Az enzimműködés termodinamikai és szerkezeti alapjai

Hasonló dokumentumok
Metabolikus utak felépítése, kinetikai és termodinamikai jellemzésük

Fehérjék. SZTE ÁOK Biokémiai Intézet

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

ENZIMSZINTŰ SZABÁLYOZÁS

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Reakciókinetika és katalízis

Dr. Mandl József BIOKÉMIA. Aminosavak, peptidek, szénhidrátok, lipidek, nukleotidok, nukleinsavak, vitaminok és koenzimek.

Reakciókinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Kémiai reakciók sebessége

Kinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

A glükóz reszintézise.

Enzimaktivitás szabályozása

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

Bevezetés a biokémiába fogorvostan hallgatóknak 8. hét

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

VEBI BIOMÉRÖKI MŰVELETEK

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

A bioenergetika a biokémiai folyamatok során lezajló energiaváltozásokkal foglalkozik.

A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA

A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA

A piruvát-dehidrogenáz komplex. Csala Miklós

09. A citromsav ciklus

[S] v' [I] [1] Kompetitív gátlás

Energia. Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Kinetikus energia: a mozgási energia

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

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

Intra- és intermolekuláris reakciók összehasonlítása

Miért hasznos az enzimgátlások tanulmányozása?

Katalízis. Tungler Antal Emeritus professzor 2017

Az energia. Energia : munkavégző képesség (vagy hőközlő képesség)

ENZIMKINETIKAI PARAMÉTEREK KÍSÉRLETI MEGHATÁROZÁSA

Energia. Energiamegmaradás törvénye: Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Az energia nem keletkezik, nem is szűnik meg, csak átalakul.

A metabolizmus energetikája

Kollokviumi vizsgakérdések biokémiából humánkineziológia levelező (BSc) 2015

Több oxigéntartalmú funkciós csoportot tartalmazó vegyületek

Orvosi biokémia, molekuláris és sejtbiológia II. Az intermedier anyagcsere

BIOMOLEKULÁK KÉMIÁJA. Novák-Nyitrai-Hazai

Osztályozó vizsgatételek. Kémia - 9. évfolyam - I. félév

Bevezetés a biokémiába fogorvostan hallgatóknak

AMINOSAVAK, FEHÉRJÉK

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

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

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

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

ÁLTALÁNOS ÉS SZERVETLEN KÉMIA SZIGORLATI VIZSGAKÉRDÉSEK 2010/2011 TANÉVBEN ÁLTALÁNOS KÉMIA

Gergely Pál - Erdőd! Ferenc ALTALANOS KÉMIA

Fémorganikus kémia 1

Spontaneitás, entrópia

Spontaneitás, entrópia

Reakciókinetika és katalízis

ENZIMKINETIKAI PARAMÉTEREK KÍSÉRLETI MEGHATÁROZÁSA

Citrátkör, terminális oxidáció, oxidatív foszforiláció

A nukleinsavak polimer vegyületek. Mint polimerek, monomerekből épülnek fel, melyeket nukleotidoknak nevezünk.

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

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

1. változat. 4. Jelöld meg azt az oxidot, melynek megfelelője a vas(iii)-hidroxid! A FeO; Б Fe 2 O 3 ; В OF 2 ; Г Fe 3 O 4.

A tanári mesterszak pedagógiai - pszichológiai egysége

Reakciókinetika és katalízis

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

Tartalmi követelmények kémia tantárgyból az érettségin K Ö Z É P S Z I N T

Vitaminok meghatározása és csoportosítása

Reakció kinetika és katalízis

, mitokondriumban (peroxiszóma) citoplazmában

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

Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly

Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel).

Helyettesített Szénhidrogének

ENZIMKINETIKAI PARAMÉTEREK KÍSÉRLETI MEGHATÁROZÁSA

Termokémia, termodinamika

Glikolízis. Csala Miklós

A fehérjék szerkezete és az azt meghatározó kölcsönhatások

CHO CH 2 H 2 H HO H H O H OH OH OH H

A BIOLÓGIAI JELENSÉGEK FIZIKAI HÁTTERE Zimányi László

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

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

Bevezetés a biokémiába fogorvostan hallgatóknak Munkafüzet 4. hét

IV. Elektrofil addíció

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

Energiatermelés a sejtekben, katabolizmus. Az energiaközvetítő molekula: ATP

A kémiai energia átalakítása a sejtekben

TRIPSZIN TISZTÍTÁSA AFFINITÁS KROMATOGRÁFIA SEGÍTSÉGÉVEL

Növényélettani Gyakorlatok A légzés vizsgálata

KARBONSAV-SZÁRMAZÉKOK

FOTOKÉMIAI REAKCIÓK, REAKCIÓKINETIKAI ALAPOK

Termodinamikai bevezető

Az égés és a füstgáztisztítás kémiája

Hajdú Angéla

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek. N m J 2

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

A kémiatanári zárószigorlat tételsora

Acetil-kolin észteráz

A Bevezetés a biológiába I. tárgy vizsgájára megtanulandó fogalmak:

Termodinamikai rendszerek. Kalorimetria. Extenzív és Intenzív mennyiségek. Hőkapacitás, fajhő Mennyi a felvett hő?

