Popis enzymatické reakce
Rychlost reakcí - katalýza
- Enzymaticky katalyzované reakce dosahují 108–1014× vyšších rychlostí než reakce nekatalyzované
- Orotidin-5'-fosfátdekarboxyláza
- Reakce, která by trvala 78 milionů let, proběhne s poločasem 18 milisekund [1]
- Enzymy předčí svou rychlostí o několik řádů i běžné chemické katalyzátory
- Lze uskutečnit za mnohem nižších teplot
- Při atmosférickém tlaku
- Při fyziologickém pH
- Velice specifické
- Více, než jakýkoliv chemický katalyzátor [1]
- Možné enzym snadno regulovat [1]
- Jako jiné katalyzátory
- Snižují volnou aktivační energii (Gibbsovu energii) – ?G
- Každé snížení této aktivační bariéry výrazně zvyšuje rychlost reakce [1]
Hlavní mechanismy urychlení reakcí pomocí enzymů:
- Přiblíží substráty
- Vhodně je prostorově orientuje
- Vysoká lokální koncentrace substrátů [1]
- V aktivním místě se vytváří pomocí zbytků vhodných AMK silně kyselé nebo zásadité prostředí
- Navázání substrátu na enzym
- Na serin, cystein či histidin
- K natahování nebo rozrušování substrátu
- Oslabuje např. cílovou vazbu
- Usnadňuje rozkladné reakce [1]
- Enzym volí jiný reakční mechanismus, který probíhá snadněji
- Substrát je dočasně kovalentně navázán samotným enzymem [1]
Jednotka katal - kat
- Množství enzymu potřebné pro přeměnu 1 molu substrátu za 1 sekundu [1]
Jednotka U
- častěji používá U = 1 µmol za 1 min
- 1 U = cca 16,67 nkatal [1]
Rychlost enzymových reakcí ovlivňuje převážně:
Množství substrátu
- Rychlost enzymové reakce vzrůstá společně s koncentrací substrátu
- Až do obsazení všech aktivních center daného enzymu [1]
Množství enzymu
- Vzrůstá společně s množstvím enzymu
- Za předpokladu dostatečného množství substrátu [1]
Teplota
- Rostoucí teplota - větší pravděpodobnost efektivních srážek
- Zrychlení chemické reakce [1]
- V živých organismech je optimální teplotní rozsah 10 – 40 °C
- Při nižších i vyššich teplotách efektivita reakcí obvykle klesá
- 50 °C může docházet k narušení bílkovinné struktury – její denaturaci
- Denaturační teplota
- Obvykle u živočišných enzymů činí asi 50–60 °C [1]
Hodnota pH
- Každý enzym má svoji optimální hodnotu pH
- Většina enzymových reakcí probíhá za neutrálního pH
- Nejlépe pH 5–7
- Výjimky
- Pepsin
- Optimální hodnota pH je v rozmezí 1 – 2 [1] pH 1,5–2 [1]
- Argináza
- Optimum při pH 9,5 [1]
Redox potenciál
Iontová síla
Relativní permitivita
Inhibitory, aktivátory aj. efektory
Enzymová kinetika
- Platí obecné zákony chemické kinetiky
- Reakční rychlost (v)
- Rovnovážná konstanta (K)
- Gibbsova energie (G)
- Vychází se ze zjednodušující představy
- Enzymem katalyzovaná reakce probíhá ve dvou krocích
Rovnice Michaelise a Mentenové
- Základní rovnice enzymové kinetiky vůbec
- „E“ je enzym
- „S“ je substrát
- „P“ je produkt
- V0 - počáteční rychlost reakce
- V max - mezní rychlost reakce (při nadbytku substrátu a 100% nasycení enzymů)
- K M - Michaelisova konstanta
- [ S ] - rovnovážná koncentrace substrátu
- Závislost reakční rychlosti na koncentraci substrátu tvar hyperboly
- Jestliže je koncentrace substrátu malá, křivka změny rychlosti přibližně odpovídá kinetice 1. řádu (lineární nárůst)
- Nemůže pokračovat donekonečna kvůli omezenému množství vazebných míst na molekulách enzymu [2]
- Při dostatečně vysoké koncentraci substrátu po nasycení vazebných míst všech dostupných molekul enzymů
- Je tak dosaženo maximální rychlosti (vmax) [2]
- Rychlost se dál nezvyšuje a zůstává přibližně konstantní
- Tato část křivky odpovídá kinetice 0. řádu
- Bez závislosti na koncentraci [2]
- Silně zjednodušujícím popisem reality
- Platila by jen pro počáteční stavy jednosubstrátových reakcí
- By muselo docházet k přímému rozpadu komplexu enzym-substrát na enzym a produkt [1]
Michaelisova konstanta
- KM = (k-1 + k2) / k1
- Udává koncentraci substrátu
- Při níž je reakční rychlost rovna polovině maximální rychlosti [1]
- Příklad
- Izoenzymy katalyzující přeměnu glukózy na glukóza-6- fosfát (fosforylace glukózy)
- Glukokináza v hepatocytech a ß-buňkách pankreatu
- Nižší afinitu ke glukóze
- Hexokináza v ostatních buňkách těla
- KM cca 0,1 mmol/l
- Buňky ostatních tkání mají dostatek glukózy i mezi jídly [2]
- Vyjadřuje tedy afinitu substrátu a enzymu
- Čím je hodnota KM nižší
- Tím je afinita vyšší
- Stačí totiž nižší [S], aby se enzym z poloviny nasytil [2]
