[S] v' [I] [1] Kompetitív gátlás

Hasonló dokumentumok
VEBI BIOMÉRÖKI MŰVELETEK

VEBI BIOMÉRÖKI MŰVELETEK KÖVETELMÉNYEK. Pécs Miklós: Vebi Biomérnöki műveletek. 1. előadás: Bevezetés és enzimkinetika

Enzimaktivitás szabályozása

Reakciókinetika és katalízis

Kutatási programunk fő célkitűzése, az 2 -plazmin inhibitornak ( 2. PI) és az aktivált. XIII-as faktor (FXIIIa) közötti interakció felderítése az 2

ENZIMKINETIKA. v reakciósebesség. 1 / v. 1. ábra. Michaelis-Menten ábrázolás 2. ábra. Lineweaver-Burk ábrázolás. Michaelis-Menten ábrázolás

A kálium-permanganát és az oxálsav közötti reakció vizsgálata 9a. mérés B4.9

Dózis-válasz görbe A dózis válasz kapcsolat ábrázolása a legáltalánosabb módja annak, hogy bemutassunk eredményeket a tudományban vagy a klinikai

Miért hasznos az enzimgátlások tanulmányozása?

ENZIMKINETIKAI PARAMÉTEREK KÍSÉRLETI MEGHATÁROZÁSA

ENZIMKINETIKAI PARAMÉTEREK KÍSÉRLETI MEGHATÁROZÁSA

Mérési adatok illesztése, korreláció, regresszió

ENZIMKINETIKAI PARAMÉTEREK KÍSÉRLETI MEGHATÁROZÁSA

Az enzimműködés termodinamikai és szerkezeti alapjai

Több szubsztrátos enzim-reakciókról beszélve két teljesen különbözõ rekció típust kell megismernünk.

mérnöki tudományok biomérnöki vegyészmérnöki tudomány tudományok biotechno- lógia kémia biológia

BIOTECHNOLÓGIA - BIOMÉRNÖKSÉG. Vegyipari és BIOMÉRNÖKI műveletek. BIOMÉRNÖKI műveletek. Pécs Miklós: Biomérnöki műveletek 1. Bevezetés, enzimek

ENZIMSZINTŰ SZABÁLYOZÁS

Biokémia laborgyakorlat. 8. sz mérés: Enzimek (enzim aktivitás mérés) Összeállította: Scholz Éva Salgó András Ercsey Klára Szántó Réka

Reakciókinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Vegyipari és BIOMÉRNÖKI műveletek

BIOMATEMATIKA ELŐADÁS

Közönséges differenciál egyenletek megoldása numerikus módszerekkel: egylépéses numerikus eljárások

3. Az alábbi adatsor egy rugó hosszát ábrázolja a rá ható húzóerő függvényében:

BIOKÉMIA GYAKORLÓ TESZT 1. DEMO (FEHÉRJÉK, ENZIMEK, TERMODINAMIKA, SZÉNHIDRÁTOK, LIPIDEK)

Az enzimes analízis helye és perspektívái a korszerű élelmiszeranalitikában* I. Az enzimes analízis elméleti alapjai

Reakciókinetika és katalízis

Csoportmódszer Függvények I. (rövidített változat) Kiss Károly

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

Peltier-elemek vizsgálata

Biostatisztika VIII. Mátyus László. 19 October

4/24/12. Regresszióanalízis. Legkisebb négyzetek elve. Regresszióanalízis

Az α értékének változtatásakor tanulmányozzuk az y-x görbe alakját. 2 ahol K=10

Biomatematika 12. Szent István Egyetem Állatorvos-tudományi Kar. Fodor János

(2006. október) Megoldás:

AZ ELŐREJELZÉS LEHETŐSÉGEI AZ IN VITRO METABOLIZMUS VIZSGÁLATOKBAN DALMADI BALÁZS

ENZIM MODULÁCIÓ BIM SB 2001

3. előadás Stabilitás

TRIPSZIN TISZTÍTÁSA AFFINITÁS KROMATOGRÁFIA SEGÍTSÉGÉVEL

Gyakorló feladatok a 2. zh-ra MM hallgatók számára


3

Egyenletek, egyenlőtlenségek grafikus megoldása TK. II. kötet 25. old. 3. feladat

Al-Mg-Si háromalkotós egyensúlyi fázisdiagram közelítő számítása

23. Indikátorok disszociációs állandójának meghatározása spektrofotometriásan

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

II. Biomérnöki műveletek. 1. Bevezetés

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Az sejt gépei az enzimek. Az enzimek ezt az aktivációs energiagátat csökkentik.