Hemoglobin - myoglobin. Konzultációs e-tananyag Szikla Károly

Kémiai metallurgia-ii (Fémelőállítási folyamatok elméleti alapjai)

1. KARBONILCSOPORTOT TARTALMAZÓ VEGYÜLETEK

Savak bázisok. Csonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 1 /43

TEMATIKA Biokémia és molekuláris biológia IB kurzus (bb5t1301)

REAKCIÓKINETIKA ÉS KATALÍZIS

Kémiai reakciók. Kémiai reakció feltételei: Aktivált komplexum:

Átírás:

2017. 02. 23. Dr. Tretter László, Dr. Kolev Kraszimir Az enzimműködés termodinamikai és szerkezeti alapjai 2017. február 27., március 2. 1 Mit kell(ene) tudni az előadás után: 1. Az enzimműködés termodinamikai sémája, entrópia- és entalpiaváltozások a katalitikus ciklusban az indukált illesztés modellje szerint 2. Enzimek hatása a reakciók egyensúlyára és sebességére 3. A katalitikus hatás kémiai szerkezeti alapjai a szerinproteázok példáján 4. Kofaktorok szerepe glikogén-foszforiláz példáján 5. Az enzimhatás ph- és hőmérséklet-függése 6. Az enzimek osztályozása (a tankönyv alapján) 2 1

A termodinamika második törvénye (spontán folyamatok iránya S>0) q S S 0 reagensek Skörnyezet T Amennyiben a reakció úgy zajlik, hogy a környezetben csak hő felvétel vagy leadás történik: S környezet H T G H T S reagensek 0 Kisszótár: H: entalpiaváltozás, reakcióhő G: Gibbs-féle energiaváltozás S: entrópiaváltozás 3 ve A B v h Mit jelent a a G 0 után? Gibbs-féle energiaváltozás és egyensúly 0 [ B] G G ' RT.ln [ A ] [A]=1 mol/l; ph=7.0; T=298 K; p=101,3 kpa 0 [ B] G ' RT.ln RT.lnK [ A] 4 2

Enzimek definíciója és általános tulajdonságai Az élőszervezetekben működő katalizátorok (reakciósebesség növelése) Specificitás Szabályozhatóság A ve vh B Kérdés 1: Módosul-e enzim hatására A és B egyensúlyi koncentrációja? Kérdés 2: A v e és v h növelése azonos mértékű-e enzim hatására? 5 Az enzimműködés kinetikai és termodinamikai aspektusai - termodinamika: folyamatok spontaneitása, iránya - kinetika: folyamatok sebessége Mi a kapcsolat a két megközelítés között? A tranzíciós állapot A P dp [ ] v k[ A] dt 6 3

A reakciósebességi állandó értelmezése Arrhenius egyenlet E a k Ae RT A és E a értelmezése kolliziós elmélet alapján Az enzimek csökkentik az E a értékét E hatás háttere: Termodinamikai Szerkezeti 7 A Gibbs-féle aktivációs energia értelmezése K A A B Kvázi-egyensúlyban K [ A ] [ A] G RT.ln K H T S Tehát Tehát [ ] [ ] S R A A e e A tranzíciós állapot elérésének van egy entalpiás és egy entrópiás komponense H RT 8 4

Az aktivációs entalpia és entrópia értelmezése Magas aktivációs entalpia: kémiai kötések jelentős torzítása és bontása Nagy negatív aktivációs entrópia: a reagáló molekulák nagyfokú rendezettsége és orientáltsága valamint a közeg (oldószer) rendezettsége Enzimek hatása az aktiválási entalpiára és entrópiára: az indukált illesztés modell szerkezeti alapjai szubsztrátok közelsége térbeli orientáltság kényszer pozicionálási feszültség a kémiai kötésekben kölcsönhatások további funkciós csoportokkal 9 Az enzimek kémiai természete Az összes enzim fehérje vagy RNS Miért van szükség makromolekulára? Katalitikus hatás entalpiás és entrópiás komponenséhez Specificitás növeléséhez Szabályozhatósághoz 10 5

