Supstrat (S) je supstanca čiju hemijsku transformaciju u proizvod (P) katalizira enzim (E).

S + E --> P, enzim smanjuje energiju aktivacije; zbog toga se reakcija ubrzava.

Aktivni centar enzima je dio površine molekule enzima koji direktno stupa u interakciju s molekulom supstrata. Nastaje od aminokiselinskih ostataka koji se nalaze u različitim dijelovima polipeptidnog lanca ili različitih polipeptidnih lanaca koji su prostorno blizu jedan drugom. Javlja se na nivou tercijarne strukture proteina enzima.

Unutar njenih granica postoje tri oblasti:

1) katalitički centar - regija (zona) aktivnog centra enzima koji je direktno uključen u hemijske transformacije supstrata. Nastaje zbog radikala od 2-3 aminokiseline koji se nalaze na različitim mjestima u polipeptidnom lancu enzima, ali prostorno blizu jedan drugom zbog zavoja ovog lanca. Ako je enzim složen protein, tada je prostetička grupa molekule enzima, koenzim, često uključena u formiranje katalitičkog centra (na primjer, svi vitamini rastvorljivi u vodi i vitamin K topiv u mastima);

2) adsorpcioni centar - deo aktivnog centra molekula enzima na kome dolazi do sorpcije (vezivanja) molekula supstrata. Formira ga 1, 2, često 3 radikala aminokiselina koji se nalaze u blizini katalitičkog centra. Glavna funkcija je vezati molekulu supstrata i prenijeti ovu molekulu u katalitički centar u najpogodniji položaj (za katalitički centar). Sorpcija se javlja samo zbog slabih vrsta veza i stoga je reverzibilna. Kako se ove veze formiraju, dolazi do konformacijskog preuređivanja adsorpcionog centra, što dovodi do bliže blizine supstrata i aktivnog centra enzima, te preciznijeg podudaranja između njihovih prostornih konfiguracija. Struktura adsorpcionog centra određuje specifičnost supstrata enzima;

3) alosterični centri - takvi dijelovi molekule enzima izvan njegovog aktivnog centra koji su sposobni da se vežu slabim vrstama veza (što znači reverzibilno) s jednom ili drugom tvari (ligandom). Ovo vezivanje dovodi do konformacijskog preuređivanja molekule enzima, koja se proteže do aktivnog centra, olakšavajući ili otežavajući (usporujući) njegov rad. U skladu s tim, takve tvari se nazivaju alosterični aktivatori ili alosterični inhibitori ovog enzima. Alosterični centri se ne nalaze u svim enzimima.

• 
  Struktura enzimi enzim(E).


• 
  Struktura enzimi. Supstrat (S) - supstanca čija se hemijska transformacija u proizvod (P) katalizira enzim. (Enzimi kao biološki katalizatori.


• 
  Specifičnost supstrata - sposobnost enzim katalizuju transformaciju samo jednog specifičnog supstrata ili grupe sličnih struktura supstrati.


• 
  Hajde da ih sredimo struktura koristeći primjer IgG molekula.
  Klasifikacija proteina- enzimi krvna plazma: 1) enzimi plazma - obavljaju specifične metaboličke funkcije u plazmi.


• 
  Struktura proteinski molekuli. proteinske makromolekule imaju oblik kuglica (globula). svakome
  Nomenklatura i klasifikacija enzimi, Trenutno je poznato više od 2400 enzimi.


• 
  Struktura nukleus: Jezgro uključuje nuklearni omotač (nukleoplazmu) koji sadrži kromatin i jezgre.
  Nukleoplazma sadrži proteine enzimi, nukleotidi, joni itd. Funkcije kernela...


• 
  Koristeći znanje o struktura i funkcije probavnog sistema, otkrivaju ulogu enzimi u varenju navedite prevenciju trovanja hranom, crijevnih infekcija.

ENZIMI

Funkcije enzima su ograničene na ubrzavanje hemijskih reakcija, a enzimi se razlikuju od ostalih katalizatora po tri jedinstvena svojstva:

∙ visoka efikasnost;

∙ specifičnost akcije;

∙ sposobnost regulacije;

	Vrsta katalizirane reakcije
Oksidoreduktaze	Oksidativno-
	reakcije oporavka.
	Prijenos pojedinih grupa atoma
Transferaze		donator		molekule
	molekula akceptora.
Hidrolaze	Hidrolitički (sa				učešće
	voda) cijepanje veze.
	Podijeliti				na neki način
	razlicito od			hidroliza
	oksidacija.
Izomeraze	Interkonverzija				razne
	izomeri.
	Obrazovanje				u reakciji
ligaze (sintetaze)	kondenzacije				razne
	veze			(koristi se
	APR energija).

U živoj ćeliji postoji mnogo različitih spojeva, ali reakcije između njih nisu nasumične, već formiraju striktno definirane metaboličke puteve karakteristične za datu ćeliju. Identitet ćelije je u velikoj mjeri određen jedinstvenim skupom enzima koje je genetski programirana da proizvodi. Nedostatak čak i jednog enzima ili bilo kakav nedostatak u njemu može imati vrlo ozbiljne negativne posljedice po organizam.

Enzimski kofaktori

Svi enzimi pripadaju globularnim proteinima, a svaki enzim obavlja specifičnu funkciju povezanu s njegovom inherentnom globularnom strukturom. Međutim, aktivnost mnogih enzima ovisi o neproteinskim spojevima koji se nazivaju kofaktori. Molekularni kompleks proteinskog dijela (apoenzima) i kofaktora naziva se holoenzim. Ulogu kofaktora mogu imati metalni joni (Zn2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+, Cu2+, K+, Na+) ili složena organska jedinjenja. Organski kofaktori se obično nazivaju koenzimi, a neki od njih su derivati ​​vitamina. Vrsta veze između enzima i koenzima može biti različita. Ponekad postoje odvojeno i vezuju se jedno za drugo tokom reakcije. U drugim slučajevima, kofaktor i enzim su povezani trajno i ponekad jakim kovalentnim vezama. U potonjem slučaju, neproteinski dio enzima naziva se prostetička grupa.

Neki koenzimi

	Koenzim		Opšta uloga
						prethodnik
	NAD+, NADP+			vodonik		Nikotinska kiselina -
			(elektroni)			vitamin PP
				vodonik		Riboflavin - vitamin
			(elektroni)
	Koenzim A		Aktivacija i			Pantotenska kiselina

			acil grupe
			vezivanje CO2
	Piridoksal fosfat		Transfer amino grupa		Piridoksin - vitamin
	Tetrahidrofolična
			jednokarbonski		Folna kiselina
			fragmenti

Uloga kofaktora uglavnom se svodi na sljedeće:

∙ promjena tercijarne strukture proteina i stvaranje komplementarnosti između enzima i supstrata;

∙ direktno učešće u reakciji kao drugi supstrat.

Organski koenzimi obično igraju ovu ulogu. Njihovo učešće u reakciji ponekad se svodi na to da djeluju kao donori ili akceptori određenih hemijskih grupa.

Mehanizmi djelovanja enzima

Početni događaj u djelovanju enzima je njegovo specifično vezivanje za ligand - supstrat (S). To se događa u području aktivnog centra, koji se formira od nekoliko specifičnih R-grupa aminokiselina, orijentiranih na određeni način u prostoru.

Najvažniji aminokiselinski ostaci u aktivnom mjestu lizozima

Neki enzimi također imaju kofaktor u aktivnom centru. Neke R-grupe aktivnog centra učestvuju u vezivanju supstrata, druge u katalizi. Neke grupe mogu i jedno i drugo. Detaljan mehanizam djelovanja svakog enzima je jedinstven, ali postoje zajedničke karakteristike u “radu” enzima, a to su: visoka selektivnost djelovanja enzima je osigurana činjenicom da se supstrat veže za aktivni centar enzima. enzim na nekoliko tačaka i to eliminiše greške; aktivni centar se nalazi u udubljenju (niši) površine enzima i ima konfiguraciju komplementarnu supstratu. Kao rezultat toga, supstrat je okružen funkcionalnim grupama aktivnog mjesta enzima i izoliran je iz vodene sredine. Vezivanje supstrata za enzim često uzrokuje konformacijske promjene, što dovodi do pravilnog (optimalnog) rasporeda aminokiselinskih ostataka potrebnih za katalizu, a samim tim povećava specifičnost enzima.

interakcija supstrata (indukovana usklađenost). Budući da je maksimalna aktivnost enzima određena optimalnom konformacijom molekula enzima općenito i aktivnog mjesta posebno, čak i male promjene u uvjetima okoline koje utiču na vezivanje supstrata ili konformaciju tercijarne strukture proteina će utjecati na brzinu enzimskog reakcija. Na primjer, promjena pH dovodi do promjene stupnja ionizacije ionogenih grupa enzima i, prema tome, dovodi do preraspodjele međuradikalnih veza u tercijarnoj strukturi. Optimalni pH za svaki enzim znači neko optimalno stanje njegove jonizacije, koje odgovara najboljoj komplementarnosti. Promena temperature izaziva kontradiktoran efekat: s jedne strane, kada temperatura poraste na 37 - 40o, povećava se brzina enzimske reakcije, što je prirodno za katalizu; s druge strane, na temperaturama iznad 50° počinje denaturacija enzima.

Kinetika enzimskih reakcija određena je formiranjem kompleksa enzim-supstrat:

Gdje je E enzim, S je supstrat, ES je kompleks enzim-supstrat, čija je reakcija formiranja reverzibilna i karakterizirana je konstantama K1 i K-1, respektivno.

