Enzymy Flashcards
Co jest miarą stopnia nieuporządkowania układu?
entropia
Jaki jest wzór na stałą równowagi (K)?
A + B ⇌ AB
Od czego zależy stała równowagi (K)?
K zależy wyłącznie od temperatury (T)
Jakie wyróżniamy enzymy jako biokatalizatory?
- białka (globularne)
- rybozymy (kwasy rybonukleinowe RNA)
- deoksyrybozymy (jednoniciowe kwasy deoksyrybonukleinowe DNA)
Jak mogą funkcjonować enzymy białkowe (globularne)?
- same, bez dodatkowego udziału czynników niebiałkowych
- wymagają udziału czynników niebiałkowych - kofaktorów (grupy prostetyczne; koenzymy; jony metali)
Co to jest apoenzym?
Jest to białkowa część enzymu, która po połączeniu z odpowiednimi grupami prostetycznymi lub koenzymami tworzą holoenzymy.
Co to jest kofaktor?
związek chemiczny, który jest niezbędny enzymom do katalizowania konkretnych rekacji chemicznych
Co to jest holoenzym?
aktywne białko, zawierające kofaktor
holoenzym = apoenzym + kofaktor
Jak dzielimy kofaktory?
- grupy prostetyczne (silnie, kowalencyjnie związane z enzymami)
- koenzymy (
Jakie cechy charakteryzują enzymy jako katalizatory?
- sprawność (wydajność)
- swoistość
- funkcjonowanie w łagodnych warunkach
- możliwość regulowania aktywności
Enzymy są katalizatorami charakteryzującymi się:
wysoką efektywnością/wydajnością katalityczną (oznacza to, że zwiększają szybkość reakcji)
Ilukrotnie enzymy średnio zwiększają szybkość reakcji?
106-1012 (lub nawet więcej)
np. 108-krotny wzrost szybkości reakcji oznacza, że reakcja która bez udziału enzymu trwa 3 lata trwałaby z udziałem enzymu 1 sekundę!
Co odróżnia enzymy od katalizatorów nieenzymatycznych?
enzymy przyśpieszają reakcje chemiczne w stopnie znacznie większym niż katalizatory nieenzymatyczne
Jaki katalizator nieenzymatyczny rozkłada nadtlenek wodoru do wody?
opiłki żelaza (atom żelaza jest katalizatorem)
Jaki enzym rozkłada nadtlenek wodoru do wody i gdzie w komórce się on znajduje?
katalaza (ma ona olbrzymie właściwości katalityczne)
znajduje się ona w peroksysomach
Jaka jest różnica w rozkłądzie H2O2 przez atomy żelaza i katalazę?
1 cząsteczka katalazy w temperaturze ciała ludzkiego powoduje rozkład około 7 milionów cząsteczek H2O2 w ciągu minuty.
Aby zneutralizować taką samą ilość H2O2 w ciągu 1 sekundy atom żelaza potrzebowałby 50 lat, a w ciągu 1 minuty 3000 lat.
Czym zajmuje się kinetyka reakcji enzymatycznych?
kinetyka zajmuje się szybkością reakcji, dzięki czemu uzyskujemy między innymi informację o mechanizmach rekacji
Jak wygląda kinetyczne równianie szybkości reakcji (V)?
V = k • cA • cB • … • cN
A + B + C + … + N ⇔ P + R + …
k - stała szybkości reakcji
cA • cB • … • cN - stężenia reagentów
Co to jest k (w równianiu szybkości reakcji) i jakie równanie je opisuje?
k - stała szybkości reakcji
k = Axe-∆E/RT = A/e∆E/RT
A- stała Arheniusa; R- stała gazowa; T- temperatura; ∆E- energia aktywacji (ma na nią wpływ KATALIZATOR!)
Jak zmienia się k (stała szybkości reakcji) w zależności od T(temperatura) i ∆E(energia aktywacji)?
T↑ → k↑
∆E↓ → k↑
Od czego zależy szybkość początkowa (v0) reakcji katalizowanej enzymatycznie?
- początkowego stężenia substratu [S]0
- stężenia enzymu [E]0
(link do większego obrazka http://i.imgur.com/OsmcMDN.jpg)
Jaka jest definicja szybkości reakcji (v)?
v = (+/-) dc/dt ; -d[S]/dt = d[P]/dt
S ⇔ P
(v = (+/-) ∆c/∆t ; -∆[S]/∆t = ∆[P]/∆t)
[S] - stężenie substratu; [P] - stężenie produktu
Jaki jest wzór na zmianę energii swobodnej układu (∆G‘0)?
∆G‘0 = -2,3•R•T•log10K
R - stała gazowa
T - temperatura bezwzględna (K)
K - stała równowagi reakcji
Jaka jest zależność między ∆G‘0, a K?
K↑ → ∆G‘0↓
Im K jest większe tym ∆G‘0 jest mniejsze.
Czym jest ∆G?
Jest to zmiana potencjału termodynamicznego.
