Enzymmekanismer og regulering

Question 1

Beskriv en kompetitiv hæmmer

Answer 1

En kompetitiv hæmmer kæmper med substratet om at binde til det aktive site på enzymet.
Inhibitoren kan kun binde enzymet, når det ikke har bundet et substrat.
Et EI kompleks kan ikke reagere videre.
Kompetitiv hæmmer ligner ofte substratet strukturelt.

Question 2

Opskriv Michealis-Menten ligningen for en kompetitiv hæmmer

Answer 2

V0 = Vmax * [S] / AlfaKm + [S]

Question 3

Opskriv ligningerne for Alfa for en kompetitiv hæmmer

Answer 3

Alfa = 1 + [I] / KI
Alfa = Km / AlfaKm

Question 4

Opskriv ligningen for inhiberingskonstanten KI for en kompetitiv hæmmer

Answer 4

KI = [E] * [I] / [EI]

Jo højere KI, jo mere er ligevægten forskudt mod venstre/de frie enzymer, da enzymet binder sin inhibitor dårligere

Question 5

Der findes 3 typer af reversible inhibitorer for MM-enzymer, beskriv forskellen

Answer 5

Kompetitiv: kæmper med substratet om binding i det aktive site, binder kun E
Unkompetitiv: binder allosterisk i et regulatorisk site, binder kun ES
Mixed: binder ikke i det aktive site, kan både binde E og ES

Question 6

Hvordan ses en kompetitiv hæmmer i et Lineweaver-Burk plot?

Forklar dette ift. substrat og inhibitor koncentration

Answer 6

Der er en ændring i Km og dermed skæring med X-aksen, men ikke i Vmax.
Det skyldes at så snart inhibitoren dissociere fra enzymet, kan enzymet binde et substrat.
Konkurrencen kan derfor mindskes, ved at der blot tilsættes mere substrat.

Question 7

Kom med et eksempel på en kompetitiv inhibitor

Answer 7

Alkoholdehydrogenase, der kan omdanne enten Methanol eller Ethanol

Question 8

Opskriv Michealis-Menten ligningen for en unkompetitiv hæmmer

Answer 8

Vo = Vmax * [S] / Km + Alfa’*[S]

Question 9

Beskriv mekanismen bag en unkompetitiv hæmmer

Answer 9

Den unkompetitive hæmmer vil binde et andet sted end det aktive site i fx. et regulatorisk site.
Det vil ikke kunne binde E, men vil kun kunne binde ES-komplekset

Question 10

Opskriv ligningen for Alfa’ for en unkompetitiv hæmmer

Answer 10

Alfa’ = 1+ [I] / KI’

Question 11

Opskriv ligningen for inhiberingskonstante KI’ for en unkompetitiv hæmmer

Answer 11

KI’ = [ES] * [I] / [ESI]

Jo højere KI, jo mere er ligevægten forskudt mod venstre/de frie enzymer, da enzymet binder sin inhibitor dårligere

Question 12

Hvordan ses en unkompetitiv hæmmer i et Lineweaver-Burk plot?
Forklar dette ift. mekanismen bag inhibitoren.

Answer 12

Det vil ses som en parallelforskydning af grafen.
Man ændre ikke hældningen Km/Vmax, men man ændre både skæring med X-aksen og Y-aksen.
Vmax afhænger af [E]
Apparent Km vil falde da [S] vil falde, og det vil derfor tage længere tid at nå frem til 1/2 Vmax.
Km vil falde med en faktor α’.

Question 13

Hvilke simple spørgsmål skal man stille sig selv for at finde frem til typen af hæmmer?

Answer 13

Er Vmax = App Vmax?
Ja = kompetitiv

Er appVmax / Vmax = appKm / Km?
Ja = unkompetitiv
Nej = mixed

Question 14

Forklar en mixed hæmmer og specialtilfældet nonkompetitiv hæmmer

Answer 14

Mixed hæmmer kan både binde E og ES et andet sted en det aktive site fx. på et regulatorisk site.
Her sker der både en ændring i Km og Vmax
En nonkompetitiv hæmmer er et særtilfælde, hvor der ikke sker en ændring i Km.
α = α’

Question 15

Opskriv Michealis-Menten ligningen for en mixed hæmmer.

Hvilken ændring sker der i Vmax og Km?

Answer 15

V0 = Vmax * [S] / AlfaKm + Alfa’[S]
Vmax vil ændres da denne afhænger af [E], og denne vil falde, når inhibitoren binder til ES.
Km vil enten falde eller stige afhængigt af om inhibitoren binder bedst til E eller ES.

Question 16

Hvilke enzymatiske reaktioner påvirkes typisk af en unkompetitiv eller mixed hæmmer?