Összefoglalók Kémia BSc 2012/2013 I. félév

Fehérjék. SZTE ÁOK Biokémiai Intézet

Matematikai geodéziai számítások 6.

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

Matematikai geodéziai számítások 6.

Az adatok értékelése és jelentéskészítés: Az (átfogó) vizsgálati összefoglalás benyújtása

Korreláció és lineáris regresszió

Modern fizika laboratórium

Jegyzőkönyv. mágneses szuszceptibilitás méréséről (7)

1. Egy lineáris hálózatot mikor nevezhetünk rezisztív hálózatnak és mikor dinamikus hálózatnak?

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Függvények

Alap-ötlet: Karl Friedrich Gauss ( ) valószínűségszámítási háttér: Andrej Markov ( )

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

Reakciókinetika. aktiválási energia. felszabaduló energia. kiindulási állapot. energia nyereség. végállapot

Rugalmas állandók mérése

11. modul: LINEÁRIS FÜGGVÉNYEK

6. Függvények. 1. Az alábbi függvények közül melyik szigorúan monoton növekvő a 0;1 intervallumban?

A hordófelület síkmetszeteiről

2. A biológiai rendszerek kinetikája

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Mikrobiológiai üzemanyagcella alapvető folyamatainak vázlata. Két cellás H-típusú MFC

Hemoglobin - myoglobin. Konzultációs e-tananyag Szikla Károly

Nagy András. Feladatok a logaritmus témaköréhez 11. osztály 2010.

Hőmérsékleti sugárzás

Numerikus matematika vizsga

Taylor-polinomok. 1. Alapfeladatok április Feladat: Írjuk fel az f(x) = e 2x függvény másodfokú Maclaurinpolinomját!

Folyadékszcintillációs spektroszkópia jegyz könyv

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

Mikroökonómia előadás. Dr. Kertész Krisztián főiskolai docens

A mérési eredmény megadása

2. Laboratóriumi gyakorlat A TERMISZTOR. 1. A gyakorlat célja. 2. Elméleti bevezető

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

1 Energetikai számítások bemutatása, anyag- és energiamérlegek

10. modul: FÜGGVÉNYEK, FÜGGVÉNYTULAJDONSÁGOK

Makroökonómia. 4. szeminárium

Nehézségi gyorsulás mérése megfordítható ingával

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

b) Ábrázolja ugyanabban a koordinátarendszerben a g függvényt! (2 pont) c) Oldja meg az ( x ) 2

Modern Fizika Labor. 11. Spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: dec. 16. A mérés száma és címe: Értékelés: A beadás dátuma: dec. 21.

16_kinetika.pptx. Az elemi reakciók sztöchiometriai egyenletéből következik a reakciósebességi egyenletük. Pl.:

ALLOSZTÉRIKUSAN SZABÁLYOZÓ METABOLITOK HATÁSA A PIRUVÁT-KINÁZ L és M IZOENZIMRE

Másodfokú egyenletek, egyenlőtlenségek

FIZIKA KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

II. Két speciális Fibonacci sorozat, szinguláris elemek, természetes indexelés

Matematikai alapok és valószínőségszámítás. Valószínőségi eloszlások Binomiális eloszlás

TÖBBKOMPONENS RENDSZEREK FÁZISEGYENSÚLYAI II. Ismerjük fel, hogy többkomponens fázisegyensúlyokban a folyadék fázisnak kitüntetett szerepe van!

Kinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Feladatok a logaritmus témaköréhez 11. osztály, középszint

REAKCIÓKINETIKA ÉS KATALÍZIS

Aspergillus carbonarius-ból izolált extracelluláris β D-glükozidáz működési mechanizmusának vizsgálata. doktori (PhD) értekezés tézisei.

Függvények Megoldások

Átírás:

