Enzýmy David Čmejrek 3.D.

Prezentácia na tému: "Enzýmy David Čmejrek 3.D."— Prepis prezentácie:

1 Enzýmy David Čmejrek 3.D

2 Úvod Dobré jedlo by sme si mali vážiť ako dar od priateľa, vychutnávať ho každým okamihom pôžitku, milovať ho s láskou. K nemu neodmysliteľne patrí korenie ako k životu patria enzýmy Nenájdeme dve rovnaké snehové vločky z milióna ako ani nenájdeme dva identické ľudské charaktery. Práve paradoxne oni sú základom tejto zdanlivej odlišnosti. Poskytujú zvláštne tajomnú individualitu. Sú mysľou radov procesov odohrávajúcich sa v tele. Tieto enzýmy môžeme nazvať, s kvapkou irónie aj majordómami, ktorý ihneď po príchode preberú nadhľad a kontrolu nad situáciou. Bol som ovládnutý lákavosťou a impozantnosťou tejto problematiky. Dnes by som sa s vami všetkými chcel podeliť o svoje nadobudnuté vedomosti.

3 Všeobecná charakteristika
Enzýmy, katalyzátory v biologických systémoch, sú pozoruhodné molekulové prístroje, ktoré umožňujú kvadrilióny biochemických pochodov v našich bunkách naraz. Nachádzajú sa vo všetkých živých systémoch, ich prítomnosť umožňuje súhrn chemických premien v organizme – metabolizmus. Každý biologický druh má svoje vlastné enzýmy - druhová špecifickosť. Určujú charakter chemickej reakcie a podieľajú sa tiež na transformácií rôznych foriem energie. Bez ich prítomnosti by väčšina reakcií v biologických systémoch nemohla prebiehať resp. by prebiehala veľmi pomaly. Sú vysoko špecializované čo sa týka reakcie, ktorú katalyzujú a výberu reaktantov s ktorými interagujú. Väčšina známych enzýmov sú proteíny.

4 Zloženie enzýmov: Základnú časť každého enzýmu tvorí reťazec aminokyselín, tá sa spája s
nízkomolekulovými časťami ako väzba na niektorý vitamín, či minerálny prvok. - chemicky partia medzi jednoduché alebo zložené bielkoviny. Holoenzým - katalyticky aktívny komplex proteín–kofaktor kofaktor - nebielkovinová časť enzýmu s charakterom zložených bielkovín - môže byť ión kovu alebo organická molekula - koenzým apoenzým - proteínová časť enzýmu. enzýmy obsahujúce ióny kovov sa nazývajú metaloproteíny funkciu koenzýmov plnia aj niektoré vitamíny Vlastnosti: enzýmy majú podobné vlastnosti ako ostatné chemické katalyzátory, ale líšia sa: substrátovou špecifickosťou - enzým katalyzuje premenu len určitého substrátu, za substrátovú špecifickosť zodpovedá apoenzým špecifickosťou účinku - reakcia katalyzovaná enzýmom prebieha len určitým spôsobom vyššou účinnosťou - reakcie katalyzované enzýmami sú o niekoľko rádov rýchlejšie ako reakcie katalyzované inými chemickými katalyzátormi často pôsobia v celých komplexoch

5 Podmienky enzýmovej aktivity:
Druhy: endogény - fermenty, ktoré sa vytvárajú tráviacimi žľazami a usmerňujú procesy trávenia exogény - v našom tele riadia a prevádzajú najzložitejšie úkony a hlavne v bunkách zaisťujú látkovú premenu Lokalizácia a výskyt: intracelulárne - zastávajú a pôsobia vo vnútri bunky, v ktorej vznikli extracelulárne - pôsobia mimo bunky, v ktorej vznikli Podmienky enzýmovej aktivity: koncentrácia substrátu koncentrácia enzýmu teplota prostredia ph prostredia aktivátor - látka, ktorá enzým aktivuje, teda zvyšuje jeho aktivitu Inhibítor - látka, ktorá znižuje jeho aktivitu kompetitívna inhibícia nekompetitívna inhibícia alosterická inhibícia

