Enzymer, Katalys och Kinetik MNXA10/12 Hans-Erik Åkerlund Hastighet Reglerbarhet *Enzymer är Katalysatorer Påskyndar reaktioner utan att själv förbrukas. Kan ingå i delreaktioner men återbildas alltid A B A + E AE BE B + E *Påverkar inte jämvikten K lika som utan enzym. Påskyndar att jämvikten ställer in sig. Hastighet HOCH 2 O Behovet av katalys Karboanhydras Okatalyserat 5 sek Katalyserat 1 mikrosekund 10 6 reaktioner/sekund Världens snabbaste enzym Glukos + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O K=10 4900 1
Proteaser Okatalyserat 10-100 år, rumstemperatur och neutralt ph Katalyserat 1 ms 1000 /sek 10 11 gånger snabbare (Generellt för enzymer Hastighetsökning 10 6-10 17 gånger) Dessutom specifikt och reglerat Peptidbindningar Papain - ospecifikt Trypsin - på C-sidan om Arginin och Lysin Nedbrytning i tarmen Utsöndras av pankreas Trombin - på C-sidan av Arginin Deltar i blodkoaguleringen Enzymer och Jämvikt Enzymer påskyndar jämviktsinställningen men inte själva jämviktsläget Varför påskyndas reaktioner? Aktiveringsenergi Enzymer -gör att det krävs mindre aktiveringsenergi. -påverkar inte energiskillnaden mellan substrat och produkt 2
Kinetik Katalytiska Strategier Hastigheter för kemiska reaktioner Vanliga kemiska reaktioner 1. Närhet 2. Generell syra-bas 3. Kovalent 4. Metalljon 1:a ordningens reaktion A B v = d[a]/dt= - k 1 [A] 2:a ordningens reaktion C + D E + F v = d[c]/dt = d[d]/dt = - k 2 [C][D] Vanliga kemiska reaktioner utan enzym Hastigheten direkt proportionell mot koncentrationen av substrat. Enzymkatalyserad reaktion Upvisar mättnad dvs vid höga koncentrationer av substrat ökar inte hastigheten även om vi ökar koncentrationen av substratet. Karaktäristiskt för enzymkatalyserad reaktion. Michaelis-Menten Avsätt v 0 som funktion av [S] v = V max *[S]/(K M +[S]) Begränsat av mängden katalytiska ytor active sites 3
Allostera enzymer -följer inte Michaelis-Menten kinetik -uppvisar sigmoid aktivitetskurva -visar mättnad som alla andra enzymer -oftast flera subenheter -bindning av substrat till enzymet gör att enzymet blir mer arktivt Kintetik och reversibel inhibering Tävlande inhibering Inhibitor binder till aktiva ytan Liknar ofta substratet -nyckelpunkter i metabolismen -starkt reglerade -energetiskt enkelriktade reaktioner Icke tävlande inhibering Ex Kymotrypsin Ett proteas med katlytiskt aktiv serin Hydrolys av peptidbindning Sidogrupper på de närmaste aminosyrorna S n fickor i proteaset P n sidogrupper i substratet C-sidan om aromatiska eller stora opolära grupper Klyvningsställe 4
Den katalytiska triaden Flyttar tillfälligt en proton från serin till histidin med stöd av asprartat. Genererar alkoxidjonen av serin som är starkt reaktiv (nukleofil) Triaden tar proton Serin alkoxiden gör en nukleofil attack på karbonylkolet Reaktionssekvens Kymotrypsin (och andra serinproteaser) Stabilisering av oxyanjonen Återgång, upptag av proton från Histidin och brytning av peptidbindning Ena delen av peptiden frisätts Andra kovalent förestrad till serinet Peptid binder in Vatten avlämnar proton till Histidin Hydroxidjonen gör en nukleofil attack på karbonylkolet Enzym Enzym Karboanhydras Zn 2+ prostetisk grupp Metalljonkatalys Aktivering av vatten (istället för 15.7 för fritt vatten) k cat =10 6 s -1 ca 7 miljoner ggr snabbare än utan katalys Hasthetsbegränsningen ligger i borttagande av protonen. 5