8. Szeminárium Enzimkinetika II. Jelen szeminárium során az enzimaktivitás szabályozásával foglalkozunk. Mivel a klinikai gyakorlatban használt gyógyszerhatóanyagok jelentős része enzimgátló hatással bír (inhibitorok), elsősorban a gátló mechanizmusokra fogunk összpontosítani. Az enzimek gyógyszerekkel történő gátlása több különböző mechanizmussal is megvalósulhat. A legegyszerűbb esetben a hatóanyag molekuláris szerkezete nagyon hasonlít a természetes szubsztrát szerkezetéhez, így azzal versengve az enzim szubsztrátkötő helyéhez képes kötődni anélkül, hogy a kötődés bármilyen katalitikus aktivitást váltana ki (kompetitív gátlás). Ezzel ellentétben, nonkompetitív gátlás esetén a gátlószer (inhibitor) a szubsztrátkötő helytől eltérő helyen kötődik az enzimhez. Ennek következtében az enzim inhibitor komplex továbbra is képes lesz ugyan megkötni a természetes szubsztrátot, azonban nem képes azt termékké átalakítani. A nonkompetitív gátlószerek általában nem, vagy csak kis mértékben mutatnak szerkezeti hasonlóságot a szubsztráttal. A fent tárgyalt gátló mechanizmusok két szélsőséges esetet mutatnak be, amelyeknek számos átmeneti típusa is megvalósulhat az élő szervezetben, ezek részletezése azonban túlmutat a szeminárium keretein. A következő fejezetekben tehát csak a kompetitív gátlást [1] (a gátlószer és a szubsztrát azonos kötőhelyért verseng) és a nonkompetitív gátlást [2] (a gátlószer és a szubsztrát nem befolyásolják egymás kötődését) tárgyaljuk. A gyakorlatban számos inhibitor hatásmechanizmusa jól leírható a két modell valamelyikével. A továbbiakban az alábbi jelöléseket fogjuk alkalmazni: v, K m és V max, amelyek az inhibitor hiányában mért kinetikai paramétereket jelölik (nem gátolt enzim esetén), v', K m ' és V max ', amelyek az inhibitor jelenlétében mérhető látszólagos kinetikai paraméterek jelölik (gátolt enzim esetén). [S] és [I] rendre a kezdeti szubsztrát és gátlószer koncentrációkat jelölik. K I az inhibíciós állandó, amely az enzim inhibitor komplex disszociációs állandóját tükrözi. IC 50 a klinikai gyakorlatban gyakran alkalmazott mutató, amely az 50% os enzimgátláshoz szükséges inhibitorkoncentrációt jelöli. [1] Kompetitív gátlás Kinetikailag a kompetitív gátlás az alábbi reakcióséma (balra) szerint írható le. Állandó inhibitorkoncentráció ([I]) mellett a reakciósebesség (v') szubsztrátkoncentrációtól ([S]) való függése továbbra is hiperbolával írható le az alábbi egyenlet szerint (jobbra): V max [S] v' K m' [S] [I] K m' Km 1 K I 1

Ez az egyenlet formailag megegyezik a nem gátolt enzim kinetikáját leíró Michaelis Menten egyenlettel, kivéve, hogy K m látszólagos értéke megváltozik. K m ' kifejezéséből látható, hogy K m ' > K m (pl. ha [I]=K I, akkor K m '=2 K m ). Ezzel szemben a V max értékét a kompetitív gátlószer nem befolyásolja. A kompetitív gátlószer hatása a katalitikus aktivitásra a szubsztrátkoncentráció reakciósebesség grafikon segítségével szemléltethető: Az ún. gátlás hányad (1 v'/v) azt fejezi ki, hogy az inhibitor jelenléte az enzim aktivitását annak hányad részével csökkenti. Kompetitív gátlás esetén a gátlás hányad a szubsztrátkoncentráció emelésével csökken (azaz [S] >> K m ' esetén az enzim aktivitás hányada (v'/v) 1 hez közelít, mivel ilyenkor a szubsztrát leszorítja a gátlószert az enzimről). [2] Nonkompetitív gátlás Enzimkinetikai szempontból a nonkompetitív gátlás az alábbi reakcióséma (balra) szerint írható le. Állandó inhibitorkoncentráció ([I]) mellett a reakciósebesség (v') szubsztrátkoncentrációtól ([S]) való függése továbbra is hiperbolikus, és az alábbi egyenlettel írható le (jobbra): V v' K max m ' [S] [S] [I] V max' Vmax 1 K I -1 Ebben az esetben csak a V max látszólagos értéke változik a nem gátolt enzimreakcióhoz képest. V max ' kifejezéséből látható, hogy V max ' < V max (pl. ha [I]=K I, akkor V max '=V max /2). K m értékét ezzel szemben a nonkompetitív gátlószer nem befolyásolja. A katalitikus aktivitás változása nonkompetitív gátlószer jelenlétében a szubsztrátkoncentráció reakciósebesség grafikonon ábrázolható: 2

Megjegyzendő, hogy a gátlás hányad nonkompetitív mechanizmus esetén minden szubsztrátkoncentráció mellett azonos (tehát v /v [S] től független állandó, mivel a szubsztrát kötődése nincs hatással a gátlószer kötődésére). [3] Számolási példák 1. Feladat Egy vizsgált enzim K m értéke 10 mm. Két különböző szubsztrátkoncentrációnál a táblázatban feltüntetett reakciósebesség értékeket mértük egy adott gátlószer hiányában (v) ill. annak jelenlétében (v ). Meghatároztuk továbbá, hogy a gátlószer jelenlétében az enzim V max ' értéke 80 mm/min. Állapítsa meg a gátlási mechanizmus típusát! [S] (mm) 10 150 v (mm/min) 40 75 v' (mm/min) 33 73 3

