Enzimek. Enzimek! IUBMB: szisztematikus nevek. Enzimek jellemzése! acetilkolin-észteráz! legalább 10 nagyságrend gyorsulás. szubsztrát-specificitás

Hasonló dokumentumok
Fehérjék. SZTE ÁOK Biokémiai Intézet

Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások Definíciók

Az enzimműködés termodinamikai és szerkezeti alapjai

MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK AZ ÉLŐ SZERVEZETEK KÉMIAI ÉPÍTŐKÖVEI AZ AMINOSAVAK ÉS FEHÉRJÉK 1. kulcsszó cím: Aminosavak

A glükóz reszintézise.

15. Fehérjeszintézis: transzláció. Fehérje lebontás (proteolízis)

Fehérjeszerkezet analízis. Fehérjeszerkezet analízis. Fehérjeszerkezet analízis. Fehérjeszerkezet analízis. Fehérjeszerkezet analízis

Az enzimek katalitikus aktivitású fehérjék. Jellemzőik: bonyolult szerkezet, nagy molekulatömeg, kolloidális sajátságok, alakváltozás, polaritás.

A fehérjék hierarchikus szerkezete

ENZIMSZINTŰ SZABÁLYOZÁS

Transzláció. Szintetikus folyamatok Energiájának 90%-a


A fehérjék hierarchikus szerkezete

Acetil-kolin észteráz

Több oxigéntartalmú funkciós csoportot tartalmazó vegyületek

1b. Fehérje transzport

Elválasztástechnikai és bioinformatikai kutatások. Dr. Harangi János DE, TTK, Biokémiai Tanszék

Intelligens molekulákkal a rák ellen

Aminosav anyagcsere. Dr. Vér Ágota Egyetemi docens 2012

Az élelmiszer-tudomány szempontjából legfontosabb enzimek

Kutatási eredményeim a 2014 február 1- augusztus 31. a Varga József Alapítvány Pungor Ernő doktorjelölti ösztöndíjas időszak során

A piruvát-dehidrogenáz komplex. Csala Miklós

TEMATIKA Biokémia és molekuláris biológia IB kurzus (bb5t1301)

A fehérjék harmadlagos vagy térszerkezete. Még a globuláris fehérjék térszerkezete is sokféle lehet.

ZSÍRSAVAK OXIDÁCIÓJA. FRANZ KNOOP német biokémikus írta le először a mechanizmusát. R C ~S KoA. a, R-COOH + ATP + KoA R C ~S KoA + AMP + PP i

Enzim-katalizált (biokatalitikus) reakcióutak tervezése. Schönstein László Enzimtechnológiai Fejlesztő Csoport Debrecen, November 11.

Bevezetés a bioinformatikába. Harangi János DE, TEK, TTK Biokémiai Tanszék

Reakciókinetika és katalízis

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

Kémiai reakciók sebessége


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

A fehérjék hierarchikus szerkezete. Szerkezeti hierarchia. A fehérjék építőkövei az aminosavak. Fehérjék felosztása

3. Sejtalkotó molekulák III. Fehérjék, enzimműködés, fehérjeszintézis (transzkripció, transzláció, poszt szintetikus módosítások)

Bioinformatika előad

Glikolízis. Csala Miklós

Zsírsav szintézis. Az acetil-coa aktivációja: Acetil-CoA + CO + ATP = Malonil-CoA + ADP + P. 2 i

OTKA nyilvántartási szám: F Töltéssel rendelkező oldalláncok szerepe retrovirális proteinázok szubsztrát-specificitásában Az elmúlt évtizedek

Katalízis. Tungler Antal Emeritus professzor 2017

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

Reakciókinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

A Ca2+-ion hatása a szarvasmarha kimotripszin aktivitására, stabilitására, mozgékonyságára és szerkezetére

Fehérjeszerkezet, és tekeredés

Glükoproteinek (GP) ELŐADÁSVÁZLAT ORVOSTANHALLGATÓK RÉSZÉRE

Kémiai reakciók mechanizmusa számítógépes szimulációval

Hemoglobin - myoglobin. Konzultációs e-tananyag Szikla Károly

Bevezetés a biokémiába fogorvostan hallgatóknak

Fémionok szerepe az élő szervezetben: a bioszervetlen kémia alapjainak megismerése

