1.ENZIMMÉRNÖKI ALAPISMERETEK

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "1.ENZIMMÉRNÖKI ALAPISMERETEK"

Gizella Deák
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 1.ENZIMMÉRNÖI ALAPIMERETE Zemplén Géza,1915 Az enzimek és gyakorlati alkalmazásuk. A kir.magyar Term.Tud. Társulat kiadása 349 oldal evés fejezete van a chemiának, amely a legutolsó néhány év alatt olyan nagyot haladt volna, mint éppen az enzimeké. Éppen ezért a vegyész lépten-nyomon érzi, hogy megismerésük és a velük való bánásmód manapság már nélkülözhetetlen

2 ε ν ζ υ µ η = éleszt ben 1878 ühne A fehérjék speciális csoportjai és biológiai funkcióik: Regulátor fehérjék lac-represszor RN szintézis interferonok vírus rezisztencia inzulin glükóz metabolizmus növ. hormon Transzport fehérjék laktóz permeáz sejtmembrán transzport mioglobin O 2 - izomban hemoglogin O 2 - vérben éd fehérjék antitestek (abzymek) idegen anyag -komplex trombin véralvadás

3 Toxinok B.thuringiensis Cl.botulinum Tartalék ta.fehérjék ovalbumin kazein zein ontraktil fehérjék dynein zerkezeti fehérjék kollagén glikoproteinek ENZIME biol. Inszekticid ételmérgezés tojásfehérje tejfehérje kukoricacsíra cilia, flagella izületek, inak sejtfal reakciókatalízis chaperonok prionok

4 katalitikus hatás Regulátor fehérjék lac-represszor interferonok inzulin növ. hormon RN szintézis vírus rezisztencia glükóz metabolizmus Transzport fehérjék laktóz permeáz sejtmembrán transzport mioglobin O 2 - izomban hemoglogin O 2 - vérben éd fehérjék antitestek (abzymek) idegen anyag -komplex trombin véralvadás

5 BIOATALÍZI és RN RN - világ RIBOZIME & ATP, NAD +, CoA, (koenzimek) trn RNaseP 377 bp 125 kd a fehérjéje csak 119 A 14 kd Enzimek - katalitikus hatású FEHÉRJÉ sejtnek % sz.a.

6 2-3000/ sejt kül.enzimfeh. Gyorsan szaporodó Escherichia coli összetétele (Watson, 1970 nyomán) ÖZETEÕ EGYÜLET COPORT % A EJTÖMEGBE N ÁTLAG MÓLTÖME G DB/EJT H 2 O * ZERETLEN IONO: +,Mg 2+,Ca 2+,Fe 2+,Cl - PO 4 4-,O 4 2- zénhidrátok és prekurzoraik Aminosavak és prekurzoraik Nukleotidok és prekurzoraik Lipidek és prekurzoraik Egyéb kis molekulák (hem,kinonok,.) ,5* FAJT A/EJ T , * , ,2* ,5* , ,5* Fehérjék Nukleinsavak DN RN 1 2,5* *

7 Eyring: 30-as évek, átmeneti állapot A + B AB* P G H* = G* + T. * * dp dt CAB = C C = k r A C C = C C A = RTln A B C AB = * B B = C krh kt AB kt h krh = RTln = H kt * T * T az abszolút hõmérséklet (elvin fok) k a Boltzmann állandó (1, erg/oc) h a Planck állandó ( 6, ) ( ) ( E ) nemkat E kat b k r = kt h e R e H RT konst e E RT ( k r ) ( k r ) nemkat kat

8 ATIÁLT OMPLEX E* FUNCIONÁLI DOMAIN-E ZUBZTRÁT ÖT HELY lehetnek azonosak is REGULÁTOR DOMAINE: Me modulátor (INHIBITOR,ATIÁTOR,,P) ovalens módositás: foszforilezés glikozilezés proteolizis atalitikus domain ATI CENTRUM

MATERLIDE ZUBZTRÁT ÖT HELY Zsák,zseb rendszerint töltés illetve hidrofób a kötést stabilizálhatja nemkovalens kölcsönhatás enztul csak egy kis felület a protein molekulán!

