Enzymologia-7
description
Transcript of Enzymologia-7
![Page 1: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/1.jpg)
Enzymologia-7
Mechanizmy reakcji enzymatycznych (I)
![Page 2: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/2.jpg)
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
![Page 3: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/3.jpg)
Dehydrogenaza alkoholowa
Oksydoreduktazy (E.C. 1)
• Katalizują reakcje utleniania i redukcji– Dehydrogenazy– Oksydazy– Oksygenazy– Reduktazy– Peroksydazy– hydroksylazy
![Page 4: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/4.jpg)
Transferazy (E.C. 2)
• Katalizują transfer określonej grupy z jednej cząsteczki na drugą.
– Transaminazy
– Transmetylazy
– Transkarboksylazy
– Transketolazy, transaldolazy
– Kinazy
– Fosfomutazy
hexokinase
![Page 5: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/5.jpg)
Hydrolazy (E.C. 3)
• Katalizują reakcje hydrolizy
– Esterazy
– Fosfatazy
– Peptydazy
– Amidazy
– Dezamidazy
– Fosfolipazy
![Page 6: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/6.jpg)
Liazy (E.C. 4)
• Enzymy odwracalnie lub nieodwracalnie katalizujące odszczepienie grup bez udziału wody – Dekarboksylazy
– Hydratazy
– Deaminazy
– Aldolazy
Dekarboksylaza pirogronianowa
![Page 7: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/7.jpg)
Izomerazy (E.C. 5)
• Katalizują reakcję izomeryzacji
– Epimerazy– Racemazy– Mutazy
Racemaza alaninowa
![Page 8: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/8.jpg)
Ligazy (E.C. 6)
• Katalizują reakcję tworzenia nowego wiązania z wykorzystaniem energii z ATP.
– Syntetazy– Karboksylazy
Karboksylaza pirogronianowa
![Page 9: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/9.jpg)
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
![Page 10: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/10.jpg)
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
![Page 11: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/11.jpg)
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)
![Page 12: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/13.jpg)
X C H X C + +
H- _
X C H X C + +H
- _
Dwie możliwości tworzenia produktu pośredniegow procesach przeniesienia dwuelektronowego
![Page 14: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/14.jpg)
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
![Page 15: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/15.jpg)
O N
H H O
NH2
OH
H++ + 2 e
-
H+
e-2
_ _O N
O
NH2
OH
H
+
Dehydrogenazy wykorzystujące dinukleotydy nikotynamidoadeninowe
![Page 16: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/16.jpg)
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
![Page 17: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/17.jpg)
O N
OH
H
H2N
O
+
Zn
Cys174
Cys46
His67R
H H
O H H
__
HDehydrogenaza alkoholowa
![Page 18: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/18.jpg)
Dehydrogenaza alkoholowa
![Page 19: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/19.jpg)
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
![Page 20: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/20.jpg)
Zmiana potencjału redox FAD w centrum aktywnym enzymu:
-0.47 < Eo < +0.15
Otoczenie koenzymu modyfikuje jego potencjał redukcyjny
![Page 21: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/21.jpg)
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
![Page 22: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/22.jpg)
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
![Page 23: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/23.jpg)
Oksydazy flawinowe
H
H+ O2
FADE
+ H2O2
H
HE FAD+ E FADH2+
FADH2E
O2H2O2
FADE
Schemat ogólny reakcji
Etapy reakcji
![Page 24: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/24.jpg)
oksydazę D-aminokwasowa DAAO
Katalizuje reakcję:
D-aminokwasy -iminokwasy
drożdżowa DAAO ludzka DAAO
![Page 25: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/25.jpg)
Reakcja katalizowana przez oksydazę D-aminokwasową
![Page 26: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/26.jpg)
Reakcja katalizowana przez oksydazę D-aminokwasową
Mechanizm reakcji
![Page 27: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/27.jpg)
Jeżeli substratem jest D-Ala …
![Page 28: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/28.jpg)
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
![Page 29: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/29.jpg)
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
![Page 30: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/30.jpg)
Hydroksylaza fenyloalaninowa PHA
katalizuje reakcje hydroksylacji Phe do Tyrbrak genu kodującego PHA powoduje fenyloketonurięjest tetrameremjest metaloenzymem – w centrum aktywnym Fe 3+
![Page 31: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/31.jpg)
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
![Page 32: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/32.jpg)
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
![Page 33: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/33.jpg)
Struktura cytochromu c Położenie hemu w cytochromach tyou c
Enzymy hemoproteinowe
![Page 34: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/34.jpg)
Enzymy hemoproteinowe
Monooksygenazy cytochromu P450
RH + O2 + NADPH + H+ ROH + H2O + NADP+
Działanie cytochromu P450
![Page 35: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/35.jpg)
Dioksygenazy
Cyklooksygenaza prostaglandynowa
Aktywność cyklooksygenazową wykazuje syntaza prostaglandyny H2
![Page 36: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/36.jpg)
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
![Page 37: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/37.jpg)
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
![Page 38: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/38.jpg)
Transferazy przenoszące grupy jednowęglowe
Hydroksymetylaza serynowa
Katalizuje reakcje przekształcenia Ser w Gly z równoczesnym utworzeniem kwasu N5,N10-metylenotetrahydrofoliowego
Jedna podjednostka dimerycznego enzymu
![Page 39: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/39.jpg)
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
![Page 40: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/40.jpg)
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
![Page 41: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/41.jpg)
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...
![Page 42: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/42.jpg)
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
![Page 43: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/43.jpg)
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
![Page 44: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/44.jpg)
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
![Page 45: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/45.jpg)
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
![Page 46: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/46.jpg)
Aminotransferazy
Aminotransferazy katalizują przeniesienie grupy aminowej z aminokwasu na -ketokwas.
Aminotransferazy współpracują z fosforanem pirydoksalu (PLP)
aminokwas1 + -ketokwas2 aminokwas2 + -ketokwas1
![Page 47: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/47.jpg)
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
![Page 48: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/48.jpg)
Aminotransferazy
Struktura aminotransferazy asparaginianowej
![Page 49: Enzymologia-7](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062808/5681530b550346895dc13160/html5/thumbnails/49.jpg)
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