Razgradnja kompleksa enzim-supstrat odvija se prema jednadžbi prvog reda, praktično je nepovratna i karakteriše se konstantom brzine K2. Ova faza procesa je sporija, tj. ograničavajući. Početna brzina (Vo). U normalnim uslovima, kada [S] >> [E], početna brzina je direktno proporcionalna koncentraciji enzima. Maksimalna brzina (Vmax). Pri fiksnoj koncentraciji enzima, brzina reakcije teži konačnoj maksimalnoj vrijednosti dok koncentracija supstrata raste. Zasićenje enzima supstratom nastaje kada je cijeli enzim uključen u kompleks enzim-supstrat. Michaelisova konstanta (Km). U slučaju kada su svi aktivni centri zauzeti i nema slobodnih molekula enzima, Vo=Vmax. Pod ovim uslovom govore o 100% zasićenosti. Pri 50% zasićenosti, kada je Vo=1/2 Vmax, Michaelis-Menten jednadžba slijedi: Vmax / 2 = Vmax [S] / Km + [S], ili u preračunatom obliku: Km + [S] = 2 [S] ; Km = [S]. Dakle, Km ima dimenziju koncentracije. Dakle, Km je koncentracija supstrata potrebna za vezanje polovine raspoloživog enzima i postizanje polovine maksimalne brzine. Iz ove definicije slijedi da se Km može koristiti za procjenu afiniteta enzima za dati supstrat. Specifičnost supstrata može se proceniti korišćenjem sledećeg pravila: što je niža vrednost Km, to je bolji (poželjniji) supstrat za dati enzim. Km i Vmax su kinetički parametri koji odražavaju mehanizme djelovanja enzima.

Kinetika enzimskih reakcija

Vmax odražava efikasnost enzima. Da bismo uporedili katalitičku aktivnost različitih enzima, potrebno je izraziti Vmax u smislu količine svakog enzima. Ova konverzija dovodi do vrijednosti koja se naziva molarna aktivnost (ili broj okretaja enzima). Izražava se kao broj molova supstrata koji reaguju sa jednim molom enzima u jedinici vremena. Aktivnost enzima se također može izraziti u jedinicama (jedinicama ili E) aktivnosti. Jedna jedinica katalizira transformaciju supstrata brzinom od 1 µmol/min. Specifična aktivnost je aktivnost u jedinicama po 1 mg proteina.

Inhibitori enzima

Djelovanje enzima može biti potpuno ili djelomično potisnuto (inhibirano) određenim hemikalijama (inhibitorima). Po prirodi svog djelovanja, inhibitori mogu biti reverzibilni ili ireverzibilni. Ova podjela se zasniva na jačini veze između inhibitora i enzima. Drugi način klasifikacije inhibitora zasniva se na prirodi njihovog mjesta vezivanja. Neki od njih se vezuju za enzim u aktivnom centru, dok se drugi vezuju za mjesto udaljeno od aktivnog centra. Oni mogu vezati i blokirati funkcionalnu grupu molekula enzima neophodnu za njegovu aktivnost. U isto vrijeme, oni se nepovratno, često kovalentno, vezuju za enzim ili kompleks enzim-supstrat i nepovratno mijenjaju nativnu konformaciju. Ovo posebno objašnjava dejstvo jedinjenja Hg2+, Pb2+ i arsena. Inhibitori ove vrste mogu biti korisni u proučavanju prirode enzimske katalize. Na primjer, diizopropil fluorofosfat inhibira enzime koji imaju serin na aktivnom mjestu. Takav enzim je acetilkolinesteraza, koja katalizuje sljedeću reakciju:

Reakcija se događa svaki put kada se provede nervni impuls, prije nego što se drugi impuls prenese kroz sinapsu. Diizopropil fluorofosfat je jedan od toksičnih nervnih agenasa, jer dovodi do gubitka sposobnosti neurona da provode nervne impulse.

Učinak diizopropil fluorofosfata na enzim

Terapeutski učinak aspirina kao antipiretičkog i protuupalnog sredstva objašnjava se činjenicom da aspirin inhibira jedan od enzima koji katalizuju sintezu prostaglandina (PG). Prostaglandini su supstance koje su uključene u razvoj upale. Inhibicija je posljedica kovalentne modifikacije jedne od amino grupa enzima - prostaglandin sintetaze.

Interakcija aspirina sa enzimom prostaglandin sintetazom

Reverzibilni inhibitori. Postoje dvije vrste takvih inhibitora - kompetitivni i nekonkurentni. Kompetitivni inhibitor se takmiči sa supstratom za vezivanje za aktivno mjesto. To se događa zato što inhibitor i supstrat imaju slične strukture:

Kompetitivna inhibicija: S-supstrat, I-inhibitor (njegova trodimenzionalna struktura je slična supstratu).

Za razliku od supstrata, kompetitivni inhibitor vezan za enzim ne prolazi kroz enzimsku konverziju. Štaviše, formiranje EI smanjuje broj slobodnih molekula enzima i smanjuje se brzina reakcije. Vezivanje S i I odvija se na međusobno isključiv način. Formira se ili ES ili EI, ali ne i EIS. Budući da se kompetitivni inhibitor reverzibilno vezuje za enzim, moguće je pomjeriti se

ravnoteža reakcije E + I ↔ EI ulijevo jednostavnim povećanjem koncentracije supstrata. Mnogi kemoterapeutski agensi su kompetitivni inhibitori. Na primjer, sulfa lijekovi koji se koriste za liječenje zaraznih bolesti. Sulfonamidi su strukturni analozi para-aminobenzojeve kiseline iz koje se u ćeliji mikroorganizma sintetiše koenzim (H4 - folat) koji je uključen u biosintezu nukleinskih baza. Kršenje sinteze nukleinskih kiselina dovodi do smrti mikroorganizama.

Nekonkurentna reverzibilna inhibicija ne može se smanjiti ili eliminirati povećanjem koncentracije supstrata, budući da se ovi inhibitori vežu za enzim na mjestu koje nije aktivno mjesto.

E + S ↔ ES → E + P; E + I ↔ EI; ES + I → ESI. Nekonkurentna reverzibilna inhibicija

Vezivanje dovodi do promjene konformacije enzima i narušavanja komplementarnosti sa supstratom. Nekompetitivni inhibitori mogu se reverzibilno vezati i za slobodni enzim i za ES kompleks. Najvažniji nekonkurentni inhibitori su srednji metabolički produkti nastali u živoj ćeliji koji se mogu reverzibilno vezati za određena mjesta enzima (alosterične centre) i promijeniti njihovu aktivnost, što je jedan od načina regulacije metabolizma. Proučavanje djelovanja inhibitora koristi se za proučavanje mehanizma djelovanja enzima, a također pomaže u potrazi za efikasnijim lijekovima, budući da je terapeutski učinak mnogih lijekova zbog činjenice da su inhibitori određenih enzima. Strukturni analozi koenzima također mogu biti inhibitori. Kinetički testovi mogu razlikovati kompetitivnu od nekonkurentne inhibicije.

Ovisnost I/V od I/S. 1 - bez inhibitora, 2 - u prisustvu inhibitora (a - kompetitivna; b - nekonkurentna inhibicija)

Regulacija djelovanja enzima

U živoj ćeliji, brzina enzimskih reakcija je strogo kontrolirana, omogućavajući svakom metaboličkom lancu reakcija da se stalno mijenja kako bi se prilagodio promjenjivim potrebama stanice za proizvodom.

Metabolički lanac: A, B, C, D - metaboliti, E1, E2, E3, E4 - enzimi

Svaki metabolički lanac ima enzim koji određuje brzinu cijelog lanca reakcija. Zove se regulatorni enzim. Postoji nekoliko načina da se regulira djelovanje enzima:

∙ promjena aktivnosti enzima pri konstantnoj koncentraciji;

∙ promjena koncentracije enzima, obično kao rezultat ubrzanja (indukcije) ili inhibicije (represije) sinteze enzima;

Osnovni načini regulacije aktivnosti enzima

Alosterična regulacija. Enzim mijenja aktivnost

efektor nekovalentno vezan za njega. Vezivanje se dešava na mestu koje je prostorno udaljeno od aktivnog (katalitičkog) centra. Ovo vezivanje uzrokuje konformacijske promjene u molekuli proteina, što dovodi do promjene specifične geometrije katalitičkog centra. Aktivnost se može povećati - to je aktivacija enzima, ili smanjiti - ovo je inhibicija.

Alosterična aktivacija enzima

“Poruka” o vezivanju alosteričkog aktivatora prenosi se konformacijskim promjenama na katalitičku podjedinicu, koja postaje komplementarna supstratu, a enzim se “uključuje”. Kada se aktivator ukloni, enzim ponovo prelazi u neaktivan oblik i "isključuje se". Alosterična regulacija je glavni način na koji se regulišu metabolički putevi.

Regulacija aktivnosti enzima fosforilacijom defosforilacijom . Enzim mijenja aktivnost kao rezultat kovalentne modifikacije.

Regulacija aktivnosti lipaze

IN u ovom slučaju fosfatna grupa je OPO 3 2- vezuje se za hidroksilne grupe

V ostaci serina, treonina ili tirozina. Ovisno o prirodi enzima, fosforilacija ga može aktivirati ili, obrnuto, inaktivirati. Reakciju dodavanja fosfatne grupe i njeno eliminaciju kataliziraju posebni enzimi - protein kinaze i protein fosfataze.

