenzien
Affinitätsmarker/substratanaloga
Analoga des übergangszustandes:
eigenschaft + nutzen?
Hoch Spezifisch!
Dienen der Herstellung eines katalytischen antikörpers
Immunglobulin
Katalytischer Antikörper
was ist das? bsp
ÜZ Analogon
Zb bei tetrapyrol, aus Protein kann ein E werden (“gebogener” zwischenzusrand kann zum Einbau einer bindetaschr führen)
Epitop
Was sind und tun Enzyme?
Leistungsstarke/spezifische Katalysatoren
Stabilisieren ÜZ
Kinetik nach michaelis menten
Unterschiedliche Wege der Hemmung
Beschleunigen Reaktionen
Haben unterschiedliche substratspezifität
Was benötigen Enzyme für ihre Aktivität?
CoFaktoren (anorganische/organische Verbindungen)
Typen von cofaktoren
Coenzyme
Prostethische Gruppen
Metalle
Warum sind Metalle teils gute coFaktoren?
Sind redoxaktiv
Aufnahme/ Abgabe von e-
Prinzipien der enzymkatalyse
Kovalente katalyse
Allgemeine Säuren/ Basen katalyse
Katalyse durch Annäherung
Metallionenkatalyse
Kovalente katalyse
Temporäre Ausbildung einer kovalenten Bindung im aktiven Zentrum des enzyms. Meist nukleophile kovalente katalyse
-> chymotrypsin (protease)
Allgemeine Säuren und Basen katalyse
Enzym = Protonen Donor/ Akzeptor
-> chymotrypsin/ carbonhydrase
Katalyse durch Annäherung
Das enzym erleichtert die reaktiongeschwindigkeit, in dem es zwei substrate in der richtigen Orientierung einander näher bringt
-> nucleosidmonophosphat kinase
Metallionen katalyse
Metallionen = Elektronen: Donor/ Akzeptor/ Lewis Säuren/ bereitstellen für hydroxidionen
-> carboangydrase/ restriktionsenzyme
!Proteasen!
Hydrolytische Spaltung von peptidbindung
- meist hochspezifisch
- verdauungsenzyme aber nicht
SF F39
!Chymotrypsin!
Verdauungsenzym
Spaltung an Der carboxylseite aromatischer/hydrophober AS
Identifizierung eines reaktiven serinrestes
Aufbau von Chymotropsin
Beinhaltet Serin, Histidin, Disulfindbrückem
Die katalytische Aktivität von Chymotrypsin beruht auf der Reaktivität von Ser195 [1], die wiederum durch die Konformation der drei Reste Asp102, His57 und Ser195 [2] bestimmt wird. Diese drei Aminosäuren im aktiven Zentrum bilden zusammen die so genannte katalytische Triade
spezifität und stabilisierung von zwischenprodukten in chymotropsin
substatspezifität wird durch eine hydrophobe tasche gewährleistet
Stabiliesiert wird das tetraedrische zwischenprodukt durch die Oxyaniontasche
durch was (3 stoffe und 3 bsp) kommen substratspezifitäten zu stande?
hydrophobe reste - chymotropsin
spaltet hinter postiv geladenen resten - trypsin
kurze reste wie alanin, serin - elastase
!was bewirken carboanhydrasen?!
beschleunigen Reaktion
CO2 + H2O < Kohlensäure (CO3H2) > Hydrogencarbonation (CO3H-) + H+
SF F47
!was enthält carbonanhydrase und weswegen ist das wichtig?!
Zink
Zn(II); einzig stabile Oxidationsstufe von Zn in BC/ tetraedrische Koordination
- häufigstes übergangsmetall, vorkommen in vielen proteinen
ph wert abhängige aktivierung des nukleophils
nukleophil = wasser
1) Hydroxid-Generierung
2) CO2 Bindung
3) Nukleophiler ANgriff des Hydroxidions auf C/ Stabilisierung der enstehenden negativen Ladung durch Zn
4) Regeneration des aktiven Zentrums durch Abspaltung des Hydrogencarbonations
SF F50
!restriktionsenzyme und ihre wirkmechanismen!
Restriktionsnendonukleasen erkennen spezifische Erkennungssequenzen -> schneiden diese
wirken mit zwei mechanismen: :
1) kovalent gebundenens Zwischenprodukt (Nu Angriff-> hydrolyse)
2) Direkte Hydrolyse (hydrolyse)
!in line verdrängung!
Läuft über einen planaren ÜZ und ist dann gespiegelt
SF F54
welchses element benötigen restriktionsenzyme und warum?
