Hoofdstuk 2A - Proteïnen (enzymen) Flashcards
Primaire functie van proteïnen in voeding
Het lichaam voorzien van essentiële aminozuren
Essentiele aminozuren
Aminozuren die het lichaam niet zelf kan aanmaken
Functies van proteïnen in het lichaam
structurele-, hormonale-, immuunsysteemfunctie, biokatalysatoren
Toepassingen enzymen
Essentieel voor ons lichaam om correct te functioneren alsook industriële toepassingen
Enzymen
Enzymen zijn stoffen van biologische oorsprong die functioneren als
katalysatoren voor heel veel reacties in biologische systemen.
True or false: Enzymen kunnen enkel uit proteïnen en cofactoren bestaan
False, er zijn ook RNA moleculen of ribozymen die een enzymfunctie uitoefenen
True or false: Niet alle proteïnen zijn actief als enzymen
True: ze kunnen ook hormonale of structuurfuncties uitoefenen
Waarvoor dienen enzymen concreet?
Wanneer we stoffen in waterige omgeving hebben is de kans zeer klein dat er effectieve botsingen gebeuren, daarbij komt nog dat in waterige oplossing een hydraatmantel rond de substraten zit. De kans dat ze de juiste orientatie + genoeg activeringsenergie bezitten is veel te klein. Enzymen verlagen deze activeringsenergie.
Tot hoeveel keer kunnen enzymen een reactie versnellen
tot een factor die 10^14 keer zo groot is (dus 10^14 keer sneller)
Hoe gebeurt een enzym gekatalyseerde reactie?
1 of meerdere substraten zetten zich op het juiste enzym. We spreken dan van een enzym-substraat complex (ES). De reactie gebeurt dan en het enzym komt er onveranderd uit en de producten die gevormd zijn kunnen dan verder gebruikt worden voor hun doeleinden.
Actieve plaats
De specifieke plaats/regio waaraan het substraat bindt
Induced fit
Soms is de actieve plaats niet perfect de vorm van het substraatmolecule die op deze plaats moet komen. Deze zal pas als het substraat erop bindt de juiste vorm aannemen.
Voorwaarde voor enzymkinetiek
De orde van de reactie (die experimenteel bepaald moet zijn) moet gekend zijn
Bespreek Michaelis-Menten kinetiek:
// Op papier
Steady state conditie
Wanneer we enzymkinetiek bespreken, nemen we aan dat het enzym in katalytische hoeveelheden aanwezig is (veel lagere concentratie aan enzymen dan aan substraten) dus dat elk enzym tegelijk gebruikt wordt en dus de hoeveelheid ES nagenoeg constant blijft
Michaelis-Menten constante
Geeft de affiniteit van een enzym voor zijn substraat weer. LAGE K_m = HOGE affiniteit
Wat is het beste substraat (concentratie)
Datgene met de hoogste V_max/K_m verhouding
Problemen en beperkingen met Michaelis-Menten
We moeten v_0 bij verschillende [S] bepalen. Maar niet alle [S] kunnen worden getest. Hogere concentraties kunnen problemen ondervinden met oplosbaarheid.
verder is er ook nog ruis op elk experiment. Hierdoor moet elk experiment meerdere malen uitgevoerd worden op meerdere concentraties
Hoeveel concentraties moet men testen?
Zo veel mogelijk en binnen een bereik van 10x lager dan Km tot 1x hoger dan Km
Wat zijn de andere kinetieken?
Omkeerbare reacties, allosterische enzymen
Allosterische enzymen
Enzymen die meestal uit meerdere subeenheden bestaan met meerdere actieve plaatsen. Als men dit op een grafiek uitzet krijgt men een sigmoidaal verband i.p.v. een hyperbolisch
werkingsspecificiteit
Het soort reactie dat het enzym katalyseert is vaak beperkt tot 1 soort.
substraatspecificiteit
De soort verbinding dat het enzym katalyseert is vaak beperkt tot 1 soort.