Regulacija asocijacijom-disocijacijom podjedinica u oligomernom enzimu.

Ovaj proces ponekad počinje kovalentnom ili nekovalentnom modifikacijom jedne od podjedinica. Na primjer, enzim protein kinaze u svom neaktivnom obliku izgrađen je kao R2C2 tetramer (R i C su različite podjedinice). Aktivna protein kinaza je C podjedinica, za čije oslobađanje je potrebna disocijacija kompleksa. Aktivacija enzima se dešava uz učešće cAMP (cikloadenozin monofosforne kiseline), koji je u stanju da se veže za R podjedinicu, nakon čega se menja konformacija i komplementarnost R i C podjedinice i dolazi do disocijacije kompleksa: R2C2 + 2cAMP 2C + 2(R -cAMP) Ciklični AMP je proizvod ATP-a čiju konverziju katalizira enzim adenilat ciklaza: ATPc AMP + H4 P2 O7

Sistem adenilat ciklaze. Adenilat ciklaza i protein kinaza katalizuju međusobno povezane reakcije koje čine jedan regulatorni sistem.

Sistem adenilat ciklaze

Uz pomoć ovog sistema signali iz vanćelijske sredine se prenose u ćeliju, a metabolizam ćelije se menja u željenom pravcu. Ekstracelularni glasnik signala mogu biti različiti molekuli, uključujući hormone. Ovi molekuli ne prodiru u ćeliju, već ih "prepoznaju" membranski receptori. Kada se aktivira adenilat ciklaza, javljaju se sljedeći koraci:

∙ promjena konformacije receptora nakon vezivanja signalnog molekula na njega i povećanje njegovog afiniteta za regulatorni G protein. Kao rezultat, formira se kompleks protomera receptora i G-proteina;

∙ formiranje ovog kompleksa dovodi do promjene konformacije a-protomer G-proteina, koji gubi afinitet za GDP i GDP je zamenjen GTP. Kao rezultat, kompleks protomera G proteina se raspada;

∙ a-protomer stupa u interakciju sa adenilat ciklazom, što dovodi do promjene njene konformacije i, kao posljedica, aktivacije;

∙ nakon toga, adenilat ciklaza katalizira sintezu cAMP-a, koji zauzvrat aktivira cAMP zavisna protein kinaza. Aktivacija potonjeg povezana je s disocijacijom kompleksa protomera uključenih u njega nakon dodavanja cAMP-a. Protein kinaza fosforilira odgovarajuće enzime, mijenja njihovu aktivnost i, posljedično, brzinu metabolizma u ćeliji.

Aktivacija enzima djelomičnom proteolizom . Neki enzimi

Sintetiziraju se u početku neaktivne i tek nakon izlučivanja iz stanice prelaze u aktivni oblik. Neaktivni prekursor naziva se proenzim. Aktivacija proenzima uključuje modifikaciju primarne strukture uz istovremenu promjenu konformacije. Na primjer, tripsinogen sintetiziran u pankreasu se zatim pretvara u tripsin u crijevima uklanjanjem fragmenta s N-terminusa: enteropeptidaza tripsinogentripsin + Val-(Acn)-Lys Cepanje određenih peptidnih veza "pokreće" nove interakcije R-grupe u cijelom molekula, što dovodi do nove konformacije u kojoj R-grupe aktivnog mjesta zauzimaju optimalnu poziciju za katalizu. Poremećaji u strukturi bilo kojeg enzima, koji dovode do smanjenja njegove aktivnosti, dovode do poremećaja metaboličkih puteva u kojima ovaj enzim sudjeluje. Takvi se poremećaji gotovo uvijek manifestiraju kao bolesti. Postoje dvije vrste oštećenja enzima: nasljedni defekti u strukturi enzima i oštećenja uzrokovana toksičnim tvarima koje ulaze u tijelo koje inhibiraju enzim.

Milioni hemijskih reakcija odvijaju se u ćeliji bilo kojeg živog organizma. Svaki od njih je od velikog značaja, pa je važno održavati brzinu bioloških procesa na visokom nivou. Gotovo svaku reakciju katalizira vlastiti enzim. Šta su enzimi? Koja je njihova uloga u ćeliji?

Enzimi. Definicija

Izraz "enzim" dolazi od latinskog fermentum - kvasac. Mogu se nazvati i enzimima od grčkog enzyme - "u kvascu".

Enzimi su biološki aktivne tvari, tako da se bez njihovog sudjelovanja ne može dogoditi bilo kakva reakcija u ćeliji. Ove tvari djeluju kao katalizatori. Prema tome, svaki enzim ima dva glavna svojstva:

1) Enzim ubrzava biohemijsku reakciju, ali se ne troši.

2) Vrijednost konstante ravnoteže se ne mijenja, već samo ubrzava postizanje ove vrijednosti.

Enzimi ubrzavaju biohemijske reakcije hiljadu, a u nekim slučajevima i milion puta. To znači da će u nedostatku enzimskog aparata svi unutarćelijski procesi praktički prestati, a sama stanica će umrijeti. Stoga je uloga enzima kao biološki aktivnih supstanci velika.

Raznolikost enzima omogućava raznovrsnu regulaciju ćelijskog metabolizma. Mnogi enzimi različitih klasa učestvuju u bilo kojoj kaskadi reakcija. Biološki katalizatori su visoko selektivni zbog specifične konformacije molekula. Pošto su enzimi u većini slučajeva proteinske prirode, oni se nalaze u tercijarnoj ili kvaternarnoj strukturi. Ovo se opet objašnjava specifičnošću molekula.

Funkcije enzima u ćeliji

Glavni zadatak enzima je da ubrza odgovarajuću reakciju. Bilo koja kaskada procesa, od razgradnje vodikovog peroksida do glikolize, zahtijeva prisustvo biološkog katalizatora.

Ispravno funkcioniranje enzima postiže se visokom specifičnošću za određeni supstrat. To znači da katalizator može ubrzati samo određenu reakciju i nikakve druge, čak i vrlo slične. Prema stepenu specifičnosti razlikuju se sljedeće grupe enzima:

1) Enzimi sa apsolutnom specifičnošću, kada se katalizira samo jedna reakcija. Na primjer, kolagenaza razgrađuje kolagen, a maltaza maltozu.

2) Enzimi sa relativnom specifičnošću. To uključuje tvari koje mogu katalizirati određenu klasu reakcija, na primjer, hidrolitičko cijepanje.

Rad biokatalizatora počinje od trenutka kada se njegov aktivni centar pričvrsti za supstrat. U ovom slučaju govore o komplementarnoj interakciji poput brave i ključa. Ovdje mislimo na potpunu podudarnost oblika aktivnog centra sa supstratom, što omogućava ubrzanje reakcije.

Sljedeća faza je sama reakcija. Njegova brzina se povećava zbog djelovanja enzimskog kompleksa. Na kraju, dobijamo enzim koji je povezan sa produktima reakcije.

Završna faza je odvajanje produkta reakcije od enzima, nakon čega aktivni centar ponovo postaje slobodan za sljedeći posao.

Šematski se rad enzima u svakoj fazi može zapisati na sljedeći način:

1) S + E ——> SE

2) SE ——> SP

3) SP ——> S + P, gdje je S supstrat, E je enzim, a P je proizvod.

Klasifikacija enzima

Ogroman broj enzima se može naći u ljudskom tijelu. Sva saznanja o njihovim funkcijama i radu su sistematizirana, a kao rezultat toga nastala je jedinstvena klasifikacija, zahvaljujući kojoj možete lako odrediti čemu je određeni katalizator namijenjen. Ovdje je predstavljeno 6 glavnih klasa enzima, kao i primjeri nekih od podgrupa.

1. Oksidoreduktaze.

Enzimi ove klase kataliziraju redoks reakcije. Ukupno je izdvojeno 17 podgrupa. Oksidoreduktaze obično imaju neproteinski dio, predstavljen vitaminom ili hemom.

Među oksidoreduktazama često se nalaze sljedeće podgrupe:

a) Dehidrogenaze. Biohemija enzima dehidrogenaze uključuje uklanjanje atoma vodika i njihov prijenos na drugi supstrat. Ova podgrupa se najčešće nalazi u reakcijama disanja i fotosinteze. Dehidrogenaze nužno sadrže koenzim u obliku NAD/NADP ili flavoproteina FAD/FMN. Često se nalaze joni metala. Primjeri uključuju enzime kao što su citokrom reduktaza, piruvat dehidrogenaza, izocitrat dehidrogenaza, kao i mnogi enzimi jetre (laktat dehidrogenaza, glutamat dehidrogenaza, itd.).

b) Oksidaze. Brojni enzimi kataliziraju dodavanje kisika vodiku, uslijed čega produkti reakcije mogu biti voda ili vodikov peroksid (H 2 0, H 2 0 2). Primjeri enzima: citokrom oksidaza, tirozinaza.

c) Peroksidaze i katalaze su enzimi koji katalizuju razgradnju H 2 O 2 na kisik i vodu.

d) Oksigenaze. Ovi biokatalizatori ubrzavaju dodavanje kisika supstratu. Dopamin hidroksilaza je jedan primjer takvih enzima.

