enzimi 2 kinetika

8/13/2019 ENZIMI 2 kinetika

1/50

1

ENZIMI

IIKinetika

Prof. dr Lejla Begi


2/50

2

ENZIMI

Prouavanjem brzine promjene reaktanata u produktereakcija bavi se kinetika.

Prouavanje brzine enzimskih reakcija zove seenzimska kinetika.

Kinetiki opis enzimske aktivnosti olakava namrazumijevanje mehanizma djelovanja enzima.

Prof. dr Lejla Begi


3/50

3

ENZIMI

Sposobnost enzima da ubrzava hemijske reakcije zove se

enzimska aktivnost.

1 katal je ona enzimska aktivnost koja katalizira pretvorbujednog mola supstrata u sekundi (SI).

Internacionalna jedinica, stara (U = mol/min)

1 U= 16,67 nkat

Specifina aktivnost je broj enzimskih jedinica(katala) po mgproteina.

Prof. dr Lejla Begi


4/50

4

ENZIMI

Prometni broj enzima (molekulski aktivitet ili brojizmjene) predstavlja broj molekula supstrata koje seprevedu u proizvod reakcije pomou enzimske molekuleu jedinici vremena kada je enzim potpuno zasiensupstratom.

Prometni broj enzima jednak je konstanti brzine k2kojase takoer naziva kcat.


5/50

5

ENZIMI

Najjednostavniji nain za prouavanje brzine reakcije je

praenje poveanja proizvoda reakcije kao funkcijevremena.

Koliina proizvoda se poveava sa vremenom mada se nakraju dostigne vrijeme kada vie nema neto promjene ukoncentraciji S ili P.

Brzina katalize V0definira se kao broj mola produkatareakcije u sekundi na samom poetku reakcije tj. kada jet=0.

Prof. dr Lejla Begi


6/50


7/50


8/50

8

ENZIMI

Prof. dr Lejla Begi

Inicijalna brzina e biti proporcionalna proizvodu koncentracijekompleksa ES i k2

V0 = k2 [ES]


9/50

9

ENZIMI

Prof. dr Lejla Begi

Odreivanje inicijalne brzineV0.

Koliina proizvoda nastalih priodreenim koncentracijamasupstrata predstavljena jekao funkcija vremena.

Inicijalna brzina V0 za svakukoncentraciju supstrataodreena je iz nagiba krivena poetku reakcije (t~0),kada je reverzibilna reakcija

beznaajna.


10/50

10

ENZIMI

1913. Leonor Michaelis i Maud Menten predloili su

jednostavan model za objanjenje kinetikih karakteristikaenzima.

Osnovna slika njihovog modela je postojanje ESkompleksa kao neophodnog intermedijera

Brzina katalize raste linearno sa poveanjemkoncentracije supstrata i zatim se izravnava te dostiemaksimum pri viim koncentracijama supstrata.

Prof. dr Lejla Begi


11/50

11

ENZIMI

Prof. dr Lejla Begi

Michaelis-Menten

kinetika.Dijagram brzine reakcijeV0 kao funkcijekoncentracije supstrata(S).Maksimalna brzimaVmaxse pribiavaasimptotski. Michaelisovakonstanta (KM)predstavlja koncentracijusupstrata pri Vmax/2.


12/50

12

ENZIMI

Prof. dr Lejla Begi

MKSS

VV

max0

Michaelis-Menten jednaina:

Pri veoma niskim koncentracijama supstrata kada je [S]


13/50

13

ENZIMI

Prof. dr Lejla Begi

MKSS

VV

max0


Pri visokim koncentracijama supstrata kada je [S]>>KM

max0 VV

brzina je maksimalna i reakcija je nultog reda, neovisna odkoncentracije supstrata


14/50

14

ENZIMI

Prof. dr Lejla Begi

MKSS

VV

max0


Kada je [S]=KM tada je

2

max

0

VV

KM predstavlja koncentraciju supstrata pri polovini maksimalne

brzine.


15/50

15

ENZIMI

KMje karakteristina kinetika konstanta zasvaki enzim

Vmax

ovisi o prisutnoj koncentraciji enzima

Prof. dr Lejla Begi


16/50

16

ENZIMI

KM i Vmax mogu se odrediti na vie naina:

pomou kompjuterskog programa podeavanja krive(curve fitting)

Vmaxse moe tano odrediti pomou dvostrukorecipronog dijagrama

Prof. dr Lejla Begi


17/50

17

ENZIMI

Prof. dr Lejla Begi

Reciprona vrijednost Michaelis-Menten jednaine grafikipredstavljena daje linearan dijagram tzv. Lineweaver-Burkov dijagram.

maxmax

111

VSVK

VM


18/50

18

ENZIMI

Prof. dr Lejla Begi

Dvostrukoreciproni iliLineweaver-Burkovdijagram.


