Biologisk katalysator

Transkript

1 Enzymer biologiska katalysatorer Enzymer är biologiska katalysatorer som sänker aktiverings-energin! Biochemistry Kapitel 8 samt delar av kapitel 9 och 10 Biologisk katalysator Enzymer sänker aktiveringsenergin! Enzymkatalyserade reaktioner påverkas av: koncentration enzym/reaktanter, temperatur, ph, hämmare/aktivator Jan-Olov Höög, MBB, KI 1

2 Enzymer kraftfulla specifika katalysatorer Enzymer Karbanhydras ett av de mest effektiva enzymerna. Onödigt effektivt. k cat = 1 x 10 6 s -1 Diffusion begränsar k cat 1 x 10 4 s -1 Jan-Olov Höög, MBB, KI 2

3 Kinetik Kinetik är studier av reaktionshastigheter Bestämning av kinetiska parametrar mått på enzymaktivitet Nollte ordningens kinetik: v = k[s] 0 Oberoende av substratkoncentrationen Första ordningens kinetik: v = k[s] 1 Direkt proportionell mot substratkoncentrationen Första ordningens kinetik Reaktionshastigheten proportionell mot koncentrationen av en reaktant/substrat S k P v [mol/min] v d[p] d[s] k [S] dt dt lutning=k [S] [M] Jan-Olov Höög, MBB, KI 3

4 Michaelis-Menten kinetik Många enzymatiskt katalyserade reaktioner ger nedanstående graf. v [mol/min] 0:e ordningens kinetik v oberoende av [S] (mättnad) 1:a ordningens kinetik [S] [M] Jan-Olov Höög, MBB, KI 4

5 Jan-Olov Höög, MBB, KI 5

6 Enzymspecificitet Enzymer påskyndar reaktionen Jan-Olov Höög, MBB, KI 6

7 Enzym-substrat komplex Jan-Olov Höög, MBB, KI 7

8 Jan-Olov Höög, MBB, KI 8

9 Ofta flera substrat inblandade Jan-Olov Höög, MBB, KI 9

10 Michaelis-Menten kinetik (1) Många enzymatiskt katalyserade reaktioner ger nedanstående graf. v [mol/min] 0:e ordningens kinetik v oberoende av [S] (mättnad) 1:a ordningens kinetik [S] [M] Jan-Olov Höög, MBB, KI 10

11 Michaelis-Menten kinetik (2) Michaelis och Menten (1913) ställde upp följande modell för att förklara experimentella data. (Analysen modifierades av Briggs och Haldane (1925). k 1 E + S ES E + P k -1 Två antaganden behöver göras: - tillbakareaktionen k -2 försummas (initiala hastigheten) - steady state gäller, dvs [ES] är konstant k 2 k -2 Michaelis-Menten kinetik (3) Vi ser att då [S] = K m så är v = v max /2. v=v max [S] [S] Km v [nmol/min] v max v max /2 [S]=K M [S] [mm] Jan-Olov Höög, MBB, KI 11

12 Lineweaver-Burke plot (1) Det kan vara svårt att ur grafer där v ritas som funktion av [S] att bestämma K m och v max. v [nmol/min] v max? [S] [mm] Lineweaver-Burke plot (2) Om man inverterar Michaelis-Mentens ekvation får man en ekvation för en rät linje. y = a + k x v 1 v 1 v Km max max 1 [S] Plottar man sina mätdata 1/v som funktion av 1/[S] får man en s. k. Lineweaver-Burke plot, ur vilken K m och v max lätt kan bestämmas. Jan-Olov Höög, MBB, KI 12

13 Lineweaver-Burke plot (3) 1 v [min/nmol] 1 v max 1 K M 1 [S] [(mm) -1 ] Jan-Olov Höög, MBB, KI 13

14 (a) Kompetetiv inhibering (1) substratet och hämmaren tävlar om att binda till samma site på enzymet Substrat Inhibitor Enzym Jan-Olov Höög, MBB, KI 14

15 Kompetetiv inhibering (2) Reaktionsschema: k 1 E + S ES E + P +I E I Analys ger: k 2 k 3 Kompetetiv inhibering (3) Grafiskt: 1 [min/nmol] v [nmol/min] utan I med I v med I utan I [S] [mm] 1 Km 1 [S] [(mm)-1 ] v max oförändrat, K m blir större Jan-Olov Höög, MBB, KI 15

16 Jan-Olov Höög, MBB, KI 16

17 Jan-Olov Höög, MBB, KI 17

18 Jan-Olov Höög, MBB, KI 18

19 Allostert reglerade enzymer Jfr Hb Effektorer Jan-Olov Höög, MBB, KI 19

20 Aktivator kontra Inhibitor Jan-Olov Höög, MBB, KI 20

21 Feed-back inhibering Irreversibel inhibering Hämmar enzymet tills det bryts ned, dvs för att aktivitet ska återfås måste nytt enzym bildas En hämmare som binder kovalent och där cellen inte har något system för att bryta bindningen Inga kroppsegna irreversibla hämmare har påvisats Gifter (olika toxiner) är ofta irreversibla Vissa läkemedel fungerar som irreversibla hämmare (t ex Antabus) Jan-Olov Höög, MBB, KI 21

22 Kovalent modifiering Fosforylering kan ske på hydroxylgrupper, dvs Ser, Thr och Tyr Jan-Olov Höög, MBB, KI 22

23 Jan-Olov Höög, MBB, KI 23

24 Isoenzymer Katalyserar samma enzymatiska reaktion men med olika hastighet T ex Laktatdehydrogenas med M och H subenheter Alkoholdehydrogenas med många olika varianter etc Olika hastighet i olika organ Används kliniskt för att bl a spåra hjärtinfarkt Jan-Olov Höög, MBB, KI 24

25 Inaktiva proformer - zymogen Syntetiseras i organ där de ej ska vara aktiva, t ex matspjälkningsenzymer som trypsin och chymotrypsin som syntetiseras i pankreas. Aktiveras i tarmen. Jämför proinsulin. Procesning av peptider/proteiner Åtskilliga exempel finns I princip alla peptidhormoner är processade, jämför insulin En annan stor grupp är serinproteaser där enzymet syntetiseras i en inaktiv form Jan-Olov Höög, MBB, KI 25

26 Enzymklasser Jan-Olov Höög, MBB, KI 26

27 Jan-Olov Höög, MBB, KI 27