2. Transferaze.

Zadatak enzima ove grupe je da prenesu radikale sa donorske supstance na supstancu primaoca.

a) Metiltransferaze. DNK metiltransferaze su glavni enzimi koji kontrolišu proces replikacije nukleotida i igraju veliku ulogu u regulaciji funkcionisanja nukleinskih kiselina.

b) Aciltransferaze. Enzimi ove podgrupe prenose acil grupu od jednog molekula do drugog. Primeri aciltransferaza: lecitin holesterol aciltransferaza (prenosi funkcionalnu grupu sa masne kiseline na holesterol), lizofosfatidilholin aciltransferaza (prenosi acil grupu na lizofosfatidilholin).

c) Aminotransferaze su enzimi koji učestvuju u konverziji aminokiselina. Primjeri enzima: alanin aminotransferaza, koja katalizuje sintezu alanina iz piruvata i glutamata prijenosom amino grupa.

d) Fosfotransferaze. Enzimi ove podgrupe katalizuju dodavanje fosfatne grupe. Drugi naziv za fosfotransferaze, kinaze, mnogo je češći. Primjeri uključuju enzime kao što su heksokinaze i aspartat kinaze, koje dodaju ostatke fosfora u heksozu (najčešće glukozu) i asparaginsku kiselinu, respektivno.

3. Hidrolaze – klasa enzima koji kataliziraju cijepanje veza u molekulu uz naknadno dodavanje vode. Supstance koje pripadaju ovoj grupi su glavni probavni enzimi.

a) Esteraze - razbijaju etarske veze. Primjer su lipaze, koje razgrađuju masti.

b) Glikozidaze. Biohemija enzima ove serije sastoji se u razaranju glikozidnih veza polimera (polisaharida i oligosaharida). Primjeri: amilaza, saharaza, maltaza.

c) Peptidaze su enzimi koji katalizuju razgradnju proteina u aminokiseline. Peptidaze uključuju enzime kao što su pepsini, tripsin, himotripsin i karboksipeptidaza.

d) Amidaze - cijepaju amidne veze. Primjeri: arginaza, ureaza, glutaminaza, itd. Mnogi enzimi amidaze se nalaze u

4. Liaze su enzimi koji su po funkciji slični hidrolazama, ali za cijepanje veza u molekulima nije potrebna voda. Enzimi ove klase uvijek sadrže neproteinski dio, na primjer, u obliku vitamina B1 ili B6.

a) Dekarboksilaza. Ovi enzimi djeluju na C-C vezu. Primjeri uključuju glutamat dekarboksilazu ili piruvat dekarboksilazu.

b) Hidrataze i dehidrataze su enzimi koji katalizuju reakciju cijepanja C-O veza.

c) Amidin lijaze - uništavaju C-N veze. Primjer: arginin sukcinat liaza.

d) P-O liaza. Takvi enzimi, u pravilu, cijepaju fosfatnu grupu od supstratne tvari. Primjer: adenilat ciklaza.

Biohemija enzima zasniva se na njihovoj strukturi

Sposobnosti svakog enzima su određene njegovom individualnom, jedinstvenom strukturom. Svaki enzim je prije svega protein, a njegova struktura i stepen savijanja igraju odlučujuću ulogu u određivanju njegove funkcije.

Svaki biokatalizator karakterizira prisustvo aktivnog centra, koji je, pak, podijeljen u nekoliko nezavisnih funkcionalnih područja:

1) Katalitički centar je posebna regija proteina preko koje se enzim vezuje za supstrat. U zavisnosti od konformacije proteinske molekule, katalitički centar može poprimiti različite oblike, koji moraju odgovarati supstratu baš kao što brava pristaje ključu. Ova složena struktura objašnjava šta je u tercijarnom ili kvartarnom stanju.

2) Adsorpcioni centar - djeluje kao “držač”. Ovdje se prije svega javlja veza između molekule enzima i molekule supstrata. Međutim, veze koje formira adsorpcijski centar su vrlo slabe, što znači da je katalitička reakcija u ovoj fazi reverzibilna.

3) Alosterični centri mogu se nalaziti kako u aktivnom centru, tako i na cijeloj površini enzima u cjelini. Njihova funkcija je regulacija rada enzima. Regulacija se odvija uz pomoć molekula inhibitora i molekula aktivatora.

Proteini aktivatori, vezujući se za molekul enzima, ubrzavaju njegov rad. Inhibitori, s druge strane, inhibiraju katalitičku aktivnost, a to se može dogoditi na dva načina: ili se molekul veže za alosterično mjesto u području aktivnog mjesta enzima (konkurentska inhibicija), ili se veže za drugu regiju enzima. proteina (nekompetitivna inhibicija). smatra efikasnijim. Na kraju krajeva, time se zatvara mjesto da se supstrat veže za enzim, a ovaj proces je moguć samo u slučaju gotovo potpune podudarnosti oblika molekule inhibitora i aktivnog centra.

Enzim se često sastoji ne samo od aminokiselina, već i od drugih organskih i neorganskih supstanci. Prema tome, apoenzim je proteinski dio, koenzim je organski dio, a kofaktor je neorganski dio. Koenzim može biti predstavljen ugljikohidratima, mastima, nukleinskim kiselinama i vitaminima. Zauzvrat, kofaktor su najčešće pomoćni ioni metala. Aktivnost enzima određena je njegovom strukturom: dodatne tvari uključene u sastav mijenjaju katalitička svojstva. Različite vrste enzima su rezultat kombinacije svih navedenih faktora u formiranju kompleksa.

Regulacija enzima

Enzimi kao biološki aktivne supstance nisu uvek neophodni organizmu. Biohemija enzima je takva da mogu, ako su pretjerano katalizirani, oštetiti živu ćeliju. Da bi se spriječilo štetno djelovanje enzima na organizam, potrebno je nekako regulirati njihov rad.

Pošto su enzimi po prirodi proteini, lako se uništavaju na visokim temperaturama. Proces denaturacije je reverzibilan, ali može značajno utjecati na performanse tvari.

pH takođe igra veliku ulogu u regulaciji. Najveća aktivnost enzima obično se opaža pri neutralnim pH vrijednostima (7,0-7,2). Postoje i enzimi koji rade samo u kiseloj sredini ili samo u alkalnoj sredini. Tako se u ćelijskim lizosomima održava nizak pH, pri čemu je aktivnost hidrolitičkih enzima maksimalna. Ako slučajno uđu u citoplazmu, gdje je okruženje već bliže neutralnom, njihova aktivnost će se smanjiti. Ova zaštita od „samožderanja“ zasniva se na posebnostima rada hidrolaza.

Vrijedi spomenuti značaj koenzima i kofaktora u sastavu enzima. Prisustvo vitamina ili iona metala značajno utiče na funkcionisanje nekih specifičnih enzima.

Nomenklatura enzima

Svi enzimi u tijelu obično se nazivaju ovisno o njihovoj pripadnosti nekoj od klasa, kao i prema supstratu s kojim reagiraju. Ponekad se u nazivu ne koristi jedan, već dva supstrata.

Primjeri naziva nekih enzima:

1. Enzimi jetre: laktat dehidrogenaza, glutamat dehidrogenaza.
2. Puni sistematski naziv enzima: laktat-NAD+-oksidoreduktaza.

Sačuvani su i trivijalni nazivi koji se ne pridržavaju pravila nomenklature. Primjeri su probavni enzimi: tripsin, himotripsin, pepsin.

Proces sinteze enzima

Funkcije enzima određene su na genetskom nivou. Budući da je molekul, uglavnom, protein, njegova sinteza tačno ponavlja procese transkripcije i translacije.

Sinteza enzima se odvija prema sljedećoj shemi. Prvo, informacija o željenom enzimu se čita iz DNK, što rezultira formiranjem mRNA. Messenger RNA kodira sve aminokiseline koje čine enzim. Regulacija enzima može se desiti i na nivou DNK: ako je proizvod katalizirane reakcije dovoljan, transkripcija gena se zaustavlja i obrnuto, ako postoji potreba za proizvodom, aktivira se proces transkripcije.

Nakon što mRNA uđe u citoplazmu ćelije, počinje sljedeća faza - translacija. Na ribosomima endoplazmatskog retikuluma sintetizira se primarni lanac koji se sastoji od aminokiselina povezanih peptidnim vezama. Međutim, proteinski molekul u primarnoj strukturi još ne može obavljati svoje enzimske funkcije.

Aktivnost enzima zavisi od strukture proteina. Na istom EPS-u dolazi do uvijanja proteina, uslijed čega se formiraju prvo sekundarne, a zatim tercijarne strukture. Sinteza nekih enzima se zaustavlja već u ovoj fazi, ali za aktiviranje katalitičke aktivnosti često je potrebno dodati koenzim i kofaktor.

U određenim područjima endoplazmatskog retikuluma dodaju se organske komponente enzima: monosaharidi, nukleinske kiseline, masti, vitamini. Neki enzimi ne mogu raditi bez prisustva koenzima.

Kofaktor igra ključnu ulogu u formiranju Neke funkcije enzima dostupne su samo kada protein dođe u organizaciju domena. Stoga je za njih veoma važno prisustvo kvartarne strukture, u kojoj je veza između nekoliko proteinskih globula metalni jon.

Višestruki oblici enzima

Postoje situacije kada je potrebno imati nekoliko enzima koji kataliziraju istu reakciju, ali se međusobno razlikuju po nekim parametrima. Na primjer, enzim može raditi na 20 stepeni, ali na 0 stepeni više neće moći da obavlja svoje funkcije. Šta bi živi organizam trebao učiniti u takvoj situaciji na niskim temperaturama okoline?