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

? ligandum kötés konformációs változás aktiválási energia számítás pka számítás kötési energiák

Citrátkör, terminális oxidáció, oxidatív foszforiláció

Az evolúció revolúciója. Forradalmian gyors módszerek új fehérjék előállítására

Célkitűzés/témák Fehérje-ligandum kölcsönhatások és a kötődés termodinamikai jellemzése

FEHÉRJÉK A MÁGNESEKBEN. Bodor Andrea ELTE, Szerkezeti Kémiai és Biológiai Laboratórium. Alkímia Ma, Budapest,

A fehérjék szerkezeti hierarchiája. Fehérje-szerkezetek! Klasszikus szerkezet-funkció paradigma. szekvencia. funkció. szerkezet! Myoglobin.

Kinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

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

HŐ (q) és MUNKA (w): energia átmenet közben a rendszer és környezete között. A különböző energiafajták átalakulásukkor végső soron termikus energiává

Fehérjék: tartalomjegyzék

A fehérjék szerkezete és az azt meghatározó kölcsönhatások

[S] v' [I] [1] Kompetitív gátlás

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

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

HALOGÉNEZETT SZÉNHIDROGÉNEK

transzláció DNS RNS Fehérje A fehérjék jelenléte nélkülözhetetlen minden sejt számára: enzimek, szerkezeti fehérjék, transzportfehérjék

Doktori értekezés. Kiss András László Témavezető: Polgár László professzor. 1. oldal

Prolinizomerizáció. A diszulfidhidak képzõdése.

Az élelmiszer-tudomány szempontjából legfontosabb enzimek

A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA

A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA

A fehérjéket felépítő húsz standard aminosav Fehérjék szerkezetének kialakulása

A fehérjéket felépítő húsz standard aminosav

VIZSGAKÉRDÉSEK A FELKÉSZÜLÉSHEZ* Biokémia és molekuláris biológia I. kurzus (bb5t1301)

Víz. Az élő anyag szerkezeti egységei. A vízmolekula szerkezete. Olyan mindennapi, hogy fel sem tűnik, milyen különleges

Anaerob fermentált szennyvíziszap jellemzése enzimaktivitás-mérésekkel

Aminosavak általános képlete NH 2. Csoportosítás: R oldallánc szerkezete alapján: Semleges. Esszenciális aminosavak

MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK BIOKÉMIA AZ AMINOSAVAK ANYAGCSERÉJE 1. kulcsszó cím: Az aminosavak szerepe a szervezetben

A biotranszformációs lépések áttekintése

Szentjánosbogár, trópusi halak, sarki fény Mi a közös a természet fénytüneményeiben?

Bioinformatika 2 6. előadás

9. Előadás. Fehérjék

Élelmiszer-fehérjék átalakulása a feldolgozás és tárolás során

TRIPSZIN TISZTÍTÁSA AFFINITÁS KROMATOGRÁFIA SEGÍTSÉGÉVEL

A racionális gyógyszertervezés lehetőségei. A racionális gyógyszertervezés lehetőségei. A racionális gyógyszertervezés lehetőségei

folsav, (a pteroil-glutaminsav vagy B 10 vitamin) dihidrofolsav tetrahidrofolsav N CH 2 N H H 2 N COOH

17_reakciosebessegi_elmelet.pptx

A biokémia alapjai. Typotex Kiadó. Wunderlich Lívius Szarka András

Receptorok és szignalizációs mechanizmusok

Fehérje szintézis 2. TRANSZLÁCIÓ Molekuláris biológia kurzus 7. hét. Kun Lídia Genetikai, Sejt- és immunbiológiai Intézet

Szalay Péter (ELTE, Kémia Intézet) Szentjánosbogár, trópusi halak, sarki fény Mi a közös a természet fénytüneményeiben?

