Struktura enzymů obecně
Popis enzymů obecně
- Enzym je jednoduchá či složená bílkovina s katalytickou aktivitou
- Určují povahu i rychlost chemických reakcí
- řídí většinu biochemických procesů v těle všech živých organismů
- Enzymologie od 19. století
- Základní složkou enzymů jsou proteiny
- Další přídatné molekuly
- Kofaktory
- Prostetické skupiny [1]
- Reakce probíhá obvykle v tzv. aktivním místě enzymu
- Společnou katalytickou funkci
- Snižují aktivační energii (Ea) nutnou pro proběhnutí reakce
- Výrazně specifické
- Přeměňují jeden nebo několik málo substrátů jedním definovaným způsobem
- Aktivita enzymů závislá zejména na
- Koncentraci substrátu
- Teplotě
- PH
- Přítomnosti aktivátorů a inhibitorů [1]
Stavba enzymů
- Základem většiny enzymů je proteinová složka
- Dlouhé sekvence aminokyselin
- Prostorový útvar
- Malý počet enzymů
Prostetické skupiny
- Pevně se váží na enzym
- Umožňují zpravidla jeho katalytickou funkci
Apoenzym
- Pouze bílkovinná složka enzymu
- Polu s prostetickou skupinou tvoří výsledný a aktivní holoenzym
Kofaktory
- Nejednotnost v pojetí definic
- Voet & Voet, Vodrážkova Enzymologie, Oxford Dictionary of Biochemistry, Molecular Biology rozlišují dva druhy kofaktorů:
- Jiné definice používá např. Alberts nebo Harper
- Mezi kofaktory se obvykle neřadí další nebílkovinné součási enzymů
- Cukerné složky
- Ionty kovů - např. v:
- Metaloproteázy [1]
- Alkoholdehydrogenáza [1]
- Karbonáthydrolyáza [1]
Apoenzym
- čistě bílkovinná složka enzymu
- Hlavní složkou molekul holoenzymů
- Složené z 20 základních proteinogenních alfa-L-aminokyselin
- Fenylalanin, tryptofan a nepolární alifatické aminokyseliny
- Obvykle se nachází uvnitř enzymů [1]
- Tyrosin nebo histidin
- Poměrně často v tzv. aktivním centru enzymů [1]
- Tyrosin
- Schopnosti tvořit vodíkové můstky [1]
- histidin
- Schopnosti přijímat protony [1]
- Nukleofilní vlastnosti [1]
- Od 62 aminokyselin
- 4-oxalokrotonáttautomerázy
- 2500 aminokyselin
- Syntáza mastných kyselin [1]
- Několik samostatných bílkovin - proteinový komplex
- Denaturaci
- Vratně nebo nevratně přestane být funkční
- Prostorový tvar enzymů je zcela zásadní pro jejich funkčnost [1]
- Většina enzymů je mnohem větší než látky, jejichž přeměnu katalyzují
- Na vlastní enzymatické aktivitě se podílí jen např. 3–4 aminokyseliny
- Tzv. aktivní místo [1]
- Důležitými oblastmi v enzymu
- Vážou kofaktory a jiné malé molekuly potřebné pro katalýzu [1]
Kofaktory
- Asi 60 % enzymů
- Umožňují přenos jednotlivých atomů nebo elektronů v průběhu enzymatické činnosti
- Prostetická skupina
- Obvykle chápána jako pevně vázaná a stabilní součást molekul enzymů
- Koenzym
- Váže se pouze slabě
- Snadno disociuje
- Obvykle se po proběhnutí reakce „spotřebovávají“
- V mnoha případech jiným enzymem opět regenerovány [1]
- Plynulý přechod mezi koenzymy a prostetickými skupinami
- Dle chemické struktury a funkce do několika skupin:
Kofaktory účastnící se oxidačních a redukčních pochodů (kofaktory oxidoreduktáz):
- Pyridinové (nikotinamidové) (di)nukleotidy (NAD+ a NADP+)
- Flavinové „nukleotidy“ (FMN a FAD)
- Biopterin
- Lipoová kyselina
- Benzochinony (CoQ a plastochinon)
- Hem
- FeS centra
- Glutathion [1]
Kofaktory umožňující přenos skupin (kofaktory transferáz)
- ATP
- Aktivní sulfát (PAPS)
- Adenosylmethionin
- Methylkobalamin
- Tetrahydrofolát
- Biotin
- Thiamindifosfát
- Koenzym A
- Pyridoxalfosfát
- UDP
- CDP [1]
Kofaktory lyáz:
- Acetylkoenzym A
- Biotin
- Thiamindifosfát
- Pyridoxalfosfát [1]
Kofaktory izomeráz:
- Spíše vzácné
- Izomerázy se bez nich obvykle obejdou
- Glutathion
- Různé deriváty kobalaminu [1]
Zymogeny (proenzymy)
- Enzymy v neaktivní podobě
- Ochrana syntetizujících buněk před štěpením účinkem aktivních forem
- Aktivovány až na místě akce
- Aktivace
- Parciální proteolýza [2]
Pepsinogen
- Hlavní buňky žaludeční sliznice [2]
- Sekretují proenzym pepsinogen
- HCl přítomná v žaludeční šťávě
- Autoaktivaci pepsinogenu na aktivní pepsin
- Autokatalyticky
- štěpení pepsinogenu podporují i vzniklé molekuly pepsinu [2]
Trypsin
- Inaktivní trypsinogen
- V tenkém střevě - enteropeptidázy (tvořené buňkami sliznice střeva)
- Odštěpí hexapeptid
- Vznik aktivního trypsinu [2]
Specifita
- Hypotéza indukovaného přizpůsobení: toto schéma ukazuje průběh enzymatické katalytické přeměny; enzym mění svůj tvar v reakci na navázání substrátu
- Katalyzovat jeden konkrétní typ reakce
- Substrátová specifita či na skupinu několika substrátů podobných
- Zodpovědný především
- Komplementární tvar substrátu a aktivního místa enzymu
- Náboj
- Hydrofilní a hydrofobní vlastnosti
- Silně geometricky specifické
- Stereospecifické
- Jen na jeden z enantiomerů
- Mnoho enzymů atakuje pouze určité konformační izomery substrátů
- Například jen L- nebo jen D- formu
- Pravděpodobně kvůli nutnosti vazby substrátu na alespoň tři specifická místa aktivního centra enzymu
- Který je chirální sloučeninou
- Opačný stereoizomer se nenaváže [2]
- Replikace a exprimování DNA (např. 3' 5' exonukleázy)
- Velice přesné
- Ještě po sobě kontrolují vzácné chyby
- Méně než 1 chybu na 100 milionů enzymatických reakcí
- I velmi nespecifické („promiskuitní“) enzymy
- Humulensyntáza z jedle obrovské (Abies grandis)
- Z jednoho substrátu schopna vyrobit 52 různých seskviterpenů [2]
- Na konci 19. století Emil Fischer
- Substrát přesně zapadá do aktivního centra enzymu
- Hypotéza zámku a klíče
- 1958 americký biochemik Daniel Edward Koshland