Ovaj problem se lako rješava prisustvom nekoliko enzima koji katalizuju istu reakciju, ali djeluju u različitim uvjetima. Postoje dvije vrste višestrukih oblika enzima:

1. Izoenzimi. Takvi proteini su kodirani različitim genima, sastoje se od različitih aminokiselina, ali kataliziraju istu reakciju.
2. Pravi oblici množine. Ovi proteini su transkribovani sa istog gena, ali modifikacija peptida se dešava na ribosomima. Rezultat je nekoliko oblika istog enzima.

Kao rezultat toga, prvi tip višestrukih oblika formira se na genetskom nivou, dok se drugi tip formira na posttranslacionom nivou.

Važnost enzima

U medicini se to svodi na puštanje novih lijekova, koji već sadrže supstance u potrebnim količinama. Naučnici još nisu pronašli način da stimulišu sintezu nedostajućih enzima u organizmu, ali danas su rasprostranjeni lekovi koji mogu privremeno da nadoknade njihov nedostatak.

Različiti enzimi u ćeliji kataliziraju veliki broj reakcija povezanih s održavanjem života. Jedan od ovih enizama su predstavnici grupe nukleaza: endonukleaze i egzonukleaze. Njihov posao je održavanje konstantnog nivoa nukleinskih kiselina u ćeliji i uklanjanje oštećene DNK i RNK.

Ne zaboravite na fenomen zgrušavanja krvi. Kao efikasna zaštitna mjera, ovaj proces kontroliraju brojni enzimi. Glavni je trombin, koji pretvara neaktivni protein fibrinogen u aktivni fibrin. Njegove niti stvaraju neku vrstu mreže koja začepljuje mjesto oštećenja žile, čime se sprječava pretjerani gubitak krvi.

Enzimi se koriste u proizvodnji vina, pivarstvu i proizvodnji mnogih fermentiranih mliječnih proizvoda. Kvasac se može koristiti za proizvodnju alkohola iz glukoze, ali ekstrakt iz njega je dovoljan da se ovaj proces uspješno odvija.

Zanimljive činjenice za koje niste znali

Svi enzimi u tijelu imaju ogromnu masu - od 5000 do 1.000.000 Da. To je zbog prisustva proteina u molekulu. Za poređenje: molekularna težina glukoze je 180 Da, a ugljičnog dioksida samo 44 Da.

Do danas je otkriveno više od 2000 enzima koji su pronađeni u ćelijama različitih organizama. Međutim, većina ovih supstanci još nije u potpunosti proučena.

Enzimska aktivnost se koristi za proizvodnju efikasnih praškova za pranje. Ovdje enzimi imaju istu ulogu kao i u tijelu: razgrađuju organske tvari, a ovo svojstvo pomaže u borbi protiv mrlja. Preporučljivo je koristiti takav prašak za pranje na temperaturi ne višoj od 50 stepeni, inače može doći do denaturacije.

Prema statistikama, 20% ljudi širom svijeta pati od nedostatka nekog od enzima.

Svojstva enzima su bila poznata jako dugo, ali tek 1897. godine ljudi su shvatili da se ne sam kvasac, već ekstrakt iz njegovih ćelija, može koristiti za fermentaciju šećera u alkohol.

Opis prezentacije PREDAVANJE br. 1 Uvod u biohemiju. Enzimi na slajdovima

Sadržaj predavanja I. Biohemija kao nauka. Predmet, ciljevi i zadaci biohemije. II. Metabolizam. Osnovni koncepti. Vrste metaboličkih reakcija. III. Enzimologija. 1. Enzimi. Definicija, hemijska priroda, fizičko-hemijska svojstva, biološki značaj. 2. Poređenje enzima i anorganskih katalizatora 3. Struktura enzima

Biohemija je nauka koja proučava supstance koje čine žive organizme, njihove transformacije, kao i odnos ovih transformacija sa aktivnostima organa i tkiva. Biohemija je mlada nauka nastala na razmeđu fiziologije i organske hemije. Termin biohemija uveo je 1903. godine njemački biohemičar Carl Neuberg (1877 -1956). I. BIOHEMIJA

Biohemija kao nauka se deli na: Statička (bioorganska hemija) analizira strukturu i hemijski sastav organizama Dinamička proučava metabolizam i energiju u telu Funkcionalna proučava interakciju hemijskih procesa sa biološkim i fiziološkim funkcijama OH H O H O HO HH HO HCO 2 + H 2 O ÀÄÔ + Ôí ÀÒÔ À Ò Ô À Ä Ô + Ô í

Prema predmetu istraživanja, biohemija se deli na: biohemiju čoveka i životinja; biohemija biljaka; biohemija mikroorganizama; biohemija gljiva; biohemija virusa. Ti i ja ćemo se baviti medicinskom biohemijom, jednom od grana biohemije ljudi i životinja

Predmet medicinske biohemije je osoba. Svrha kursa medicinske biohemije je proučavanje: molekularnih osnova ljudskih fizioloških funkcija; molekularni mehanizmi patogeneze bolesti; biohemijska osnova za prevenciju i liječenje bolesti; biohemijske metode za dijagnostikovanje bolesti i praćenje efikasnosti lečenja (klinička biohemija) Ciljevi predmeta medicinska biohemija: proučavanje teorijskog materijala; steći praktične vještine u biohemijskom istraživanju; naučiti tumačiti rezultate biohemijskih studija

II. Metabolizam Životna aktivnost svakog organizma zasniva se na hemijskim procesima. Metabolizam (metabolizam) - ukupnost svih reakcija koje se dešavaju u živom organizmu A FB C DEEnergija Toplotni katabolizam Anabolizam

Metaboliti - supstance uključene u metaboličke procese (supstrati, A, B, C, proizvodi) Supstrat - supstanca koja ulazi u hemijsku reakciju Proizvod - supstanca koja nastaje tokom hemijske reakcije Supstrat Proizvod. Redoslijed reakcija usljed kojih se supstrat pretvara u produkt naziva se A B metabolički put i sintetizira se samo tijekom nekoliko uzastopnih reakcija: glikoliza, lanac oksidacije

Supstrat Proizvod 2 Slijed reakcija koje zaobilaze glavni metabolički put naziva se metabolički šant A B D EProizvod 3 Proizvod 1 Primjeri metaboličkih šantova: 1. pentozofosfatni šant, 2. 2, 3-difosfogliceratni šant

S 1 Slijed reakcija tokom kojih je rezultirajući proizvod ujedno i supstrat ovih reakcija naziva se metabolički ciklus S 2 (P) A CBProizvod 1 Proizvod 2 Primjeri metaboličkih ciklusa: 1. Krebsov ciklus, 2. Ornitinski ciklus 3. β ciklus - oksidacije masnih kiselina 4. ciklus glukoza-laktat, 5. ciklus glukoza-alanin

Enzimologija je nauka, grana biohemije, o enzimima. III. Enzimologija, struktura i svojstva enzima; enzimske reakcije i mehanizmi njihove katalize; regulacija aktivnosti enzima. Predmet enzimologije su enzimi. Enzimološke studije: Medicinska enzimologija - proučava upotrebu enzima u medicini.

Gotovo sve reakcije u živom organizmu odvijaju se uz sudjelovanje enzima. Enzimi su biološki katalizatori proteinske prirode. Biološka uloga enzima je da katalizuju kontrolisani tok svih metaboličkih procesa u organizmu. Kao supstance proteinske prirode, enzimi imaju sva svojstva proteina. Definicija i hemijska priroda Do 2013. godine ima više od 5000 različitih enzima. je opisano

Osobine djelovanja enzima 1. Ubrzavaju samo termodinamički moguće reakcije 2. Ne mijenjaju stanje ravnoteže reakcija, već samo ubrzavaju njegovo postizanje 3. Reakcije su značajno ubrzane, za 10 8 -10 14 puta 4. Djeluju u malim količinama 5. Ne troše se u reakcijama 6. Osetljivi na aktivatore i inhibitore. 7. Aktivnost enzima je regulisana specifičnim i nespecifičnim faktorima 8. Enzimi deluju samo u blagim uslovima (t = 36 -37ºS, pH ~ 7,4, atmosferski pritisak) 9. Imaju širok spektar delovanja, katalizuju većinu reakcija u tijelo 10. Za Enzime karakterizira visoka specifičnost: specifičnost supstrata: ▪ apsolutna (1 enzim - 1 supstrat), ▪ grupna (1 enzim - nekoliko sličnih supstrata), ▪ stereospecifičnost (enzimi rade sa supstratima L ili D). katalitička specifičnost (enzimi katalizuju reakcije jedne od vrsta hemijskih reakcija) Zajedničko za anorganske i katalizatore

1. Aktivni centar je dio molekula enzima koji je u specifičnoj interakciji sa supstratom i direktno je uključen u katalizu b). Katalitički centar. Aktivni centar se, po pravilu, nalazi u niši (džep) Sadrži najmanje tri tačke za vezivanje supstrata, zbog čega se molekul supstrata vezuje za aktivni centar na jedini mogući način, čime se obezbeđuje specifičnost supstrata. enzim 1. Aktivni centar a). Mjesto supstrata (kontaktno područje) Strukturna karakteristika katalitičkog centra omogućava enzimu da katalizuje reakciju koristeći specifičan mehanizam katalize: kiselinsko-bazni, elektrofilni, nukleofilni, itd. katalitički centar osigurava izbor puta kemijske transformacije i katalitičke specifičnosti enzima. Struktura enzima Enzimi su globularni proteini koji sadrže aktivni centar