9 MATERLIDE ZUBZTRÁT ÖT HELY Zsák,zseb rendszerint töltés illetve hidrofób a kötést stabilizálhatja nemkovalens kölcsönhatás enztul csak egy kis felület a protein molekulán! Az enzim-katalizis általános esetei: modern elméle Linus Pauling 1946 Haldane sav-bázis 2.kovalens katalizis 3.fém ion katalizis Hatások, amelyek felel sek ill. jellemzik az enzimkatalizis(ér)t: proximitási effektus orientácós effektus kulcs zár hasonlat indukált illeszkedés Daniel oshland-konformációváltozás ENTRÓPIACAPDA REATI COPORTO fehérjeszerkezet

10 ULC ULC-ZÁR HAONLAT E komplex + szabad E ZÁR termékek + szabad E

11 Orientációs effektus A sztereospecifitás alapja

13 Izocitrát dehidrogenáz

14 Asp -COO - Cys -H REATÍ COPORTO... Glu -COO- & -CONH 2 His HC C imidazol + HN NH CH Lys ε - NH 2 láncvégi NH 2 és COO - elektrosztatikus kölcsönhatás Met CH 3 - er -OH Thr CH 3 CHOH - H - kötések C O...H C O...H O N

15 Fehérjeszerkezet

16 Aktív centrum kialakulása

17 ENZIME TULAJDONÁGAI CA TERMODINAMIAILAG LEHETÉGE REACIÓ G <0 REERZIBILI REACIÓ de:eltolás, elvétel... DENATURÁLHATÓA T, ph, ioner sség, oldószerek PECIFIUA -specifitás csoport-specifitás sztereo-specifitás régió-specifitás ENZIME EL NYEI NAGYOBB REACIÓEBEÉG * ENYHÉBB REACIÓÖRÜLMÉNYE NAGYOBB REACIÓ-..+ PECIFITÁ REGULÁLHATÓÁG

18 HOLOENZIM BIM Bc FEHÉRJE inaktív APOENZIM + OFATOR FÉMION Mg,Ca,Zn, Fe,Cu,Mo OENZIM Prosztetikus csoport stabil kovalens kötés. FAD(H 2 ), Hem, Piridoxal-P(B 6 ) oszubsztrát Ciklikus regenerálás NAD(H), ATP

19 ENZIME ELNEEZÉE 1. után urea + viz CO 2 + 2NH 3 ureáz ENZIME ELNEEZÉE -név + áz 2.Reakció (és ) után EtOH AcO AcOH alkohol-dehidrogenáz (-név)+reakciónév+ áz 3.Triviális nevek: + -in pepszin, tripszin, rennin fehérjebontók 4. IUB IUPAC 1964,1972,1978 Enzyme Commission IUBMB

20 katalógusszám koszubsztrát E.C D-glucose-6P: NADP 1-oxydoreductase a reakció mibenléte szubsztrát a támadás helye az 1 C-atomon van

21 DataBank

22 mol/dm 3!!!! ENZIMINETIA E + P + E MIÉRT NEM MÉRHET? Egy egység az az enzim mennyiség, amely 1 µmol szubsztrátot alakít át vagy 1 µmol terméket képez 1 perc alatt adott reakció körülmények között. I rendszerben: 1 atal: 1 mol szubsztrátot alakít át 1 s alatt. hatalmas enzim mennyiség nat = 10-9 at 1 at = 6*10 7 U, 1U =1.6*10-8 at, 1U= 1/60 µat E/tf E/mg fajlagos aktivitás Michaelis és Menten

23 Michaelis-Menten kinetika k 1 E + E E + P k -1 feltételezések: *k -2 =0 *els lépés gyorsan egyensúlyra jut= RAPID EILIBRIUM *stabil E komplex, EP komplex elhanyagolható *egy aktiv centrum, egy szubsztrát aktivitás helyett cc használható > >E 0 vagyis E 0 / < <1 k 1 E = k -1 (E) a teljes reakciósebesség: dp dt = = k 2 (E) E (E ) E o k 2 k -2 + = anyagmérleg osszuk el ezt a kett t egymással k 1.E s = = k1 (E) az (E) disszociációs állandója

24 Michaelis-Menten kinetika = dp = dt k (E) 2 E o E o = = k 2 (E) E + (E) k 2 E + E s E s = = k E 2 o 1+ s + s s Rendezzük át! k k 1 s = = 1.E (E) = k E max 2 o