EC nummer van enzymen
EC x.y.z.a x = 1 tot 6: hoofdgroepen y = subgroep z = sub-subgroep a = de volgorde in de sub-subgroep
6 hoofdgroepen van enzymen
- oxidoreductasen
- transferasen
- hydrolasen
- lyasen
- isomerasen
- ligasen
nr 1. oxidoreductasen
katalyseren redox (vaak co-enzym nodig)
nr 2. transferasen
brengen groep(en) van het ene molecule over op het andere (vaak co-enzym nodig)
nr 3. hydrolasen
Dragen ook groepen over maar met water als acceptor
nr 4. lyasen
Ontstaan of breken van dubbele bindingen
nr 5. isomerasen
verschuiven van groepen binnen eenzelfde molecule zonder de bruto formule te veranderen
nr 6. ligasen
Energieafhankelijke bindingsreacties, gekoppeld aan hydrolyse van (meestal) ATP
Waarom werkt men zelden met gram bij enzymen? Wat gebruikt men dan wel?
Preparaten kunnen onzuiver zijn en daardoor is het niet altijd gepast om gram te gebruiken. Wat men wel gebruikt is de activiteit in Units (U)
1 Unit
De hoeveelheid die de transformatie
katalyseert van 1 µmol substraat per minuut onder standaardcondities.
specifieke activiteit
Unit per hoeveelheid (mg, mol, ml, …) Soms niet exact bepaald en vermeld als “minimaal x U/mg”
productiviteit van een enzym
De totale hoeveelheid substraat omgezet in product gedurende de levensduur van het enzym onder bepaalde omstandigheden. Een enzym ondervindt namelijk slijtage.
Enzym(werking) beïnvloedende factoren
- pH: elk enzym heeft een optimale pH en een range waarin ze werken. Buiten deze range denatureren de proteïnen waar de enzymen uit bestaan.
- Temperatuur: analoog, hier is ook de tijd een belangrijke factor
Waarom is bij een bepaalde temperatuur de tijd belangrijk?
Een hoge temperatuur mag dan wel zorgen dat de reactie initieel supersnel verloopt. Maar hierdoor gaan de enzymen zeer snel kapot. Het is meestal dus interessanter om te kijken hoelang de enzymen nodig zijn.
Enzymstabiliteit
Voor industriële toepassingen willen we dat er een zo hoog mogelijke activiteit is, maar tegelijk ook dat het enzym zo lang mogelijk meegaat. Men moet dus kijken naar een afweging tussen enzymactiviteit en enzymstabiliteit
immobilisatie van enzymen
Fixatie van enzymen op een vast oppervlak. Dit zorgt voor makkelijke schaalvergroting en helpt met stabilisatie van het enzym
Inhibitie
Stoffen die de reacties negatief beïnvloeden door op een specifieke manier te werken
Niet-specifieke proteïne-denatuureerders
Ureum bv. beïnvloedt de reactie negatief
Hoe werken een groot deel van de geneesmiddelen?
Als inhibitor voor enzymen
Hoe kan enzyminhibitie verlopen?
reversibel of irreversibel
Reversibele inhibitie
Als inhibitor weggehaald wordt dan werkt het enzym terug
Irreversibele inhibitie
Verlies van enzymactiviteit (is tijdsafhankelijk en) kan niet meer hersteld worden eens het enzym volledig geïnactiveerd is. Een voorbeeld hiervan is kwik en lood
Waarom zijn kwik en lood zo ongezond/giftig?
ze vormen een sterke binding met aminozuren en zijn daarom irreversibele inhibitors
Geef het schema (reactie) van reversibele inhibitie
// op papier
Competitieve inhibitie
+ geef ook het reactieschema op papier
Inhibitoren lijken op de substraten, ze binden met de actieve plaats maar reageren niet verder. Dit is reversibel
Wat is de invloed van een competitieve inhibitor op K_m en v_max?
K_m wal stijgen want er is meer [S] nodig. De maximale snelheid wordt hier niet beïnvloed omdat bij hoge [S] de inhibitoren verdrongen worden
Hoe zal de grafiek bij competitieve inhibitie er dan uitzien tegenover de originele grafiek in het Lineweaver-Burk plot?