Enzim t + - 0 Supstrat Enzime karakteriše prisustvo specifičnih centara katalize. Supstratno mesto Katalit. centar Aktivni centar + 0 -Proizvod t

02. Alosterični centar Grupa regulatornih enzima ima alosterične centre koji se nalaze izvan aktivnog centra. Modulatori (aktivatori) se mogu vezati za alosterički centar, povećavajući aktivnost enzima. Alosterični centar i kontaktna podloga su raspoređeni na sličan način + -0+ Aktivator

02. Alosterični centar Takođe, “-” modulatori (inhibitori) se mogu vezati za alosterični centar, inhibirajući aktivnost enzima. -0+ Inhibitor —

Po svom sastavu enzimi se dijele na: Jednostavne Sastoje se samo od aminokiselina - Složene Enzime sastoje se od: 1. Aminokiselina; 2. Metalni joni 3. Organske supstance neproteinske prirode 0+ Apoenzim. Protetička grupa + - 0 Proteinska grupa (iz aminokiselina) kompleksnog enzima naziva se apoenzim Neproteinski deo kompleksnog enzima se naziva Protetička grupa Metalni joni (kofaktori) Organske supstance neproteinske prirode (koenzimi)

Koenzimi su organske supstance neproteinske prirode koje učestvuju u katalizi kao deo katalitičkog mesta aktivnog centra enzima. Katalitički aktivni oblik kompleksnog proteina naziva se holoenzim = apoenzim + koenzim. Zovu se kofaktori - metalni joni neophodni za ispoljavanje katalitičke aktivnosti enzima

Sljedeće funkcije kao koenzimi: Vitamini Aktivacija Koenzimi PP (nikotinska kiselina) NAD + , NADP + B 1 (tiamin) B 2 (riboflavin) Tiamin pirofosfat FAD, FMN B 6 (piridoksal) Piridoksal fosfat B 12 kobalamin kobalamin; Nukleotidi (ribosomalni koenzimi); koenzim Q; FAFS (transferazni koenzimi); SAM ; Glutation (koenzim glutation peroksidaze); Derivati ​​vitamina rastvorljivih u vodi:

— 0+ +- 0++ — 0+ + — 0 Kosubstrat je prostetička grupa koja je vezana za proteinski dio slabim nekovalentnim vezama. U trenutku reakcije enzimu se dodaje kosubstrat: na primjer, NAD +, NADP +. +- 0+ Proizvod Enzim + Supstrat Enzim Kosubstrat Kompleks enzim-supstrat Kosubstrat- 0+ Protetička grupa je obično usko povezana sa apoenzimom.

Kofaktori Joni kalijuma, magnezijuma, kalcijuma, cinka, bakra, gvožđa, itd. deluju kao kofaktori. Oni stabilizuju molekule supstrata i obezbeđuju njegovo vezivanje. stabiliziraju aktivni centar enzima, stabiliziraju tercijarnu i kvartarnu strukturu enzima; obezbediti katalizu. Uloga kofaktora je raznolika, a to su:

Na primjer, ATP spaja kinaze samo zajedno sa Mg 2+ + supstratom (ATP) kofaktorom (Mg 2+) + - 0 Enzim aktivni supstrat (ATP- Mg 2+) - 0+ + - 0+ Kompleks enzim-supstrat Proizvod (ADP ) — 0+ Enzim. Kofaktor (Mg 2+)

Lokalizacija i kompartmentalizacija enzima u ćelijama i tkivima Prema lokalizaciji u organizmu enzimi se dijele na: Opće enzime (univerzalne) Enzime specifične za organe Enzime specifične za organele. Organele-nespecifični enzimi. Prema svom položaju u ćeliji, enzimi se dijele na: kreatin kinaze, aminotransferaze itd. Enzimi glikolize, ribozomi itd.

Nalaze se u skoro svim ćelijama, obezbeđuju osnovne procese života ćelije: 1. Opšti enzimi (univerzalni) Enzimi: glikoliza, Krebsov ciklus, oksidativna fosforilacija, PPS, itd. Sinteza i upotreba ATP-a; metabolizam proteina, nukleinskih kiselina, lipida, ugljikohidrata i drugih organskih tvari; stvaranje elektrohemijskog potencijala; kretanje itd.

2. Enzimi specifični za organ Koštano tkivo Alkalna fosfataza Miokard AST, ALT, CK MB, LDH 1, 2 Bubrežna transamidinaza a, alkalna fosfataza jetrena arginaza, ALT, AST, LDH 4, 5, alkalna fosfataza 4, 5, alkalna fosfataza, glutahidrogen γ-peptidaza, glutahidrogen γ holinesteraza. Karakteristično za određene organe ili tkiva (ili grupu organa i tkiva). Osigurajte da obavljaju specifične funkcije Prostatna kisela fosfataza. α-amilaza, lipaza, γ-glutamil transpeptidaza

Distribucija enzima u organima jetre miok. Skel. mošus Bubreg Er Kost Prostata AST ALT LDH CK ALP CP 0 -10% 10 -50% 50 -75% 75 -100%

3. Enzimi specifični za organele Ćelijska membrana Alkalna fosfataza, Adenilat ciklaza, K-Na-ATPaza Citoplazma Enzimi glikolize, PFS Smooth ER Enzimi mikrozomalne oksidacije Ribozomi Enzimi biosinteze proteina. Lizozomi Kisela fosfataza. Mitohondriji Enzimi oksidativne fosforilacije, TCA ciklus, β-oksidacija masnih kiselina Core RNA polimeraza, NAD sintetaza

Izoenzimi su višestruki oblici jednog enzima koji katalizuju istu reakciju i razlikuju se po hemijskom sastavu. Izoenzimi se razlikuju po: afinitetu prema supstratu (različiti Km), maksimalnoj brzini katalizirane reakcije, elektroforetskoj pokretljivosti, različitoj osjetljivosti na inhibitore i aktivatore, optimalnom p. . H termostabilnost Izoenzimi imaju kvaternarnu strukturu, koju formira paran broj podjedinica (2, 4, 6, itd.): Izoenzimi Proteini kvartarne strukture i različite podjedinice stvaraju veću raznolikost oblika zbog manjeg broja gena .

Laktat dehidrogenaza (LDH) LDH se sastoji od 4 podjedinice 2 tipa M (mišić) i H (srce), koje u različitim kombinacijama formiraju 5 izoforma M (mišić)H (srce) Dikarboksilne AA preovlađuju u sastavu Diaminomonokarboksilne AA preovlađuju u sastavu Ë Ä ÃC O O H C C H 3 O Ï Ê 2 Í À Ä + 2 Í À Ä Í 2 C O O H C C H 3 O H Ë à ê ò à òH enzim glikolize i glukoneogeneze

LDH 1 NNNN LDH 2 NNNM LDH 3 NNMM LDH 4 NMMM LDH 5 MMMM O 2 H (srce) M (mišić) plućni epitel alveomiokard, eritrociti, poprečni presjek bubrežne kore, skeletni mišići, hepatociti. N neutralno r. H kiselo

Kreatin kinaza (kreatin fosfokinaza) CPK se sastoji od 2 podjedinice 2 tipa M (od engleskog, mišić - mišić) i B (od engleskog, mozak - mozak), koje u različitim kombinacijama formiraju 3 izoforme: CPK BB CPK MMKPK igra važnu ulogu u energetskoj razmjeni mišićnog i nervnog tkiva

Određivanje aktivnosti enzima i izoenzima specifičnih za organele u krvi ima široku primenu u kliničkoj dijagnostici: infarkt miokarda AST, ALT, CK MB, LDH 1, 2 Pankreatitis Pankreasna amilaza, γ-glutamil transpeptidaza, lipaza Hepatitis ALT, LDH 4, 5, γ - glutamil transpeptidaza, glutamat dehidrogenaza

Nomenklatura - nazivi pojedinih jedinjenja, njihove grupe, klase, kao i pravila za sastavljanje ovih naziva Klasifikacija - podela nečega prema odabranim karakteristikama Nomenklatura i klasifikacija enzima

Moderna nomenklatura enzima je internacionalna, prevedena na različite jezike. Istorijski nazivi: (pepsin, tripsin) radni nazivi: supstrat + aza završetak (saharaza) supstrat + njegova hemikalija. konverzija + aza (piruvat karboksilaza) Trivijalno Sistematično Ime može precizno identificirati enzim i njegovu kataliziranu reakciju. Svaka klasa je izgrađena prema specifičnoj shemi koju je 1961. godine usvojila Međunarodna unija biohemičara

Klasifikacija enzima Na osnovu 6 poznatih tipova hemijskih reakcija, enzimi koji ih katalizuju podeljeni su u 6 klasa. Na osnovu supstrata, prenosivih grupa itd., u svakoj klasi se razlikuje nekoliko potklasa i potpodklasa (od 5 do 23); Svaki enzim ima svoju šifru CF 1. 1. Prva cifra označava klasu, druga - podklasu, treća - podklasu, četvrta - serijski broj enzima u njegovoj podklasi (po redoslijedu otkrivanja). http://www. chem. qmul. ac. uk/iubmb/enzyme/

Br. Vrsta reakcije Podklasa Podklasa 1 Oksidoreduktaze 23 podklase Oksidaze Aerobne DG Anaerobne DG Oksigenaze Hidroksiperoksidaze 2 prenos funkcionalnih grupa Transferaze 10 podklase Kinaze Aminotransferaze Protein kinaze Protein kinaze Heksokinaze podgrupa Hydrokinaze 3 Hidrokinaze 3 hotases FPP 4 Nehidrolitički uklanjanje grupe sa supstrata a Liaze 7 podklase 5 izomerizacija izomeraze 5 podklase 6 sinteza zbog energije visokoenergetskih jedinjenja ligaza 6 podklase C-O-ligaza, C-S-ligaza, C-N-ligaza, C-C-ligaza