19/50

19

ENZIMI

KMi Vmaxvrijednosti su vane karakteristike enzima.

Za veinu enzima KM lee u podruju izmeu 10-1 i 10-7.

KM vrijednost ovisi o vrsti supstrata o uslovima sredinekao to su pH, temperatura i jonska jakost.

KMje koncentracija supstrata pri kojoj je polovina

aktivnih mjesta popunjena.


20/50

20

ENZIMI

KMje jednaka konstanti disocijacije kompleksa ES akoje k2


21/50

21

ENZIMI


22/50

22

ENZIMI

Prometni broj enzima (molekulski aktivitet ili brojizmjene) predstavlja broj molekula supstrata koje seprevedu u proizvod reakcije pomou enzimske molekuleu jedinici vremena kada je enzim potpuno zasiensupstratom.

Prometni broj enzima jednak je konstanti brzine k2kojase takoer naziva kcat.


23/50

23

ENZIMI

Vmaxpovezano je sa prometnim brojem enzima

Vmax=k2[ET]

iz ega proizilazi da je

Prof. dr Lejla Begi

TEVk max

2


24/50

24

ENZIMI

Prof. dr Lejla Begi

Prometni broj veine enzima sanjihovim fiziolokim supstratimalee u podruju od 1 do 104usekundi.

Poznavanje KM i Vmaxomoguavaizraunavanje fEStj. frakcijepopunjenih aktivnih mjesta:

M

ESKS

S

V

Vf

max


25/50

25

ENZIMI

kcat/KMje mjera enzimske efikasnosti.

Koritenjem ovog odnosa moe se odrediti enzimskapreferenca za odreene supstrate.

Gornja granica za kcat/KMje izmeu 108i 109s-1M-1

Enzimi

koji imaju kcat/KModnos na gornjoj granicidostigli su kinetiku perfekciju. Njihova katalitikabrzina ograniena je samo brzinom kojom susreusupstrat u otopini.


26/50

26

ENZIMI

Kofaktori se dijele u dvije grupe:

1.metali2. koenzimi- male organske molekule koje su estoderivati vitamina

Koenzimi mogu biti labavije ili vre vezani za enzim.

vrsto vezani koenzimi su prostetske grupe.

Prof. dr Lejla Begi


27/50

27

ENZIMI


28/50

28

ENZIMI

Difuzija u otopini moe se djelimino prevazii dranjemsupstrata i proizvoda u ogranienom prostorumultienzimskih kompleksa.

Produkti se kanaliu sa jednog enzima na drugi kao namontanoj liniji.


29/50

29

ENZIMI

U veini biohemijskih rekcija uestvuje vie supstrata

Veina reakcija u biolokim sistemima zapoinje sa dvasupstrata i daje dva produkta:

QPBA

Reakcije sa vie supstrata mogu se podijeliti u dvijegrupe:

1. sekvencijalne reakcije

2. reakcije sa dvostrukom zamjenom


30/50

30

ENZIMI

1. Sekvencijalne reakcije

U sekvencijalnim reakcijama svi supstrati se veu za

enzim prije oslobaanja proizvoda reakcije.U bisupstratnoj reakciji nastaje ternarni kompleks

sastavljen od enzima i oba supstrata.

Postoje dva tipa sekvencijalnih mehanizama:

1. ureeni

2. sluajni


31/50

31

ENZIMI

Enzimi koji imaju NAD+ili NADH kao kosupstrat imajuureeni sekvencijalni mehanizam.

ENZIMI


32/50

32

ENZIMI

U sluajnom sekvencijalnom mehanizmu vezanje supstrata i

oslobaanje proizvoda reakcije je sluajno.

Reakcija kreatin kinaze.

I u sluajnom mehanizmu nastaju ternarni kompleksi.


33/50

33

ENZIMI

2. Dvostruka zamjena (Ping-pong reakcije)

U ovim reakcijama oslobaa se jedan ili vie produkataprije nego to se svi supstrati veu za enzim.

U ping-pong reakcijama nastaje supstituiraniintermedijer enzima u kojem je enzim privremeno

izmijenjen.

Primjer su rekacije prijenosa amino grupe izmeuaminokiselina i okso kiselina.