6 Klasifikácia enzýmov 1. Oxidoreduktázy - katalyzujú intermolekulové oxidačno-redukčné premeny alkoholdehydrogenáza glukózaoxidáza kataláza 2. Transferázy - realizujú prenos skupín (–CH3, –NH2, glukózový zvyšok, atď.) v aktivovanej forme z ich donoru na akceptor acetyl-CoA – acetyltransferáza hexokináza RNA-polymeráza 3. Hydrolázy - hydrolyticky štiepia väzby, ktoré vznikli kondenzáciou napr. esterové, peptidové, glykozidové glukóza-6-fosfatáza karboxypeptidáza A adenozíntrifosfatáza

7 4. Lyázy - katalyzujú nehydrolytické štiepenie a vznik (pokiaľ nie je energeticky náročný) väzieb
C–C, C–O, C–N, apod. Pritom väčšinou zo substrátu odštepujú alebo doň vnášajú malé molekuly (H2O, CO2, NH3). karboanhydráza fumaráthydratáza seríndeamináza 5. Izomerázy - realizujú vnútromolekulové presuny atómov a ich skupín, teda vzájomné premeny izomérov laktátracemáza ribulóza-fosfát-3- epimeráza Triózafosfátizomeráza 6. Ligázy - katalyzujú vznik energeticky náročných väzieb za súčasného rozkladu látky uvoľňujúcej energiu (ATP) alanyl-tRNA-syntetáza pyruvátkarboxyláza DNA-ligáza

8 Aktívne miesta enzýmov
Aktívne miesto enzýmu je oblasť, kde sa viažu substráty (a prostetická skupina, ak nejaká je) a obsahuje aminokyselinové zvyšky, ktoré sa priamo zúčastňujú pri prestavbe väzieb v substráte. Napriek tomu, že sa enzýmy navzájom líšia štruktúrou, špecificitou a spôsobom katalýzy, je možné vysloviť niekoľko zovšeobecnení, čo sa týka týchto aktívnych miest: Aktívne miesto zaberá relatívne malú časť celkového objemu enzýmu Aktívne miesto je trojrozmerná samostatná jednotka Substráty sú viazané do enzýmov mnohými slabými interakciami Aktívne miesta sa nachádzajú v štrbinách a priehlbinách Špecificita interakcie závisí na presne definovanom usporiadaní atómov v aktívnom mieste

9 Michaelis-Mentenovej model
Pre mnohé enzýmy závisí rýchlosť katalýzy V od koncentrácie substrátu [S] ako ukazuje nasledujúci graf: Pri danej koncentrácii enzýmu je rýchlosť V takmer lineárne závislá na [S], keď je [S] nízke. Pri vysokom [S], je V takmer nezávislé na [S]. Tento najjednoduchší model vysvetľuje kinetické vlastnosti mnohých enzýmov: Enzým E interaguje so substrátom S za vzniku komplexu ES s rýchlostnou konštantou k1. Komplex ES má dve možnosti – buď disociuje späť na enzým E a substrát S s rýchlostnou konštantou k2, alebo pokračuje v reakcii za vzniku produktu P s rýchlostnou konštantou k3.

