Post on 24-Jan-2016
description
Enzymologia-7
Mechanizmy reakcji enzymatycznych (I)
KLASY I PODKLASY ENZYMÓW1. OKSYDOREDUKTAZY 2. TRANSFERAZY
- dehydrogenazy - transaldolaza- oksydazy - trasketolaza - reduktazy - acylo-, metylo-, amino-,
glukonylo-- peroksydazy i fosforylo- transferazy- katalaza - kinazy- oksygenazy - fosfomutazy- hydroksylazy
3. HYDROLAZY 4. LIAZY
- esterazy - dekarboksylazy- glikozydazy - aldolazy- peptydazy - ketolazy- tiolazy - hydratazy- fosfolipazy - dehydratazy- amidazy - syntazy- dezamidazy - liazy
5. IZOMERAZY 6. LIGAZY
- racemazy - syntetazy- epimerazy - karboksylazy- mutazy
Dehydrogenaza alkoholowa
Oksydoreduktazy (E.C. 1)
• Katalizują reakcje utleniania i redukcji– Dehydrogenazy– Oksydazy– Oksygenazy– Reduktazy– Peroksydazy– hydroksylazy
Transferazy (E.C. 2)
• Katalizują transfer określonej grupy z jednej cząsteczki na drugą.
– Transaminazy
– Transmetylazy
– Transkarboksylazy
– Transketolazy, transaldolazy
– Kinazy
– Fosfomutazy
hexokinase
Hydrolazy (E.C. 3)
• Katalizują reakcje hydrolizy
– Esterazy
– Fosfatazy
– Peptydazy
– Amidazy
– Dezamidazy
– Fosfolipazy
Liazy (E.C. 4)
• Enzymy odwracalnie lub nieodwracalnie katalizujące odszczepienie grup bez udziału wody – Dekarboksylazy
– Hydratazy
– Deaminazy
– Aldolazy
Dekarboksylaza pirogronianowa
Izomerazy (E.C. 5)
• Katalizują reakcję izomeryzacji
– Epimerazy– Racemazy– Mutazy
Racemaza alaninowa
Ligazy (E.C. 6)
• Katalizują reakcję tworzenia nowego wiązania z wykorzystaniem energii z ATP.
– Syntetazy– Karboksylazy
Karboksylaza pirogronianowa
OKSYDOREDUKTAZY
R CH3
- 2e
+ 2eR C
H
H
OH+ 2e
- 2eC
O
HR
- 2e
+ 2eR C
O
OH
- 3 - 1 + 1 + 3
Xutl + n e Xzred
Yzred Yutl + n e
Xutl + Yzred Xzred + Yutl
Stopnie utlenienia atomów węgla w metabolitach
Schemat ogólny reakcji redoks
Utlenienie: usunięcie elektronów. Akceptor: koenzym lub grupa prostetyczna (jon metalu); w drugim przypadku jon pełni rolę pośrednika, a końcowym akceptorem jest cząsteczka O2 ulegająca dwuelektronowej redukcji do H2O2
lub czteroelektronowej redukcji do H2O
Potencjał oksydoredukcyjny
Potencjał oksydoredukcyjny pary X: X- odpowiada napięciu (SEM) ogniwa, w którym elektrodą odniesienia jest standardowa elektroda wodorowa.
Silne reduktory wykazują ujemny potencjał redoks, a silne utleniacze – dodatni.