2. Feladat Két különböző szubsztrátkoncentrációnál az alábbi reakciósebességeket mérjük egy adott gátlószer hiányában (v) ill. jelenlétében (v ). Állapítsa meg a gátlás mechanizmusát, feltételezve, hogy a mért értékek pontosak! [A gyakorlatban a kísérleti hibákból adódó pontatlanságok miatt a gátlás mechanizmusát számos különböző szubsztrátkoncentráció mellett végzett mérésekből lehet megbízhatóan meghatározni. Elméletileg azonban a két alapvető mechanizmus már két különböző szubsztrátkoncentráció mellett, gátlószer nélkül illetve annak jelenlétében mért reakciósebességek alapján megkülönböztethető.] [S] (mm) 5 40 v (mm/min) 40 96 v' (mm/min) 24 80 3. Feladat Az előző példában a gátlószert [I] = 4 mm koncentrációban alkalmaztuk. Mennyi a gátlószer K I értéke? Mennyi az IC 50 értéke a két említett szubsztrátkoncentráció mellett? 4

4. Feladat Különböző szubsztrátkoncentrációk mellett a táblázatban feltüntetett reakciósebesség értékeket mérjük egy adott gátlószer hiányában (v) ill. jelenlétében (v ). Állapítsa meg a gátlás mechanizmusát, feltételezve, hogy a mért reakciósebesség értékek pontosak! [S] (mm) 0.05 0.1 1 10 v ( M/min) 1,05 2 11 20 v' ( M/min) 0,79 1,5 8,25 15 5. Feladat Az előző példában a gátlószert [I] = 2 mm koncentrációban alkalmaztuk. Mennyi a gátlószer K I értéke? Mennyi az IC 50 értéke a táblázatban szereplő négy szubsztrátkoncentráció esetén? 5

További számolási példák otthoni gyakorlásra: 6. Feladat Oldja meg a 2. számolási példát grafikus úton: ábrázolja a nem gátolt és a gátolt enzim vizsgálatakor mért eredményeket Lineweaver Burk féle grafikonon, és illesszen egyenest az adatpárokra! Becsülje meg a K m, V max, K m ' és V max ' értékeket az x és y tengelymetszetek alapján! 7. Feladat Oldja meg a 4. számolási példát grafikus úton: ábrázolja mind a nem gátolt mind a gátolt enzim utolsó három adatpontját Michaelis Menten grafikon formájában! Mind a két adatsorra illesszen hiperbolát! Becsülje meg a K m, V max, K m ' és V max ' értékeket! (Egyszerű manuális görbe illesztés elegendő a paraméterek közelítő becsléséhez.) 8. Feladat Egy vizsgált enzim K m értéke 10 mm, míg egy kompetitív inhibitorának K I értéke 1 mm. 20 mm szubsztrátkoncentráció mellett mennyi ennek a gátlószernek az IC 50 értéke? 9. Feladat Egy vizsgált enzim K m értéke 10 mm, míg egy nonkompetitív inhibitorának K I értéke 1 mm. 20 mm szubsztrátkoncentráció mellett mennyi ennek a gátlószernek az IC 50 értéke? 6

ok: 1. Feladat: kompetitív (V max = 80 mm, K m ' = 14,2 mm, tehát K m ' > K m és V max ' = V max ) 2. Feladat: kompetitív (K m = 10 mm, V max = 120 mm/min, K m ' = 20 mm, V max ' = 120 mm/min, tehát K m ' > K m és V max ' = V max ). Megjegyzés: v'/v függ a [S] tól! 3. Feladat: K I = 4 mm, [S] = 5 mm esetén IC 50 = 6 mm, [S] = 40 mm esetén IC 50 = 20 mm 4. Feladat: nonkompetitív (K m = 1 mm, V max = 22 M/min, K m ' =1 mm, V max ' = 16,5 M/min; tehát K m ' = K m és V max ' < V max ). Megjegyzés: v'/v független a [S] tól! 5. Feladat: K I = 6 mm, IC 50 = 6 mm. Megjegyzés: IC 50 nem függ a [S] tól! 6. Feladat: lásd 2. Feladat 7. Feladat: lásd 4. Feladat 8. Feladat: [S] = 20 mm mellett IC 50 = 3 mm 9. Feladat: IC 50 = K I = 1 mm 7