10 rovná polovici maximálnej rýchlosti.
Takáto reakcia je v podmienkach ustáleného stavu (steady-state) popísaná Michaelis-Mentenovej rovnicou: kde Vmax = k3[ET], pričom ET je celková koncentrácia enzýmu a KM je Michaelisova konštanta, pre ktorú platí: KM = (k2 + k3)/k1. Táto rovnica vysvetľuje kinetické údaje z predchádzajúceho grafu. Pri veľmi malej koncentrácii substrátu, keď je [S] oveľa menšie ako KM, V = [S]Vmax/KM; to znamená, že rýchlosť je priamoúmerná koncentrácii substrátu. Pri príliš vysokej koncentrácii substrátu, keď je [S] oveľa väčšie ako KM, V = Vmax; t.j. rýchlosť dosiahne maximálnu hodnotu a nezávisí od koncentrácie substrátu Význam hodnoty KM je zrejmý z rovnice. Keď [S] = KM, potom V = Vmax/2. Hodnota KM je teda rovná koncentrácii substrátu, pri ktorej je reakčná rýchlosť rovná polovici maximálnej rýchlosti.

11 Inhibícia enzýmov Enzýmové inhibítory sú látky, ktoré spomaľujú alebo spôsobujú zastavenie chemických reakcií. Existujú dve veľké triedy enzýmových inhibítorov: reverzibilné a ireverzibilné. Reverzibilná inhibícia môže byť: kompetitívna, akompetitívna, zmiešaná. Kompetitívny inhibítor súťaží so substrátom o aktívne miesto enzýmu. Ak inhibítor (I) obsadí aktívne miesto, zabraňuje tak väzbe substrátu do enzýmu. Kompetitívne inhibítory sú štruktúrne často veľmi podobné substrátu a interagujú s enzýmom za vzniku komplexu EI, avšak bez nasledujúcej katalytickej reakcie: Terapia založená na súťaži (kompetícii) o aktívne miesto sa používa pri liečení pacientov, ktorí požili metanol. Pečeňový enzým alkoholdehydrogenáza mení metanol na formaldehyd, ktorý je škodlivý pre mnohé tkanivá. Slepota je bežným dôsledkom požitia metanolu, pretože očné tkanivo je špeciálne citlivé na formaldehyd. Etanol ako alternatívny substrát je účinný v kompetícii o aktívne miesto na alkoholdehydrogenáze. Etanol pôsobí ako kompetitívny inhibítor, s tým rozdielom, že etanol je taktiež substrát a jeho koncentrácia sa bude ča-som znižovať v dôsledku toho, že sa mení na acetaldehyd. Terapia proti otrave metanolom je založená na intravenóznej infúzii etanolu, ktorá udržuje jeho hladinu v krvi konštantnú počas niekoľkých hodín. Etanol spomalí tvorbu formaldehydu a zníži tak riziko vážneho poškodenia istých tkanív, zatiaľ čo obličky odfiltrujú metanol do moču.

12 Akompetitívny inhibítor sa na rozdiel od kompetitívneho inhibítora neviaže do aktívneho miesta ale do regulačného miesta a interaguje iba s komplexom ES: Zmiešaný inhibítor sa taktiež neviaže do aktívneho miesta, ale interaguje aj s E aj s komplexom ES, pričom afinita k obom z nich je rôzna:

13 Ireverzibilné inhibítory sú tie, ktoré interagujú alebo ničia funkčnú skupinu na enzýme, ktorá je
nevyhnutná pre enzýmovú aktivitu alebo vytvárajú zvlášť stabilné nekovalentné komplexy s enzýmom. Tvorba kovalentnej väzby ireverzibilného inhibítora a enzýmu je bežná. Je veľmi dôležitým nástrojom pri štúdiu reakčného mechanizmu enzýmov. Aminokyselina s kľúčovou katalytickou funkciou v aktívnom mieste môže byť niekedy identifikovaná na základe toho, ktorá aminokyselina je kovalentne modifikovaná inhibítorom. samovražedné inhibítory: tvoria špeciálnu triedu inhibítorov.Tieto zlúčeniny sú relatívne nereaktívne, až kým sa nenaviažu do aktívneho miesta špecifického enzýmu. Samovražedný inaktivátor sa zúčastňuje na prvých krokoch normálnej enzýmovej reakcie, ale namiesto toho, aby sa transformoval na "normálny" produkt, mení sa tento inhibítor na reaktívnu zlúčeninu, ktorá ireverzibilne reaguje s enzýmom. samovražedné inaktivátory hrajú centrálnu úlohu pri tvorbe nových liekov – je to moderný prístup modelovania/vytvárania vysokoaktívnych liekov založený na znalosti štruktúry substrátu a reakčného mechanizmu daného enzýmu. Dobre vytvorený samovražedný inaktivátor je špecifický pre jediný typ enzýmu a je nereaktívny, až kým sa nedostane do aktívneho miesta enzýmu – lieky založené na takomto prístupe budú mať významnú vlastnosť, že ich vedľajšie účinky budú minimalizované.