Jest to kryterium spontaniczności procesu oraz miarą pracy użytecznej, którą dany system może wykonać (przy stałym p i T)
Jakie zależności między ∆G, a spontanicznością zachodzenia reakcji możemy wyróżnić?
∆G < 0 ⇒ proces (reakcja) zachodzi spontanicznie
∆G = 0 ⇒ proces (reakcja) jest w równowadze i nie może wykonać pracy
∆G > 0 ⇒ proces (reakcja) **NIE MOŻE ZAJŚĆ SPONTANICZNIE **i aby zaszedł wymaga sprzężenia z procesem, który dostarcza energii (∆G1+∆G2=∆G3)
Dlaczego cukier w cukierniczce nie spala się na naszych oczach?
C12H22O11 (sacharoza) + 12O2 → 12CO2 + 11H2O
∆G0= -5,693 kJ/mol
∆G0 mówi nam tylko czy reakcja może przebiegać bez konieczności dostarczenia dodatkowej energii, aby przekształcić substrat w produkt, ale nic nie mówi na temat prawdopodobieństwa zajścia takiej reakcji - kiedy i jak szybko to nastąpi.
Czy ∆G0 mówi nam coś na temat prawdopodobieństtwa zajścia danej reakcji (kiedy i jak szybko to nastąpi)?
NIE
Czy ∆G0 mówi coś na temat szybkości z jaką reakcja zachodzi?
∆G0 nie mówi NIC NA TEMAT SZYBKOŚCI z jaką reakcja zachodzi
Jak wygląda wykres postępu reakcji uwzględniając reakcję katalizowaną oraz niekatalizowaną:
Czy mechanizm reakcji ma wpływ na ∆G0?
Mechanizm reakcji NIE MA wpływu na ∆G0
W jaki sposób enzymy przyspieszają reakcję?
poprzez stabilizację stanu przejściowego
Co zapobiega spontanicznemu spłonięciu organizmu i jaka w tym rola enzymów?
To że zdecydowana większość reakcji przebiegających w żywym orgaizmie, aby mogła zajść wymaga od substratów pokonania bariery w postaci energii aktywacji.
Enzymy obniżają energię aktywacji przyspieszając reakcje w kontrolowany sposób i zapobiegać dzięki temu powstawaniu niepożądanych produktów i zniszczeniu organizmu.
Od czego zależne jest powstawanie kompleksu enzym-substrat (ES)?
Od pokonania barier termodynamicznych i fizykochemicznych
Wpływ ma:
1. rozproszenie i ruchliwość cząsteczek
- uwodniene substratu
- stabilność utrwalonej struktury substratu (ów)
Co umożliwia uzyskanie stanu przejściowego (enzym + substrat)?
Zbliżenie i odpowiednie ustawienie substratów
wiązanie substratów pozwala na obniżenie energii aktywacji
Co to jest centrum/miejsce aktywne enzymu?
-hydrofobowe mikrośrodowisko (szczelina lub zagłębienie niedostępne dla cząsteczek wody)
-układ przestrzenny złożony z polarnych grup reszt aminokwasowych leżących w różnych pozycjach liniowej sekwencji aminokwasów (wiązanie substratu, kataliza - centra katalityczne).
Jakie modele oddziaływania enzym-substrat wyróżniamy?
- model klucza i zamka
- model wzbudzonego dopasowania
(obrazek w wyższej rodzielczości <a>http://i.imgur.com/58n45eU.png</a>)
Jakie modele oddziaływania enzym-substrat wyróżniamy? (numer 2)
- model klucza i zamka
- model wzbudzonego dopasowania
(obrazek w wyższej rodzielczości <a>http://i.imgur.com/3NwWGxq.png</a>)
Co umożliwia stabilizację stanu przejściowego?
- Zbliżenie i odpowiednie ustawienie substratów (efekty entropijne)
- Hydrofobowość centrum aktywnego (wzmocnienie oddziaływań w środowisku o zmniejszonym i ograniczonym dostępie wody)
- Wywoływanie naprężeń i odkształcen w substracie (przybliżanie struktury stanu przejściowego)
Co to jest stan stacjonarny?
Stan stacjonarny pojawia się, gdy stężenia intermediatorów (w tym wypadku [ES]) pozostają takie same nawet gdy stężenia substratów i produktów ulegają zmianie. Następuje to wtedy, kiedy szybkości tworzenia i rozpadu kompleksu ES są równe.
(większy obrazek tutaj: <a>http://i.imgur.com/Lf9LYvu.png</a>)
Co to jest stan pre-stacjonarny?
powstawanie kompleksu ES (jak sama nazwa wskazuje pre-stacjonarny jest przed stacjonarnym)
(większy obrazek tutaj: <a>http://i.imgur.com/Lf9LYvu.png</a>)
Początkowa szybkość reakcji (wykres):
(większy obrazek tutaj: <a>http://i.imgur.com/QLcHKLt.png</a>)
Na czym polega założenie isteninia stanu stacjonarnego?
Na tym, że istnieje stałe stężenie kompleksu ES.