34/50

34

ENZIMI


Reakcija aspartat aminotransferaze


35/50

35

ENZIMI


Reakcija aspartat aminotransferaze


36/50

36

ENZIMI

Alosteriki enzimi ne ponaaju se po Michaelis-Mentenkinetikom modelu

Alosteriki enzimi se sastoje iz vie podjedinica i vie aktivnihmjesta.

Alosteriki enzimi imaju sigmoidni oblik dijagrama V0versus [S].

U alosterikim enzimima vezanje supstrata na jedno aktivnomjesto mijenja osobine drugih aktivnih mjesta u istoj enzimskoj

molekuli.Mogui rezultat ovih interakcija je kooperativnost.

Aktivnost alosterikih enzima moe se mijenjati pomouregulatornih molekula.


37/50

37

ENZIMIAlosteriki enzimi su kljuni regulatori metabolikihputeva

Kinetika alosterikihenzima


38/50

38

ENZIMIInhibicija

Aktivnost enzima moe se inhibirati vezivanjem specifinih

molekula i iona.

Inhibicija predstavlja kontrolni mehanizam u biolokimsistemima.

Mnogi lijekovi i toksini agensi djeluju kao inhibitori enzima.

Inhibicija slui za izuavanje mehanizma djelovanja enzima.

Analozi prelaznog stanja su posebno potentni inhibitori.


39/50

39

ENZIMIInhibicija

Inhibicija moe biti reverzibilna i ireverzibilna.

Ireverzibilni inhibitorise veu veoma vrsto za enzim(kovaletno ili nekovalentno) i veoma sporo disociraju saenzima.

Reverzibilnu inhibicijukarakterizira veoma brza disocijacija

kompleksa enzim-supstrat.


40/50

40

ENZIMIInhibicija

Kompetitivni inhibitor je sliansupstratu i vee se na aktivno mjestoenzima.

Kompetitivni inhibitor smanjuje brzinukatalize redukcijom proporcijeenzimskih molekula vezanih za

supstrat.

Dodavanjem supstrata u vikuaktivira se enzim.


41/50

41

ENZIMIInhibicija

U nekompetitivnoj inhibiciji, inhibitori supstrat se simultano veu naenzim, ali na razliita mjesta.

Nekompetitivni inhibitor smanjujeprometni broj a ne proporcijuenzimskih molekula vezanih za

supstrat.

Dodavanjem supstrata u viku neaktivira se enzim.


42/50

42

ENZIMIInhibicija

U akompetitivnoj inhibiciji, inhibitor se vee za kompleksenzima i supstrata.

Vezujue mjesto akompetitivnih inhibitora kreira seinerkcijom enzim-supstrat.

Dodavanjem supstrata u viku ne aktivira se enzim.


43/50

43

ENZIMIInhibicija

Kompetitivna inhibicija nadvostruko recipronomdijagramu

Km se poveava.

Vmaxse ne mijenja.

Kinetika


44/50

44

ENZIMIInhibicija

Nekompetitivnainhibicija na dvostrukorecipronom dijagramu

Kmse ne mijenja.

Vmaxse smanjuje

Kinetika


45/50

45

ENZIMIInhibicija

Ireverzibilni inhibitori slue za mapiranje aktivnogmjesta.

Prvi korak u odreivanju hemijskog mehanizma enzimaje odreivanje koje su funkcionalne grupe neophodne zaenzimsku aktivnost.

Ireverzibilni inhibitori modificiraju ove grupe koje senakon toga mogu identificirati.


46/50

46

ENZIMIInhibicija

Diizopropilfosfofluoridatinhibira enzimkovalentnommodifikacijom serinskogostatka u aktivnom

mjestu


47/50

47

ENZIMIInhibicija

Jodoacetamid inhibira kritine cisteinske ostatke


48/50

48

ENZIMIInhibicija

Analozi prelaznog stanja slue kao visokopotentni ispecifini inhibitori enzima.

Koriste se kao imunogeni za dobijanje velikog broja

novih katalizatora.


49/50

49

ENZIMIInhibicija

Katalitika antitijelapokazuju vanostselektivnog vezanjaprelaznog stanja za

enzimsku aktivnost.


50/50

50

ENZIMIInhibicija

Umetanje metalnog jona uprotoporfirinski prsten

pomou ferohelatazemogue je samo uprelaznom stanju u kojem

je prsten savijen.

N-metilmezoporfirin,

savijeni porfirin kojiodgovara prelaznom stanjuposluio je kao imunogenza dobijanje antitijela kojakataliziraju umetanjemetala u porfirinski

enzimi 2 kinetika

Documents