Omdat K_m hoger is het snijpunt met de x-as (1/K_m) lager is zal de helling steiler zijn want het snijpunt met de y-as blijft gelijk.
Hoe zal de grafiek bij competitieve inhibitie er dan uitzien tegenover de originele grafiek van Michaelis-Menten?
De lijn zal in het begin minder steil naar boven gaan
Productinhibitie
Wanneer een gevormd product op het enzym blijft en daarom inhibiteert (= reversibel)
Substraatinhibitie + geef reactieschema op papier
Wanneer de inhibitor zelf een substraat is dat omgezet kan worden in producten (= reversibel)
Niet-competitieve inhibitie + geef reactieschema op papier
Sommige enzymen hebben andere plaatsen waarop een inhibitor kan binden om de vorm of structuur van het enzym en de actieve plaats te veranderen waardoor het enzym niet meer kan binden.
Hoe zal de grafiek bij niet-competitieve inhibitie er dan uitzien tegenover de originele grafiek in het Lineweaver-Burk plot?
Ze hebben hetzelfde snijpunt met de x-as, dus een gelijke K_m, v_max ligt lager dus 1/v_max (snijpunt y-as zal hoger liggen)
Hoe zal de grafiek bij niet-competitieve inhibitie er dan uitzien tegenover de originele grafiek van Michaelis-Menten?
De grafiek ziet er hetzelfde uit maar dan verkleind
Wat is de invloed van een niet-competitieve inhibitor op K_m en v_max?
Zelfde K_m. V_max zal lager zijn
Oncompetitieve inhibitie + geef reactieschema op papier
Wanneer het ES-complex al gevormd is. Komt niet zo vaak voor
Gemengde inhibitie + geef reactieschema op papier
Vaak gebruikt voor soort van feedback controle. De grafiek hiervan geeft geen hyperbolische functie
Apo-enzym
Enzym zonder zijn cofactor
Holo-enzym
Enzym met zijn cofactor
Cofactoren
De activiteit van een enzym wordt vaak beïnvloed door aanwezigheid van een deel relatief kleine moleculen
Wat zijn de 2 groepen van cofactoren?
Metalen en organische moleculen genaamd co-enzymen
Waaruit zijn co-enzymen vaak afgeleid?
vitaminen
Co-enzymen
Hebben zelf geen enzymatische activiteit maar kunnen soms wel helpen met het overbrengen van een bepaalde groep
Prosthetische groep
Ook essentieel voor enzymwerking maar zijn in tegenstelling tot cofactoren permanent gebonden
is ATP een co-enzym?
Ja, het is een co-enzym dat energie afgeeft of opneemt.
hoe worden enzymen aangemaakt?
In de cel door transcriptie van de genen die coderen voor dat bepaald enzym
Hoe kan enzymactiviteit geregeld worden?
Transcriptionele - translationele controle; inactieve precursoren; chemische modificatie; feedback;
Transcriptionele - translationele controle
regulatie tijdens de synthese zelf
Inactieve precursoren
Het enzym komt voor als inactieve vorm wanneer het niet gebruikt wordt. Wanneer het gebruikt moet worden dan zal er bv. een binding verbroken worden en wordt het zijn actieve vorm.
Chemische modificatie
Sommige enzymen kunnen actief of inactief worden gemaakt door een kleine chemische groep covalent te binden aan het enzym. (vaak is dit een fosfaatgroep)
Feedback
Wanneer de cel niet kan volgen om alle producten te verwerken en ze zich beginnen opstapelen kan de cel als reactie hierop zorgen voor inhibitie van de cel. Als er te weinig producten zijn kan de cel ook het enzym stimuleren.
exo-enzymen
In bepaalde organismen worden enzymen in grote hoeveelheden aangemaakt en dan naar buiten gestuurd omdat de substraten te groot zijn voor de cel. Ze zorgen voor afbraak buiten de cel (dus in het medium) zodat het in de cel opgenomen kan worden
LEES: industriële toepassingen
// zie cursus of kijk hoorcollege