Stan standardowy przyjęty przez biochemików odpowiada [H+] = 10-7 M, czyli pH = 7
Standardowe potencjały redoks niektórych reakcji biochemicznych
½ O2 + 2H+ + 2e- H2O 0,82
Fe(III) + e- Fe(II) 0,77
cytochrom c /Fe(III)/ + e- cytochrom c /Fe(II)/ 0,22
Fumaran + 2H+ + 2e- bursztynian 0,03
FAD + 2H+ + 2e- FADH2 -0.22
NAD(P)+ + H+ + 2e- NAD(P)H -0,32
2H+ + 2e- H2 -0,42
octan + CO2 + 2H+ + 2e- pirogronian -0,70
Reakcja E0’ (V)
O
OH
O
+ 2 H+ + 2 e
OH
O
OH
Eo = - 0.19 V
NAD+ + H
+ + 2 e NADH Eo = - 0.32 V
O
OH
O
+ NADH + H+
OH
O
OH
+ NAD+
Przewidywanie kierunku reakcji redoks
Reakcja redukcji pirogronianu ma większą wartość E0 niż reakcja redukcji NAD+, zatem
w tym układzie pirogronian jest redukowany do mleczanu zaś NADH - utleniany do NAD+
E0 = E0(red) – E 0(utl) = - 0.19 V – (- 0.32 V) = + 0.13 V
OKSYDOREDUKTAZY
X C H X C + +
H- _
X C H X C + +H
- _
Dwie możliwości tworzenia produktu pośredniegow procesach przeniesienia dwuelektronowego
O
HO
O
OH OH
OH
kwas askorbinowy (witamina C)
o
HO
witamina E
O
O
( )n
witamina K
n)(
O
O
CH3O
CH3O
koenzym Q
Fizjologiczne „pułapki” wolnych rodników
O N
H H O
NH2
OH
H++ + 2 e
-
H+
e-2
_ _O N
O
NH2
OH
H
+
Dehydrogenazy wykorzystujące dinukleotydy nikotynamidoadeninowe
C
H
OH C O + 2 H+ e
-2+
+H++C OC
H
NH2 NH4 ++
+ 2 e-
H+2+C
H
CH2COOH
OH
C
H
CH2COOH
O
C CH3
O
+ CO2
C H
O
+ H2O C OH
O
+ 2 e-
H+2+
C
H
C
H
C C + 2 H+ e
-2+
C
H
NH C N + 2 H+ e
-2+
Dehydrogenaza alkoholowaDehydrogenaza mleczanowaDehydrogenaza jabłczanowa
Dehydrogenaza glutaminianowa
Dehydrogenaza izocytrynianowa
Dehydrogenaza aldehydowa
Reduktaza steroidowa
Reduktaza dihydrofolianowa
Reakcja Przykładowe enzymy
Typy reakcji katalizowanych przez enzymy wykorzystujące NAD(P)+/NAD(P)H
O N
OH
H
H2N
O
+
Zn
Cys174
Cys46
His67R
H H
O H H
__
HDehydrogenaza alkoholowa
Dehydrogenaza alkoholowa
N
NN
N
OP
OP
O
O
O
OH OH
O O O OOHO
OH OH
N
N
N
N
NH2
H H
H
H
N
NN
NO
O
+ 2H+ + 2 e
-
N
NN
NO
O
H
H
H
Reakcje enzymatycznego utleniania i redukcji z udziałemnukleotydów flawinowych
Ryboflawina
FMN FAD
Zmiana potencjału redox FAD w centrum aktywnym enzymu:
-0.47 < Eo < +0.15
Otoczenie koenzymu modyfikuje jego potencjał redukcyjny
Flawoenzymy
Dehydrogenazy O2 nie jest akceptorem elektronów. Reakcja często zachodzi w etapach jednoelektronowych, a akceptorami elektronów sa:chinony, cytochromy lub niehemowe kompleksy żelazo-siarka
Oksydazy Akceptorem elektronów jest O2 redukowany w procesie dwuelektronowym do H2O2
Oksydazodekarboksylazy Akceptorem elektronów jest O2 redukowany w procesie czteroelektronowym do H2O
Monooksygenazy Akceptorem elektronów jest O2, przy czym produktami reakcjisą woda i hydroksylowany produkt
Dioksygenazy Akceptorem elektronów jest O2, przy czym oba atomy tlenuzostają związane w produkcie
Metaloflawoenzymy Akceptorem elektronów może być O2, Wymagana jest obecność jonu metalu (Fe2+, Fe3+, Mo4+) służącego jako przenośnik elektronów
Flawodoksyny Elektrony przenoszone są w etapach jednoelektronowych.Bez wątpienia reakcje te zachodzą z utworzeniem semichinonu
Dehydrogenazy flawinowe
H
N
NN
NO
O
N NH+
H
N
NN
NO
O
HOOH
O
OH H
H H
HOOH
O
OH
H