Az enzimek makromolekuláris természete és a konformációs entrópia Science 2017 Jan. 20; 355:247-11 Szerin-proteázok hatásmechanizmusa 1. A katalizált reakció 12 6

Szerin-proteázok hatásmechanizmusa 2. A szubsztrát kötődése Gibbs-féle energia a katalitikus ciklus alatt 13 Szerin-proteázok hatásmechanizmusa 3. Az aktív centrum közelebbről 14 7

Szerin-proteázok hatásmechanizmusa 4. az enzim-szubsztrát komplex első tetraéderes állapota Gibbs-féle energia a katalitikus ciklus alatt - A Ser195 hidroxil oxigén atomjától egy proton kerül át a His57-hez, a His57-től pedig egy proton kerül át az Asp102-höz - A Ser195 nukleofil oxigénje így megtámadja a hasítandó peptid kötés karbonil C-atomját és létrehozza az enzim-szubsztrát komplex első tetraéderes tranzíciós állapotát 15 Szerin-proteázok hatásmechanizmusa 5. a peptid kötés hasítása Gibbs-féle energia a katalitikus ciklus alatt - A tetraéderes szerkezet szétesik acil-enzim köztitermékre és egy új N- terminálisú peptidre 16 8

Szerin-proteázok hatásmechanizmusa 6. az enzim-szubsztrát komplex második tetraéderes állapota Egy víz molekula belép az aktív centrumba és megtámadja az észter kötést, a karbonil C-atom körül ismét egy tetraéderes szerkezet jön létre, miközben a vízről egy proton kerül át a His57-hez. Gibbs-féle energia a katalitikus ciklus alatt 17 Szerin-proteázok hatásmechanizmusa 7. az enzim és a szubsztrát közötti észter kötés hasítása Gibbs-féle energia a katalitikus ciklus alatt - A tetraéderes szerkezet szétesik az új C-terminálisú peptid leválásával. - A Ser195 visszanyeri H-atomját a His57-ről és így helyreáll az aktív centrum eredeti állapota. 18 9

Glikogén foszforiláz hatásmechanizmusa 1. a katalizált reakció, izoenzimek fogalma Izom GPMM: 841 AS (PYGM gén) Máj GPLL: 846 AS (PYGL gén) Agy, szív GPBB: 862 AS (PYGB gén) 19 Glikogén foszforiláz hatásmechanizmusa 2. az enzim szerkezete és aktív centruma http://www.rcsb.org/pdb/explore/jmol.do?structureid=6gpb&residuenr=glc 20 10

Glikogén foszforiláz hatásmechanizmusa 3. a kofaktor a kofaktor Piridoxál-foszfát A kofaktor foszfát csoportja proton donorként viselkedik 21 Kofaktorok és koenzimek az enzimek működésében Koenzim Vitamin Reakció Biotin Biotin Karboxilezés Flavin koenzimek (FMN, FAD) Riboflavin (B2) Oxidáció-redukció Kobalamin koenzimek Kobalamin (B12) Alkil-transzfer (dezoxiadenozil-kobalamin, metil-kobalamin) Koenzim-A Pantotensav Acil-transzfer Liponsav Acil-transzfer Nikotinamid-koenzimek Niacin Oxidáció-redukció (NAD, NADP) Piridoxál-foszfát Piridoxin (B6) Aminocsoport-transzfer Tetrahidrofolát Folsav Egy C-atom csoporttranszfer 22 Tiamin-pirofoszfát Tiamin (B1) Karbonil-transzfer 11

Glikogén foszforiláz hatásmechanizmusa 4. a kofaktor szerepe a katalitikus mechanizmusban A kofaktor foszfát csoportja proton donorként viselkedik a szubsztrát foszfát számára, amely így protont adhat át a glikozidos kötés O-atomjának és ezzel a glikozidos kötés elhasad, a foszfát pedig nukleofil támadással a glikozidos kötésből leváló protonált metenil csoporthoz kötődik.. 23 Kofaktorok, prosztetikus csoportok és koenzimek 24 12

Az enzimhatás ph-függése Kisszótár: enzimaktivitás= az enzim által katalizált reakció sebessége 25 Az enzimhatás ph-függésének szerkezeti háttere 26 13

Az enzimhatás hőmérséklet-függése 27 Az optimális hőmérséklet mítosza 28 14

Releváns tankönyvfejezetek 21-29. oldal 101-102. oldal (bioenergetikai alapfogalmak) 29 15