(większy obrazek tutaj: <a>http://i.imgur.com/kLsRYSo.png</a>)
Stężenie wolnego enzymu ([E]):
(większy obrazek tutaj: <a>http://i.imgur.com/v9V2wWk.png</a>)
Jaki wzór ma Stała Michaelisa?
Czy szybkość reakcji V0 zależy od stężenia kompleksu ES ([ES])?
TAK, zależy
Co następuje, gdy [ES]=[E]0:
Wtedy reakcja ma MAKSYMALNĄ SZYBKOŚĆ (Vmax)
V0 = Vmax = k2[E]0
Co to jest Stała Michaelisa (KM)?
KM jest równa takiemu stężeniu substratu, przy którym szybkość reakcji osiąga połowę swojej maksymalnej wartości.
(obrazek w większej rozdzielczości: <a>http://i.imgur.com/iOCH7nR.png</a>)
Jaki jest wzór równiania Michaelis-Menten:
[S] - stężenie substratu
KM - stała Michaelisa
Vmax - szybkość maksymalna
Co to jest rząd reakcji? + przykłady
suma wykładników stężeń w równaniu reakcji
⇒ reakcje 1-rzędu v = k[S]1
⇒ reakcje 2-rzędu v = k[S]1•[S2]1
⇒ reakcje 0-rzędu v = k0 zwiększenie stężenia substratu nie wpływa na wzrost szybkości reakcji (wysycone wszystkie miejsca katalityczne - enzym pracuje z maksymalna prędkością)
Czy zmiana stężenia substratu wpływa na szybkość reakcji 0-rzędu?
nie
Co to jest K?
jest to stała dysocjacji
Co to jest k?
stała szybkości reakcji
Co to jest k1 i k-1 w tym wypadku?
k1 = stała szybkości reakcji “przekształcenia substratu w kompleks ES (asocjacja)
k2 = stała szybkości “przekształcenia” kompleksu ES w substrat (dysocjacja)
Na czym polega założenie istnienia stanu stacjonarnego?
szybkość tworzenia kompleksu ES = szybkość rozpadu kompleksu ES
Czemu odpowiada KM, gdy k2<-1?
Wówczas KM odpowiada w zasadzie stałej dysocjacji kompleksu ES tym samym informuje nas o wzajemnym powinowactwie enzymu i substratu.
Czy KM jest typową stałą dysocjacji?
Nie jest, gdyż mamy do czynienia ze stanem równowagi TYLKO ze “stałą dysocjacji Michaelis-Menten (M-M)” lub dysocjacji kompleksu ES. Oznacza to, że jeśli KM ma małą wartość to istnieje duże powinowactwo E do S i na odwrót.
Jeśli KM ma mała wartość to:
istnieje duże powinowactwo E do S i na odwrót
Co to jest k2, jak jest inaczej nazywana oraz w jakich jednostkach jest ona wyrażana?
inaczej zowie się kcat
jest to liczba obrotów enzymu, stała szybkości tworzenia produktu
k2 wyrażana jest w [s-1]
Co to jest szybkość maksymalna Vmax?
Vmax=k2[E0]
Od czego bardzo zależy stała szybkości reakcji i szybkość reakcji?
Od stężenia substratu [S]
Gdy k2<-1 to:
Wówczas KM odpowiada w zasadzie stałej dysocjacji kompleksu ES tym samym informuje nas o wzajemnym powinowactwie ENZYMU i SUBSTRATU.
k2(kcat) - liczba obrotów enzymu
Gdy k2>>k-1:
wówczas k2/KM = k1 (szybkość reakcji enzymatycznej jest ograniczona szybkością dotarcia substratu do centrum aktywnego enzymu - k1 = wspomaganie dyfuzji)
Czym jest odwrotność równania Michaelisa-Menten (M-M)?
liniową zależnością - równianie Lineweaver-Burke
Jaki jest wzór równania Lineweaver-Burke?
Co oznaczają poszczególne komponenty równania Lineweaver-Burke?
Jak wygląda wykres równania Lineweaver-Burke?
Czym się różni wykres równania Michaelis-Menten od wykresu równania Lineweavera-Burke?
Michaelis-Menten to zależność hiperboliczna
Lineweaver-Burke to zależność liniowa
Co się stanie, gdy do wzoru Linewaevera-Burke podstawimy
Czy enzymy allosteryczne działają zgodnie z kinetyką Michaelis-Menchen?
Nie, gdyż wykazują one sigmoidalną zależność szybkości reakcji od stężenia substratu (a w M-M jest ona hiperboliczna).
Których enzymów dotyczy równanie Hilla?
tych które przyłączają substraty w sposób kooperatywny (kinetyka M-M i kinetyka allosteryczna).
przykładem jest przyłączanie O2 przez hemoglobinę
Jaki wzór ma równanie Hilla?
Jakie rodzaje interakcji allosterycznych wyróżniamy?
- efekty homotropowe
- efekty heterotropowe
Scharakteryzuj efekty homotropowe:
zmiany powinowactwa enzymu do substratu i/lub jego aktywności powodowane oddziaływaniem enzymu z substratem lub inną cząsteczką wiążącą się w jego centrum aktywnym