1. A nitrogén körforgása

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Doktori tézisek. Dr. Szmola Richárd. Semmelweis Egyetem Molekuláris Orvostudományok Doktori Iskola

Fehérjék felépítése és struktúrája. Aminosav oldalláncok. A fehérjék királis elemekből (α-l-aminosavakból) épülnek fel

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Fehérjék szerkezetének kialakulása II

A KIMOTRIPSZIN C SZABÁLYOZÓ SZEREPÉNEK ÉS N-GLIKOZILÁCIÓJÁNAK VIZSGÁLATA

A sejtfelszíni receptorok három fő kategóriája

S-2. Jelátviteli mechanizmusok

Engedélyszám: /2011-EAHUF Verziószám: Kémiai vizsgálatok követelménymodul szóbeli vizsgafeladatai

Átírás:

Enzimek acetilkolin-észteráz! Enzimek! [s -1 ] enzim víz carbonic anhydrase 6x10 5 10-9 karbonikus anhidráz acetylcholine esterase 2x10 4 8x10-10 acetilkolin észteráz staphylococcal nuclease 10 2 2x10-14 sztafilokokkusz nukleáz acetilkolin-észteráz! legalább 10 nagyságrend gyorsulás IUBMB: szisztematikus nevek 1. Oxidoreduktázok dehidrogenázok (pl. 1.1.1.1. Alkohol:NAD oxido-reduktáz, alkohol dehidrogenáz) oxidázok oxigenázok peroxidázok katalázok 2. Transzferázok aminotranszferázok kinázok mutázok 3. Hidrolázok peptidázok foszfatázok foszfolipázok 4. Liázok dekarboxilázok aldolázok 5. Izomerázok racemázok mutázok epimerázok 6. Ligázok szintetázok karboxilázok reakciók, nagyságrendekkel gyorsabban mint vízben! Enzimek jellemzése! kimotripszin! kötődés reakció-sebesség hatékonyság / 1

Enzimek jellemzése! kimotripszin! S195, H57, D102! szubsztrát-kötő zseb aktív centrum katalitikus hely katalitikus aminosavak kémiai szerep v. nagy hozzájárulás! Proteolitikus enzimek A hasított kötés helye szerint: a) endopeptidázok b) exopeptidázok A katalitikus oldallánc alapján: a) szeril proteinázok b) ciszteinil proteinázok c) aszpartil proteinázok d) metalloproteinázok Enzim-mechanizmusok Szerin-proteázok (proteináz,peptidáz) Szerin proteinázok amid-kötés hasítása, hidrolízise (2 lépéses reakció) Kimotripszin! Tripszin! Peptidkötés-hasítás! Kimotripszin! kötődés (szelektivitás) reakció-sebesség hatékonyság / Arg, Lys! 2

Peptidkötés-hasítás - hasonló aktív hely más specificitás! Specifikus zseb! Specifikus zseb (sztérikus és elektrosztatikus komplementaritás) hidrofób aromás! pozitív! kis alifás! kimotripszin! tripszin! elasztáz! kimotripszin Enzim-szabászat! egyik specificitás másikba alakítása Tripszin szubsztrátkötő zsebének mutációs analízise Elmélet Asp189 Lys csere várható következménye: Lys, Arg specificitás Asp, Glu specificitás Tapasztalat neutrális (aromás) aminosavak preferenciája Gyenge kimitripszinszerű aktivitás enzim P1 Arg szubsztrát P1 Lys szubsztrát Arg/Lys / / rel. / tripszin szubsztrátkötő zsebének mutációs analízise meglepő eredmények! Gly216, Gly226 1 1 1 0,9 10 0,1 10 Gly216, Ala226 0,01 35 0,0003 0,1 250 0,0005 0,5 Ala216, Gly226 0,7 30 0,02 0,2 280 0,001 20 Ala216, Ala226 0,001 15 0,0001 0,0005 25 0,00002 25 A szerin proteinázok működésének alapvető szerkezeti feltételei Szerin-proteinázok - katalízis! P1 Kimotripszin! szubsztrát-kötő zseb P2 aktív centrum katalitikus hely malaria merozoit szerin-proteáz S195, H57, D102! katalitikus aminosavak kémiai szerep v. nagy hozzájárulás! 3

Tripszin katalitikus triádjának mutációs analízise Evolúciós viszonyok! divergens evolúció! Ser221 Ala: His64 Asp: Ser221 Ala, His64 Asp < 10-6 / < 10-6 / < 10-6 / érdekes módon 3 Ala közel natív aktivitás mutációkor a víz-szerkezet is átrendeződik Tripszin - kimotripszin - elasztáz Szerin proteázok reakciómechanizmusa Evolúciós viszonyok! konvergens evolúció (nincs szekv. hasonlóság)! Szubtilizin kimotripszin Peptidkötés-hasítás - mechanizmus Ser, His, Asp! Peptidkötés-hasítás - nincs töltésátmenet az Asp/Glu-ra! ROSSZ proton transzfer Asp-ra? charge-relay??? + JÓ elektrosztatikus stabilizáció 4