Nomenklatura enzima Ne postoji jedinstven pristup pravilima za imenovanje enzima - svaka klasa ima svoja pravila. Naziv enzima se sastoji od 2 dijela: 1 dio - naziv supstrata (supstrata), 2 dio - vrsta enzima. reakcija katalizirana. Završetak – AZA; Dodatne informacije, ako je potrebno, pišu se na kraju i stavljaju u zagrade: L -malat + NADP + ↔ PVK + CO 2 + NADH 2 L -malat: NADP + - oksidoreduktaza (dekarboksilacija);

1. Oksidoreduktaze Naziv klase: donor: akceptor (kosubstrat) oksidoreduktaza R - CH 2 - O H + NAD + R - CH =O + NAD H 2 Sistematski naziv: Alkohol: NAD + oksidoreduktaza Trivijalni naziv: alkohol dehidrogenaza Šifra: CF 1. 1 ℮ - i N +

2. Transferaze Naziv klase: odakle: odakle na koju poziciju – šta – donor transferaze: akceptor – transportovana grupa – transferaza AT F + D-heksoza ADP + D-heksoza -6 f Sistematski naziv: AT F: D -heksoza -6 - fosfotransferaza Trivijalni naziv: heksokinaza Šifra: CF 2. 7. 1. 1 Atomi i molekularni ostaci

3. Hidrolaze Naziv klase: Supstrat - ono što se odcijepi - hidrolaza Supstrat - hidrolaza Acetilholin + H 2 O acetat + holin Sistematski naziv: Acetilholin -acil hidrolaza Trivijalni naziv: Acetilholinesteraza Šifra: EC 3. 1. 1.

4. Liaze Naziv klase: supstrat: ono što se odcijepi – liaza L-malat H 2 O + fumarat Sistematski naziv: L-malat: hidro-liaza Trivijalni naziv: fumaraza Šifra: EF 4. 2. 1.

5. Izomeraze Naziv klase: Supstrat – vrsta izomerizacije – izomeraza Supstrat – proizvod – izomeraza Fumarna kiselina Maleinska kiselina Sistematski naziv: Fumarat – cis, trans – izomeraza

6. Ligaze (sintetaze) Naziv klase: supstrat: supstrat – ligaza (izvor energije) L-glutamat + NH 4 + + ATP L-glutamin + ADP + Fn Sistematski naziv: L-glutamat: amonijak – ligaza (ATP → ADP + Fn ) Trivijalan naziv: glutamin sintetaza Šifra: KF 6. 3. 1.

Enzimi

Enzimi ili enzimi su prirodni proteini koji se formiraju i funkcionišu u svim živim organizmima. Reč enzim dolazi od lat. fermentum - kvasac, drugo ime za enzime - enzime od grčkog. enzim - u kvascu.

Po prvi put su otkriveni enzimski procesi u proizvodnji fermentacije. Moderna fermentologija ili enzimologija je nauka o enzimima i njihovoj strukturnoj organizaciji. Rješava problem proučavanja mehanizama djelovanja enzima i načina regulacije aktivnosti enzima. Ovo interesovanje za biokatalizatore nije slučajno. Enzimi su najvažnije komponente ćelije bez njih, sinteza, razgradnja i međupretvorbe u živim organizmima su nemogući. Kroz enzimski aparat i regulaciju njegove aktivnosti reguliše se i brzina metaboličkih reakcija. Studij je važan za biologiju, medicinu, farmaciju i mnoge oblasti nacionalne ekonomije. Utvrđeno je da su mnoge ljudske bolesti povezane s oštećenjem enzimske aktivnosti;

Opća i specifična svojstva enzima.
Kao katalizatori, odnosno tvari koje ubrzavaju reakcije, enzimi imaju niz zajedničkih svojstava s kemijskim nebiološkim katalizatorima.
1. Enzimi su dio konačnog P i izlaze iz reakcije nepromijenjeni i ne troše se u procesu katalize.
2. Enzimi ne mogu pokrenuti reakcije koje su u suprotnosti sa zakonima termodinamike, oni ubrzavaju samo one reakcije koje se mogu dogoditi bez njih.
3. Enzimi, po pravilu, ne pomeraju položaj ravnoteže reakcije, već samo ubrzavaju njeno postizanje.
Istovremeno, enzimi imaju i specifična svojstva:
1. Po svojoj hemijskoj strukturi enzimi su proteini (99,9).
2. Efikasnost enzima je nekoliko redova veličine veća od efikasnosti nebioloških katalizatora.
Na primjer: H2O2  H2O + ½ O2
a) ako se reakcija odvija bez katalizatora, tada je Ea = 75,7 kJ/mol, mjehurići O2 su gotovo nevidljivi;
b) ako dodamo nebiološki katalizator, onda Ea = 54,1 kJ/mol, mjehurići su jasno vidljivi;
c) ako se doda biološki katalizator katalaza, tada Ea = 18 kJ/mol, otopina jednostavno "proključa".
3. Visoka specifičnost - svaki enzim katalizuje jednu reakciju ili jednu grupu reakcija, dok neorganski katalizatori djeluju na različite vrste reakcija.
4. Enzimi katalizuju reakcije u „blagim“ uslovima: pri normalnom P, pH = 7,0. Neorganski katalizatori zahtijevaju ekstremne pH vrijednosti i zagrijavanje do vrlo visokih temperatura.

Hemijska priroda i struktura enzima.
Važan dokaz proteinske prirode enzima bio je rad Pasteura (inaktivacija enzima fermentacije ključanjem), Pavlova (dokazao proteinsku prirodu pepsina, enzima u želučanom soku) itd.
1) važna karakteristika proteinske prirode enzima je njihov veliki Mr. Na primjer, za DW Mr = 4 106; 4,8 105, itd.
2) rastvori enzima su koloidne prirode - ne prolaze kroz polupropusnu membranu, precipitiraju se iz rastvora istim reagensima kao i proteini;
3) enzimi denaturiraju i gube svoju aktivnost pod uticajem visoke temperature, ultrazvuka, jakih alkalija i drugih faktora;
4) enzimi, kao i proteini, imaju amfoterna svojstva, elektroforetsku pokretljivost i pI.
5) kao i proteini, enzimi imaju visoku specifičnost;
6) konačno, direktan dokaz proteinske prirode enzima bila je umjetna sinteza enzima (ribonukleaza, lizozim), koji se po svojstvima i biološkoj aktivnosti ne razlikuju od svojih prirodnih analoga.
Enzimi

jednostavni proteini složeni proteini
sastoji se samo od PPC sastoji se od PPC + neproteinske komponente
(hidrolitički enzimi – pepsin, tripsin, ureaza, itd.)
ili proteinski enzimi (acetil CoA, DG laktat, itd.)
ili proteinski enzimi
U proteinskim enzimima, proteinski dio se naziva apoenzim, a neproteinski dio naziva se prostetička grupa. Opšti naziv za kompleksne enzime je holoenzim.
Ako je prostetička grupa slabo vezana za proteinski dio i lako se disocira, naziva se koenzim. Koenzim se može kombinovati s različitim proteinima, a proteinski dio određuje specifičnost djelovanja kompleksnih enzima. Istovremeno, bez koenzima složeni enzim ne može funkcionirati, jer je koenzim po pravilu u direktnom kontaktu sa supstratom (S) i služi kao nosilac ē, atoma ili grupe atoma.
Kofaktori ili koenzimi su:
1) Me joni – Mg2+, Ca2+, Cu2+, Mn2+ b lh/$
2) vitamini i njihovi fosforni estri - vitamin H (biotin) (u sastavu karboksilacionih koenzima), lipoična, folna kiselina, B1 itd.;
3) mononukleotidi FMN, ATP, GTP itd.;
4) većina koenzima su dinukleotidi NAD, NADP, HS-KoA itd.
Kod hipovitaminoze i avitaminoze nedostatak vitamina slabi biosintezu mnogih enzima i uzrokuje nedostatak hipokoenzima. Koenzimi takođe igraju važnu ulogu u stabilizaciji i zaštiti apoenzima. Potonji, bez koenzima, vjerojatnije će biti uništeni proteolitičkim enzimima.
Dakle, ni koenzimi ni apoenzimi sami po sebi nemaju katalitičku aktivnost, već samo u kombinaciji jedan s drugim.
S-s molekule najčešće imaju male veličine u odnosu na molekule enzima, stoga, tokom formiranja E-S kompleksa, ograničeni dio aminokiselina PPC, koji se naziva aktivni centar (AC), dolazi u kontakt sa S. U E-proteinima, ACP uključuje i protetske grupe.
Dakle, aktivni centar enzima je jedinstvena kombinacija aminokiselinskih ostataka koji osiguravaju direktnu interakciju između E i S i direktno učešće u činu katalize.
ACF

katalitičko mesto vezivnog mesta
područje u kojem dolazi do vezivanja S i E je kontaktno ili "sidreno" mjesto područje u kojem dolazi do transformacije S nakon njegovog vezivanja
Kada se E i S spoje i formira se ES kompleks, nukleofilne i elektrofilne grupe ACP, donirajući ili prihvatajući ē-ns, na taj način „labave“ elektronsku strukturu S, aktivirajući je i ubrzavajući hemijsku reakciju. Postoje enzimi koji imaju nekoliko ACP - ureaza-3; alkohol DG-4; acetilholinesteraza – 25-30 ACP kod različitih životinja.