14 Enzýmy tráviacej sústavy
1. Enzýmy ústnej dutiny ako zložka slín slinná alfa-amyláza - tento enzým účinkuje pomerne krátky čas - štiepi škrob 2. Enzýmy žalúdočnej šťavy pepsín - je to proteolytický enzým , ktorý hydrolyzuje peptidové väzby bielkovín a uvoľňuje nízkomolekulové peptidy žalúdočná lipáza - je acidorezistentný polypeptid ,ktorý štiepi emulgovaný tuk v mlieku a smotane - pre dospelého človeka nemá praktický význam, lebo neprejavuje takmer nijakú aktivitu, vo vzťahu k iným tukom, no jej tráviaci účinok je dôležitý najmä u dojčiat a malých detí gelatináza - pomáha skvapaľňovať proteoglykány mäsa chymozým - spôsobuje zrážanie mlieka žalúdočná amyláza - má v dôsledku kyslého pH pre trávenie cukrov len malý význam

15 3. Enzýmy pankreatickej štavy
trypsín a chymotrypsín - štepia nerozložené bielkoviny alebo ich natrávené zložky polypeptidy na peptidy s rôzne dlhými reťazcami, ale jednotlivé aminokyseliny neuvoľňujú. karboxypeptidázy A,B - štiepia degradačné produkty bielkovín až na jednotlivé aminokyseliny pankreatická alfa-amyláza - hydrolyzuje rastlinný škrob a glykogén na oligosacharidy pankreatická lipáza - hydrolyzuje neutrálne tuky na monoacylglyceroly a vyššie karboxylové kyseliny za prítomnosti žlče, ktorá emulgifikuje tuky na drobné kvapôčky , čím sa účinok lipázy zosiľňuje cholesterolesteráza - zúčastňuje sa na štiepení tukov - hydrolyzuje cholesterolové estery fosfolipáza - odštepuje vyššie karboxylové kyseliny z fosfolipidov 4. Enzýmy tenkého čreva enteropeptidázy – slúžia na rozštiepenie peptidov nukleázy - štiepia nukleové kyseliny sacharáza, maltáza, izomaltáza , laktáza - štiepia disacharidy na monosacharidy lipázy - štiepia monoacylglyceroly na glycerol a vyššie karboxylové kyseliny

16 Záver Mnohé oblasti vedy sú dnes ešte len v plienkach a čakajú na svoje objavenie. Napriek všetkému z nich poznáme asi 3000 druhov, z odhadovaného množstva 80 000, čiže len nepatrné zrniečko prachu. Zdá sa, že im nedokážeme venovať dostatok pozornosti, im ktorým sme vďační za možnosť normálne žiť mať vlastnú odlišnosť od ostatných nášho druhu. Významné mozgy minulosti dokázali už učiniť v tejto oblasti mnohé významné objavy, ale ako všetko, majú aj enzýmy svoje nevypovedané tajomstvá. Dúfam, že vás rovnako ako aj mňa fascinovala geniálnosť tejto tématiky. Je dôležité venovať sa enzýmom, potom sa aj hocikto z nás, keď nám enzýmy odhalia časť zo svojej rozsiahlej podstaty, môže stať súčasťou dvorany slávy ľudskej pamäti.