Peptidkötés-hasítás - nincs töltésátmenet az Asp/Glu-ra! acetilkolin-észteráz Aktiválódás (zimogén) Kimotripszinogén - kimotripszin JÓ elektrosztatikus stabilizáció 3 lánc 2 diszulfid híd Aktiválódás (zimogén) Az enzimatikus katalízis Kimotripszinogén - kimotripszin 3 lánc 2 diszulfid híd Mi az átmeneti állapot (transition state)?! nem katalizált legmagasabb energiájú állapot a reakciókoordináta mentén! katalizált egyébként? nyeregpont!!!!! reakciókoordináta Jelentős gát-csökkenés a nem katalizált reakcióhoz képest 5

Enzimreakciók Reaktánsok destabilizálása (DRS)! Átmeneti állapot stabilizálása (TSS)! Elméletek! Energia p w R TS P Reakciókoordináta entrópia, sztérikus feszültség,! deszolvatáció Energia w R p TS deszolvatáció P Reakciókoordináta entrópia! sztérikus hatások! dinamikus hatások! deszolvatáció! alacsony energiájú hidrogénkötések! kvantum effektusok (tunneling)! elektrosztatikus effektusok (szolvatáció)! Sztérikus feszültség (Steric strain hypothesis) A katalízis hajtóereje, hogy ez enzim a kindulási anyagok geometriáját destabilizálja és az átmeneti állapothoz hasonlóvá teszi (feszültség) Sztérikus feszültség (Steric strain hypothesis) Lizozim ( oligoszacharidok hidrolízisét katalizálja) ROR + AH ROH + R +A - R + +A - + R OH ROH + AH +R OH Energia TS p w R P TS: kád (sofa) konformáció Alapállapot enzimben: kád (sofa) konformáció csökken ROSSZ Reakciókoordináta vizes közeghez képest csak 150x gyorsulás Acetilkolin-észteráz Deszolvatáció! Orotidin Monofoszfát dekarboxiláz! Hipotézis: aromás oldalláncok szerepe a gázfázis-szerű környezet kialakítása átmeneti állapot stabilizációjának számítása apoláros enzimben destabilizálás antikatalízis ( / )/k non ~ 10 23 a leghatékonyabb enzim /k w ~ 10 17 (fehérje-főlánc hidrofil) Lee és Houk (1997) Science 92, pp. 942-945 6

Deszolvatáció! Orotidin Monofoszfát dekarboxiláz! Deszolvatáció????! Orotidin Monofoszfát dekarboxiláz! Asp-70 és Asp-75 lizin! lizin! NH 3 +! NH 2! gáz???! pre-organizált környezet célja: TS stabilizáció és NEM G.S. destabilizáció ODCase fő katalitikus eleme: az alacsony dielektromos állandójú környezet, mely hasonlóvá teszi a reakciót a gázfázishoz Warshel és mtsai (2000) Biochemistry USA 39, pp. 14728-14738. A fehérjék úgy evolválódtak, hogy a feltekeredett fehérje aminosavainak dipólusai tökéletes szolvatációt biztosítsanak a katalizált reakció átmeneti állapotának. Mivel pre-orientált dipólusok elrendeződése megfelel a reakció átmeneti állapotának, az enzimkörnyezet kis átalakuláson megy keresztül míg a reakció a reaktánsoktól a végállapotba jut. Ezért az enzimatikus effektus elektrosztatikus hatásokon keresztül fejeződik ki, mely az oldott anyag és a fehérje állandó dipólusai között jön létre. A dipólusok megfelelő elrendeződéséhez szükséges energia a feltekeredés során fektetődik be. Az enzimek tehát az általuk katalizált reakció szuper-oldószerei, mely a TS állapotnak komplementer környezetet biztosít. Annak ellenére, hogy néhány oldallánc kiemelkedő hozzájárulást ad a reakció energiagátjának csökkentéséhez, az aktiválási energia csökkentése nem bontható egyszerűen komponensekre. Evolúciós viszonyok! konvergens evolúció (nincs szekv. hasonlóság)! Szubtilizin 7