Alosterični centri enzima.
Osim ACP, enzimi imaju i alosterične (grč. allos - drugo) ili ekstraprostorne centre. Ovo je mjesto utjecaja različitih regulatornih faktora na enzime. Odnos između ACP i ALCP naziva se alosterične interakcije. Važna karakteristika ALCF-a je njegova veća osjetljivost na različite utjecaje u odnosu na ACF.
Na primjer, kada se temperatura poveća i pH se primjenjuje, funkcija ALCF se ranije inhibira. Konkretno, s povećanjem temperature, alosterični centar heksokinaze gubi osjetljivost na regulatorne efekte inzulina i glukokortikoida, a funkcionalna aktivnost enzima se održava i nastavlja fosforilirati glukozu na račun ATP-a.

Regulatorno djelovanje na alosterični centar vrše: različiti metaboliti enzimskih reakcija, hormoni i njihovi metabolički produkti, NS medijatori itd. Oni se nazivaju efektori ili modifikatori. Njihovi molekuli nisu slični S-b molekulima.
Vezivanjem za alosterični centar efektori mijenjaju TS i SN enzima, mijenjajući tako konfiguraciju ACP, što dovodi do povećanja (aktivacije) ili smanjenja (inhibicije) enzimske aktivnosti.
Izoenzimi su molekularni oblici enzima koji nastaju zbog genetskih razlika u PS proteina enzima. Ovo je grupa enzima koji su prisutni unutar jedne vrste (LDG) ili unutar jedne ćelije (aminotransferaze), imaju isti mehanizam djelovanja, ali se razlikuju po nekim fizičko-hemijskim svojstvima: elektroforetskoj pokretljivosti, imunobiološkim reakcijama. Na primjer, postoji u obliku pet izoenzima. Iako kataliziraju istu reakciju, razlikuju se po svom Kt. Imaju isti Mr (134.000) i 4 PPP svaki sa Mr 33.500. Pet izoenzima odgovaraju pet različitih kombinacija dva različita tipa PPC, nazvanih M (mišićni) i H (srčani) lanci. Izoenzim M4 - nalazi se u mišićnom tkivu, sadrži identične 4M lance; H4 - nalazi se u srcu, sadrži identične 4H lance. Preostala tri izoenzima su različite kombinacije M3H; M2H2; MH3. Dvije vrste lanaca - M i H, kodiraju dva različita gena, kombinacija PPC je pod genetskom kontrolom. Prisustvo izoenzima i promjena njihovog omjera u organizmu jedan je od načina regulacije enzima.

Moderna klasifikacija enzima i njihova nomenklatura
Prema klasifikaciji koju je razvila Međunarodna komisija za enzime (1961), svi enzimi su podijeljeni u šest klasa. Klase se dijele na podklase, a ove na potklase, unutar kojih se enzimu dodjeljuje vlastiti serijski broj. Na primjer, LDH ima šifru. 1.1.1.27. 1- naziv klase - oksidoreduktaza - označava vrstu enzimske reakcije; Druga cifra pokazuje broj podklase; podklasa specificira djelovanje enzima, jer općenito ukazuje na prirodu hemijske grupe S. Potklasa – specificira prirodu napadnute hemijske veze S ili prirodu akceptora. br. 27 – serijski broj LDG u potklasi.
1) Oksidoreduktaze - katalizuju oksidaciono-redukcione reakcije - sadrže 17 podklasa i ~ 480 E. Na primjer: LDH.
2) Transferaze - katalizuju reakcije transfera različitih grupa sa jednog S (donora) na drugi (akceptor). 8 podklasa u zavisnosti od tipa prenesenih grupa i ~ 500 U. Na primjer: enzim kolin acetiltransferaza - katalizira prijenos ostatka sirćetne kiseline na holin  acetilholin.
3) Hidrolaze - kataliziraju cijepanje veza u S dodatkom vode. Sadrže 11 podklasa i ~460 E. Hidrolaze uključuju probavne enzime, kao i enzime koji su dio lizosoma i drugih ćelijskih organela, gdje doprinose razgradnji velikih molekula na manje.
4) Liaze - kataliziraju reakcije prekida veze u S bez dodavanja vode ili oksidacije. Sadrže 4 podklase i ~ 230 E - učestvuju u međureakcijama sinteze (sintaza) ili razgradnje (dehidrataza).
5) Izomeraze - kataliziraju pretvaranje izomera jedan u drugi. Mutaze (racemaze) se razlikuju od tipa reakcije izomerizacije. Sadrži 5 podklasa i ~80 E.
6) Ligaze (sintetaze) - katalizuju reakcije spajanja dva S molekula pomoću E fosfatnih veza. Izvor enzima je ATP, itd. Oni sadrže 5 podklasa, ~ 80 E (na primjer, heksokinaza, fosfofruktokinaza).

Nomenklatura enzima.
Postoje dvije vrste naziva enzima:
1) radni, ili trivijalni;
2) sistematski.
Radni naslov – naslov S + vrsta reakcije + završetak aza. Laktat + reakcija dehidrogenacije + aza LDH.
Za neke enzime ostavljena su njihova radna imena: pepsin, tripsin itd.
Sistematski naziv - naziv oba S + tip reakcije + aza.
-laktat (S1): NAD+ (S2) – oksidoreduktaza.
Sistematski naziv se daje samo onim enzimima čija je struktura u potpunosti proučena. U jednoj ćeliji ima ~104 molekula enzima, a katalizira se ~2000 različitih reakcija. Trenutno je poznato oko 1800 enzima, a ~150 enzima je dobijeno u kristalnom obliku.
Opće ideje o katalizi
Vjerovatnoća kemijske reakcije određena je razlikom između slobodnog E polaznih supstanci i slobodnog E produkta reakcije. Enzimi ubrzavaju hemijske reakcije zahvaljujući energiji aktivacije – Ea.
Ea je dodatna energija potrebna za pretvaranje svih molekula jedne supstance u aktivno stanje na datoj temperaturi. (Arrhenius – koncept Ea).
Dakle, Vfr ovisi o energetskoj barijeri koju reagirajuće tvari moraju prevladati, a visina ove barijere nije ista za različite reakcije.
Što je energija aktivacije veća, to se reakcija odvija sporije. Ea ne utiče na promjenu slobodnih enzima polaznih supstanci i produkta reakcije, odnosno ∆G, odnosno energetska mogućnost reakcije ne ovisi o enzimu.
Enzim snižava Ea (pik 2), odnosno smanjuje visinu barijere, što rezultira povećanjem udjela reaktivnih molekula, a samim tim i povećanjem Vfr. Što se Ea više smanjuje, to efikasnije djeluje katalizator i reakcija se više ubrzava.
S - početni supstrat

P – finalni proizvod

ΔG – standardna besplatna promjena energije

Ea nfr – energija aktivacije neenzimske reakcije

Ea fr – energija aktivacije enzimske reakcije

Mehanizam djelovanja enzima
Veliku ulogu u razvoju ideja o mehanizmu djelovanja enzima imali su klasični radovi Michaelisa i Mentena, koji su razvili odredbe o E-S kompleksima. Prema njihovim idejama (1915), enzimi se reverzibilno spajaju sa svojim S, formirajući nestabilan međuproizvod - E-S kompleks, koji se na kraju reakcije raspada na enzime i produkte reakcije (P). Zapravo, u prirodi postoji postepena transformacija S kroz niz međureakcija: ES1 → ES2 → ES3 ... → E + P. Šematski, transformacija S u P može se predstaviti na sljedeći način:

ACP se, po pravilu, nalazi duboko u E molekulu.
Matematička obrada reakcije za formiranje ES kompleksa omogućila je izvođenje jednadžbe koja se zove Michaelis-Menten jednačina:

gdje je Vfr – posmatrana brzina fr;
Vmax – maksimalna brzina fr uz nepotpuno zasićenje enzima S-volumenom;
[S] – koncentracija S;
Km – Michaelis-Menten konstanta.
Grafički, Michaelis-Menten jednačina izgleda ovako:

Na niskom [S], Vfr je direktno proporcionalan [S] u bilo kojem trenutku (reakcija 1. reda).
Iz Michaelis-Menten jednadžbe također slijedi da je pri niskoj vrijednosti Km i visokoj vrijednosti [S], Vfr maksimalan (in) i ne zavisi od [S] - ovo je reakcija nultog reda. Reakcija nultog reda odgovara fenomenu koji se zove potpuno zasićenje enzima supstratom.
Hiperbola koja izražava zavisnost Vfr od [S] naziva se Michaelisova kriva. Za ispravno određivanje aktivnosti enzima potrebno je postići reakciju nultog reda, odnosno odrediti Vfr pri zasićenim koncentracijama S.
Km je brojčano jednak [S] (mol (l)), pri čemu je V reakcije jednak polovini maksimuma.
Da biste odredili numeričku vrijednost Km, pronađite [S] na kojem je Vfr ½ od Vmax.
Stoga, određivanje Km igra važnu ulogu u razjašnjavanju MD modifikatora na aktivnost enzima.

Ponekad se graf konstruiše korištenjem dvostruke recipročne metode - Lineweaver-Burk metode:
Vrijednost i Vmax i Km preciznije se određuje dvostrukom recipročnom metodom.