Answer 16

Det er typisk enzymatiske reaktioner, der har mere end 1 substrat

Question 17

Forklar begrebet transition state analog

Answer 17

Et transition state analog er en inhibitor, der strukturelt binder om transition state.
Dette ses typisk ved irreversibel inhibering, hvor analogen binder bedre til det aktive site end substratet gør

Question 18

Hvad karakterisere en irreversibel hæmmer

Answer 18

Irreversible hæmmere er typisk kovalente bundet.
Irreversible hæmmere kan også “ødelægge” en funktionel grupper der er essentiel for enzymets aktivitet.
Det kan også være en ikke-kovalent binding til enzymet - denne skal dog være meget stærk.

Question 19

Forklar begrebet selvmordshæmmer

Answer 19

Selvmordsinhibitorer er ofte ikke-reaktive molekyler.
Når de binder til et enzym, vil de starte den “almindelige” enzym katalyserede reaktion, men i stedet for at der dannes et produkt dissociere inhibitoren aldrig.
Der bliver dannet et irreversibelt EI-kompleks, der er inaktiveret.

Question 20

Hvilket type enzym er chymotrypsin og hvad karakterisere denne?

Answer 20

Chymotrypsin er en protease, der kløver peptidbinder ved hydrolyse.
Den spalter efter aromatiske aminosyre

Question 21

Chymotrypsins pH-aktivitetsprofil er klokkeformet, med et optimum på 8, hvad skyldes dette?

Answer 21

Det skyldes at His57, skal være på den generelle baseform, for at den kan modtage en proton fra Ser195, der skal blive en nukleofil (Kcat).
Ile16 i N-terminalen skal være protoniseret for at den kan danne en saltbro med Asp194, og opretholde den hydrofobe lomme (Km)

Question 22

Beskriv opbygningen af det aktive site hos chymotrypsin

Answer 22

I det aktive site sidder triaden med Ser195, His57 og Asp102
Den hydrofobe bindingslomme vil interagere med de aromatiske aminosyrerester i forbindelse med spaltningen af peptidbindingen.
Oxyanion hole vil hjælpe med at stabilisere intermediet.

Question 23

Beskriv mekanismen for chymotrypsin.

Hint: der er 4 steps

Answer 23

1. substratet binder i den hydrofobe lomme, og stabiliseres af en hydrogen binding mellem substrates C=O og Glu193 NH. Substratet bliver polariseret.
2. His57 modtager en proton fra Ser195, der laver et nukleofilt angreb på C i substratet, og der dannes et tetrahedralt intermediet.
3. Transition state: C=O på substratet mister sin dobbeltbinding karakter, og destabiliseres af oxyanion.
4. Intermediet kollapser og peptidbindingen kløves så c-terminalen af substratet forlader det aktive site, når det har modtaget en proton fra His (syre). C=O genskabes
5. Bindingen, der er mellem substrat og Ser195 kløves når vand agere nukleofil

Question 24

Beskriv HIV-proteasens mekanisme.

Hint: det er en aspartat-protease

Answer 24

HIV-proteasen er en aspartat-protease (di-mer), der indeholder 2 Asp i det aktive site.
Asp i den ene di-mer på højre side, fungere som en katalytisk base, da den tager en proton fra vand.
Vand bliver til en god nukleofil (OH-), og denne kan angribe substratet.
Der bliver dannet et tetrahedralt intermediet, der kortvarigt bliver stabiliseret af hydrogenbindinger med Asp-resten til venstre.
Herefter vil den højre Asp fungere som en generel syre og den vil spalte substratet til 2 produkter.

Question 25

Beskriv Lysozyms SN2-mekansime, der nedbryder kulhydratkæder

Answer 25

Der er 2 aminosyrerester involveret i mekanismen:
Glu35 er syre og afgiver en proton til sukkeret.
Asp52 er nukleofil, der kan angribe efter protonen er overført.
Vi har nu fået kløvet polysaccharidet og fået dannet et kovalent bundet intermediet til Asp52.
Glu35 er nu en base, der modtager en proton fra vand.
Vand kan nu angribe som nukleofil, så vi får brudt den kovalente binding til Asp52.

Question 26

Hvad er fælles for enzymerne proteaser, hvilke 3 skal vi kunne og hvad er der specielt ved den ene slags?

Answer 26

Alle proteaser spalter peptidbindinger ved hydrolyse.
Der dannes et tetrahedralt intermediet efter et nukleofilt angreb.
Vi arbejder med Serin-protease, Cystein/Thiol-proteaser og Aspartat-proteaser.
Thiolproteasen har ikke brug for den katalytiske triade som Serin-proteaserne har, da der er lone pairs på S i forvejen.
Svovl er en meget kraftig nukleofil, og derfor vil der være aktivitet uafhængigt af om de øvrige rester er på den rigtige form.