N
NN
NO
O H
H
B B H+
__ -
Dehydrogenaza bursztynianowa
Oksydazy flawinowe
H
H+ O2
FADE
+ H2O2
H
HE FAD+ E FADH2+
FADH2E
O2H2O2
FADE
Schemat ogólny reakcji
Etapy reakcji
oksydazę D-aminokwasowa DAAO
Katalizuje reakcję:
D-aminokwasy -iminokwasy
drożdżowa DAAO ludzka DAAO
Reakcja katalizowana przez oksydazę D-aminokwasową
Reakcja katalizowana przez oksydazę D-aminokwasową
Mechanizm reakcji
Jeżeli substratem jest D-Ala …
Monooksygenazy flawinowe
+ O2
FADE+ H2OH + XH OH + X
XH – zwykle NADH lub NADPH
N
N
N
N
H
O
O
OO
H
H
O
H R
HN
N
N
NO
O
OO
RH
H
B
+ N
N
N
NO
O
HR
O
O
H
HN
N
N
NO
OO
HO R
+_
N
N
N
NO
OO
HO R
O
HO R
H
FMN*
h
Mechanizm reakcji katalizowanej prze lucyferazę bakteryjną
Monooksygenazy pterynowe
N
N
N
N
O
H2N
OH
OH
CH3
H HN
N
N
N
O
H2N
OH
OH
CH3
H
H
H
N
N
N
N
O
H2N
OH
OH
CH3
H
HH
H
HH
biopteryna 7,8-dihydrobiopteryna 5,6,7,8-tetrahydrobiopteryna
Hydroksylaza fenyloalaninowa PHA
katalizuje reakcje hydroksylacji Phe do Tyrbrak genu kodującego PHA powoduje fenyloketonurięjest tetrameremjest metaloenzymem – w centrum aktywnym Fe 3+
NH2
O
O
OH
H
B H B
NH2
O
O
OH
HH
+
NH2
O
O
H
HHO
B
+
B
NH2
O
O
H
HOH
+
NH2
O
O
HO
HHB
_ __
_
_
Etapy reakcji: a/ tetrahydrobiopteryna związana z enzymem redukuje Fe(III) do Fe (II); b/ jon Fe(II) łączy się z anionorodnikiem nadtlenkowym – tworzy się kompleks Fe(II): anionorodnik;c/ kompleks służy jako czynnik epoksydujący pierścień L-Phe;d/ przegrupowanie
R NH2
HH+ O2
Cu(II) R NH
H+ H2O2
H2O NH3 R O
H
Oksydazy zawierające jony miedzi
Oksydaza aminowa
Dysmutaza nadtlenkowa
O2 + O2 + 2H+ O2 + H2O2
Cu(II)+ O2
Cu(I)+ O2
Cu(I)
O2+
Cu(II)+ H2O2
Struktura cytochromu c Położenie hemu w cytochromach tyou c
Enzymy hemoproteinowe
Enzymy hemoproteinowe
Monooksygenazy cytochromu P450
RH + O2 + NADPH + H+ ROH + H2O + NADP+
Działanie cytochromu P450
Dioksygenazy
Cyklooksygenaza prostaglandynowa
Aktywność cyklooksygenazową wykazuje syntaza prostaglandyny H2
Transferazy
Koenzymy współpracujące z transferazami
Przenoszona grupa funkcyjna Koenzym
metylowa, metylenowa, kwasy tetrahydrofolioweformylowa, formiminowa S-adenozylometionina
kobalamina
aldehydowe i ketonowe pirofosforan tiaminy
acylowe koenzym Alipoamid
aminowe fosforan pirydoksalu
N
NN
N
N
NN
OH
OO OH
OO OH
O
OH
H2NH
H
H
HH
( )n
miejsca przyłączaniagrup jednowęglowych
H
HN
NN
N
NOH
H2N
CH3
N
NN
N
NOH
H2N
HC
O H
N
NN
N
NOH
H2N
H2C
Struktura kwasów tetrahydrofoliowych
Transferazy przenoszące grupy jednowęglowe
Hydroksymetylaza serynowa
Katalizuje reakcje przekształcenia Ser w Gly z równoczesnym utworzeniem kwasu N5,N10-metylenotetrahydrofoliowego
Jedna podjednostka dimerycznego enzymu
Hydroksymetylaza serynowa
+
N
H
OHO
O
P
O OHOH N
H
OHO
N
P
O OHOH
BB H
N
H
OHO
N
P
O OHOH
HOH
O
_-
+
O
H H
O
H H
+
-
HOH
O
N
H
OHO
N
P
O OHOH
B H
_-
H2O
O
H H
N
H
OHO
O
P
O OHOH
H2NOH
O
+
OH
NH2
O
HO
OH
OH H
HO
Etap I
H
HN
NN
N
NOH
H2N
N
NN
N
NOH
H2N
H2C
H
O
H H
B H+
B H+
B
N
NN
N
NOH
H2N
HO
H
H
H
+
+
H
HN
NN
N
NOH
H2N
CH2
B
H2O
Etap II
O
SHO
CH3
NH2
O
OH OH
N
N N
N
NH2
+
Nu-
Nu- Nu-
NuH3C O
OH OH
N
N N
N
NH2
HO
NH2
O
NuNu
S-adenozynometionina jako donor grupy metylowej lub...