25 Michaelis-Menten kinetika = MEMO max max s = 1+ s s + terméket adó komplexek összes komplex 1. E + o max O. E o O. E + = s 1+ H. E + H H. E + H O s O. H. E. E szabad enzim terméket nem adó komplex

26 M és M Maud Menten Leonor Michaelis

27 BRIGG-HALDANE INETIA k 1 E + E E + P k -1 k 2 k -2 d dt = k E + k 1 1 ( E) 0 d ( E) dt dp dt = k = k E k 2 1 ( E) 1 ( E) k ( E) 2 pre-st.st. E 0 (E) kvázi st.st. P steady state 0 E idõ d(e)/dt =0 > > Eo vagy Eo / << 1 és (k 1 E > k -1 (E) ill. k 1 E > k 2 (E))

28 BRIGG-HALDANE INETIA d ( E) dt = ( E) k ( E) 0 k1 E k 1 2 = k 1 E = ( k + k )( E) 1 2 ( E) = k 1 ( k + k ) 1 E 2 E + (E) = E o = k 2 Eo + m = max + m m =(k -1 + k 2 ) / k 1 Michaelis állandó

29 DIZUZIÓ Michaelis -Menten = max + s Briggs-Haldane = max + m m = k + k k k 1 k 2 = + = s + k k 1 ha num(k 1 )> >num(k 2 ) a két konst. azonos! 1 k k 2 1

30 DIZUZIÓ max = k 2 E O =( max / )* 1.rendû tartomány derékszög hiperbola << s látszólagos els rend sebességi állandó Ha >> s 0. rend rendû tartomány k 2 E0 = k E0 m ; katalitikus effektivitás

31 1/ L-B, L-H, E-H ábrázolások tgα= m / max / tgα=1/ max -1/ m 1/ max = max m 1 1 = + m 1 max max * 1/ max tgα=- m m max / m m / max = m + 1 * max max /

32 0 értelmezése A M-M M M és B-H B H egyenletekben kezdeti reakciósebességet jelent!!! P 0 =(d/dt) t=0 0 =(dp/dt) t=0 t t

33 A k 2 meghatározása és max E 0 -függése max3 =k 2 E O3 max2 =k 2 E O2 tg α= k 2 max1 =k 2 E O1 m E O1 E O2 E O3 E O

34 A kinetikai paraméterek értelmezése 1

35 A kinetikai paraméterek értelmezése 2 k dm 3 mol -1 min -1 [max. érték(10 11 ) kis molekulák diffúzió-sebessége ] k min -1 k min -1 m mol/dm 3

36 biopolimer hidrolízisek - nagymértékben a jobboldali REERZIBILI irányba REACIÓ eltolt egyensúllyal 1 rendelkeznek, olyannyira, hogy gyakorlatilag k -2 valóban elhanyagolható. De például a glükóz fruktóz (glükóz izomeráz) gyakorlatban is egyensúlyi reakcióként viselkedik 1/ P k 1 k 2 E + E E + P maxs ms maxp mp k -1 k -2 maxsmp k1k2 = = = k k maxp ms 1 2 eq HALDANE összefüggés

37 E REERZIBILI REACIÓ 3 P MI TÖRTÉNI?? P vagy P MIT L FÜGG? netto = el re - vissza = k 2 (E) - k -2 (EP) eq,, P értéke netto = P maxs eq = P ms 1+ mp + maxs maxp ms P 1+ + ms mp P mp

Hasonló dokumentumok

Nem kell az egész tankönyvet megtanulni! Biomérnöki műveletek és folyamatok Környezetmérnöki MSc. 1. előadás: Enzimmérnöki alapok

Nem kell az egész tankönyvet megtanulni! Biomérnöki műveletek és folyamatok Környezetmérnöki MSc. 1. előadás: Enzimmérnöki alapok BIOMÉRNÖKI MŰVELETEK ÉS FOLYAMATOK Környezetmérnök MSc hallgatók számára 2 + 0 + 0 óra, 2 kredit írásbeli vizsga Előadók: Pécs Miklós, Németh Áron F-labor: F épület F2E lépcsőház földszint ÍRÁSBELI VIZSGA