Question 27

Definer allosteriske enzymer

Answer 27

Allosteriske enzymers aktivitet reguleres op eller ned af reversibel non-kovalent binding af allosteriske modulatorer pga. konformationsændring.

Question 28

Definer en allosterisk modulator og de 2 slags vi arbejder med

Answer 28

En reversibel binding til et regulatorisk stof kaldes en modulator.
Der skelnes mellem homotrofe og hetrotrofe.
Homotrofe: substrat og modulator er identiske - her findes kun det aktive site.
Hetrotrofe: substrat og modulator er forskellige fra hinanden. - her findes et eller flere regulatoriske sites, der er specifikke til hvert modulator.

Question 29

Definer begreberne proform og zymogen

Answer 29

En proform er et forstadie/precusor til et protein.

En zymogen er et forstadie til et enzym. Der skal ske proteolytisk kløvning af en peptidbindning, bliver til et aktivt enzym.

Question 30

Hvilken kinetik følger allosteriske enzymer?

Answer 30

De følger en sigmoid mætningskurve.
Regulatoriske enzymer har en S-formet kurve (hybrid kurve).
Det skyldes at konformationelle ændringer i 1 subunit, vil forplante sig til andre subunits i enzymet.
De veksler mellem 2 former:
T-state er inaktiv - Tense
R-state er aktiv - Relax
Typisk for kinetik af allosteriske enzymer er, at små koncentrationsændringer i modulatorer vil have stor betydning for enzymets aktivitet.

Question 31

Beskriv betydningen af en positiv modulator

Answer 31

Der er plottet reaktionshastigheden som funktion af substrat koncentrationen.
Mætningskurven vil indtage noget, der minder om en hyperbelform.
Der vil ske en stigning i app K0,5, men ingen ændring i Vmax.

Question 32

Beskriv betydningen af en negativ modulator

Answer 32

Der er plottet reaktionshastigheden som funktion af substrat koncentrationen.
Mætningskurven vil indtage noget, der minder om en lineær funktion (groft sagt).
Der vil ske et fald i app K0,5, men ingen ændring i Vmax.

Question 33

Phosphorylering er en form for kovalent reversibel modifikation beskriv hvilke aminosyre, der phosphoryleres og hvad der menes med reversibelt

Answer 33

Phosphorylering sker typisk på aminosyreresterne:
Tyr, Ser, Thr og His
Overførslen af en phosphatgruppe katalyseres af protein-kinaser.
Phosphat-gruppen kan fjernes igen af en protein phosphatase.

Question 34

Beskriv begrebet konsensussekvens særligt ift. phosphorylering

Answer 34

Konsensussekvenser er strukturelle motiver, der kan genkendes af enzymer.
Det er altså den primære struktur, der bestemmer om et enzym kan phosphoryleres eller ej.
Hvis sekvensen sidder i den foldede struktur, er den ikke tilgængelig for modifikationer, og derfor vil der ikke ske phosphorylering.
Derfor er den tertiære struktur også vigtig.

Question 35

Hvordan omdannes den inaktive trypsinogen til den aktive trypsin?

Answer 35

Der sker zymogen aktivering ved proteolytisk kløvning.
Zymogenet Trypsinogen (inaktiv) får en meget specifik kløvning mellem Arg 15 og ile 16. - vha. en peptidase.
Der bliver dannet en ny N-terminus ved Ile 16.
Vi får den aktive form Trypsin.
Den samme mekanisme med kløvningen benyttes også til at danne den aktive form af Chymotrypsin.

Question 36

Hvilke måder kan enzymer reguleres på?

Hint: 4

Answer 36

Inhibering, allosterisk regulering, zymogener og kovalent modifikation

Question 37

Hvilken rolle spiller caspaser?

Answer 37

Det er cysteinproteaser, der spiller en rolle i apoptose via zymogenkløvning fra procaspase

Question 38

Hvilke typer af regulering er der for både MM-enzymer og regulatoriske enzymer

Answer 38

Regulatoriske enzymer:
Proteolytisk kløvning af zymogener (irreversibel).
Kovalent modifikation (reversibelt).
Allosterisk modifikation (reversibelt)
MM-enzymer:
Inhibition (irreversibelt eller reversibelt)

Ændring i det omkringliggende miljø pH, tryk, temperatur osv.

Question 39

Beskriv enzymet Trypsin og dens specificitet ift. kløvning

Answer 39

Trypsin er en serinprotease, der laver proteolytisk kløvning af peptider. Den kløver efter Lys og Arg på nær, hvis der er placeret en Pro efterfølgende

Question 40

Hvordan ser ændringerne ud i App Vmax og App Km for kompetitiv, unkompetitiv, mixed

Answer 40