R
O
O
OHO
HO OH
N
N
N
N
NH2
SN N
OP
OP
O
O OHHO O
H3C CH3
OH
OO
H H
Acylotransferazy
Struktura acylokoenzymu A
N
H
OHO
O
P
O OHOH
NH2
O
OHH
H
H N
OH
O
OHH
H
B
H+ + H
B H
O
OH
HH N
OH
+
_
HOO
O
SCoA
H N
OH
O
OH
HH
+
HO
O
OSCoA_
HO
O
O
+H
HH N
OH
_
+B H
H O
OH
HO
O
O
NH2
Mechanizm reakcji katalizowanej przez syntazę kwasu -aminolewulinowego
Fosfotransferazy
R O P
O
O
O
_
_+ H2O ROH +
_O P
O
O
O
__
_O P
O
O
O
R+ROHH2O+_
R O P
O
O
O
R
_
Y P
O
O
O
++_
X P
O
O
O
_X
-Y
-
_O P
O
O
O_
_+R'OHR O R'+ R O P
O
O
O
_
_
FOSFATAZY
FOSFODIESTERAZY
KINAZY
FOSFORYLAZY
O
OH OH
N
N
N
N
NH2
OP
OP
O
O OO O
HOP
O OH H H HHH
HOP
O O
XR
N
N
NH2
N
NO
OH OH
HOP
OP
O
O OO O
RX-
+
+
OP
OP
O OO O
OH
O
OH OH
N
N
N
N
NH2
HOP
O OH HHHH
HOP
O O
OP
OP
O
O OO O
N
N
NH2
N
NO
OH OH
+
RX-
O
OH OH
N
N
N
N
NH2
HHHH
HOP
O O
OP
OP
O
O OO O
N
N
NH2
N
NO
OH OH
+
RX-
OP
O O
XR
O
OH OH
N
N
N
N
NH2
HOP
O OH H HHHH
HOP
O O
OP
OP
O
O OO O
N
N
NH2
N
NO
OH OH
HOP
O
O O
HH
HOP
O O
OP
O O
OH RXP
O
O O
RX-
RX
H
Przeniesienie fosforylu - kinazy
Przeniesienie pirofosforylu
Przeniesienie adenylilu
Przeniesienie adenozylu
Aminotransferazy
Aminotransferazy katalizują przeniesienie grupy aminowej z aminokwasu na -ketokwas.
Aminotransferazy współpracują z fosforanem pirydoksalu (PLP)
aminokwas1 + -ketokwas2 aminokwas2 + -ketokwas1
aminokwas1 + E-PLP -ketokwas1 + E-PMP
Pierwsza połowa reakcji katalizowanej przez aminotransferazę
Druga połowa reakcji jest niejako odwróceniem reakcji pierwszej
-ketokwas2 + E-PMP aminokwas2 + E-PLP
Aminotransferazy
Aminotransferazy
Struktura aminotransferazy asparaginianowej
Enzymy wykorzystujące PLP jako koenzym należą do różnych klas
Sprotonowana forma aldoiminy pełni rolępułapki elektronowej. Ładunek dodatnina atomie azotu stabilizuje intermediat
np. aminotransferazy, racemazy aminokwasowe
np. dekarboksylazy aminokwasowe, syntaza kwasu -aminolewulinowego
np. aldolazy, hydroksymetylotransferaza serynowa