Magnesium
Oxidationsstufe: Mg(II) in stabilen verbindungen
-> hilft H2O u aktivieren + positionieren -> interagiert mit P
eines der 10 häufigsten elemente
was tun (a) proteasen, (b) carboanhydrasen ,(c) restriktionsenzyme
a) katalysieren schwierige hydrolyse
b) beschleunigen schnelle reaktion
c) katalysieren hochspezifische spaltungsreaktionen
Allosterische Regulation
interaktion zwischen regulatorischen zentren und aktiven zentren, sowie innerhalb der aktiven zentren (kooperativität). in reaktionspfaden häufig mit rückkopplungshemmung kombiniert
aspartat transcarbamoylase
isozyme
regulation durch verschiedene enzymformen
treten häufig in unterschiedlichen geweben auf und katalysieren die gleiche reaktion mit unterschiedlichen K_M/ V_max Werten.
regulation durch reversible kovalente modifikation
veränderung der katalytischen aktivität/funktion durch kovalente modifikation, häufig phosphorylierung
proteinkinasen/phosphatasen
regulation durch proteolytische aktivierung
inaktive vorstufen (Zymogene, proenzyme) werden durch proteolyse aktiviert
verdauungsenzyme
regulation durch..
...allosterie ... verschiedene enzymformen ... reversible kovalente modifikation ... protoelytische aktivierung ... durch vorhandene enzymmenge
(Endprodukt-Regulation
kovalente modifikation als mittel zur regulation
aktivierung durch spezifische proteolyse)
ATCase
Aspartat-Transcarbamoylase
(katalytische reaktion
Schrittmacherreaktion:
- der 1. Enzymkatalisierte Schritt bildet die Grundlage
- Arcade nur an diesem Schritt beteiligt
Rückkopplungshemmung
- feedbackcontrolle/ endprodukthemmung)
PALA
Bisubstratanalogon
Stabilisiert durch allosterie die R (aktivere form) von ATCase
homotroper effekt
Substrat löst Konformationsänderung im Enzym bzw. in anderen aktiven Zentren aus
heterotropischer effekt
Effektor bindet an regulatorischen Zentrum und löst Konformationsänderung aus
was beeinflussen allosterische regualatoren und inwiefern?
das T/R GW
T: weniger aktiv, begünstigt durch CTP bindung
R: aktiv, begünstigt durch Substartbindung
kovalente modifikation als mittel der regulation
Phosphorilierung
Acetylierung
Ubiquitinierung
Verdauungsenzyme (Syntheseort, Zymogen, aktives Enzym)
Pankreas - ChymtropsinOGEN - Chymotropsin
ebenfalls im pankreas synthetisiert: Tripsin(OGEN),(PRO)carboxypeptidase, (PRO)elastase
Magen - PepsinOGEN - Pepsin
im pankreas synthetisierte enzyme
Chymotropsin, Tripsin, Elastase
wo werden zymogene im pankreas freigesetzt?
Acinuszelle
wie läuft die aktivierung von chymotropsin?
-> das “Anschalten” der protease kann durch die spaltung einer peptidbindung erfolgen
die Aktivierung von trypsin läuft folgendermaßen..
Das Trypsinogen wird durch Trypsin und die Enteropeptidase aktiviert.
Das aktivierte tyrosin aktiviert die anderen zymogene.
Das aktivierte Trypsin kann durch spezifische Inhibitoren, wie den Pankreas-Trypsin-Inhibitor (K_M = 0,1 pM), inhibiert werden.
Phosphorilyierung
Donor: ATP
Bsp: glykogenphosphorylase
Prot.fkt.: energieübertragung
Acetylierung
Donor: acetyl CoA
Bsp: histon
Fkt: DNA Verpackung/ transkription
Ubiquinilierung
Donor: ubiquitin
Bsp: cyclin
Fkt: Regulation des Zellzyklus
Phosphorilyierung durch…?
Enzym: Proteinkinasen
Irreversibel
Dephosphorylierung durch…?
Enzym: Proteinphosphatasen
Irreversibel
apperenter Km
im vgl zu Km erhöht
der grund dafür ist , dass aktive zentren der enzyme mit einem inhibitor besetzt sind und dadurch weniger freies enzym zur bildung eines enzym-substrat-komplexes zur verfügung steht. daher wird weniger produkt erzeugt.
fazit: es muss eine höhere konzentration an substrat vorliegen um die gleiche reaktionsgeschwindigkeitgeschwindigkeit ( Vmax/2 ) zu erreichen
Inaktive Vorstufe eines Polypeptides
Apoenzym
oran/anorgan Verbindung die mit Polypetid bindet
Cofaktor
aktives Enzym
Holoenzym
