Enzymologia-8
37
Enzymologia-8 Mechanizmy reakcji enzymatycznych (II)
description
Enzymologia-8. Mechanizmy reakcji enzymatycznych (II). KLASY I PODKLASY ENZYMÓW. OKSYDOREDUKTAZY2. TRANSFERAZY dehydrogenazy- transaldolaza oksydazy- trasketolaza reduktazy- acylo-, metylo-, amino-, glukonylo- peroksydazy i fosforylo- transferazy katalaza- kinazy - PowerPoint PPT Presentation
Transcript of Enzymologia-8
Enzymologia-8
Mechanizmy reakcji enzymatycznych (II)
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
esteraza acetylocholinowa
Inhibitory esterazy acetylocholinowej ciągle są jedynymi lekami stosowanymi rutynowo
w leczeniu choroby Alzheimera
HYDROLAZY
Reakcja katalizowana przez esterazę acetylocholinową
H2O+ +
NH4
CHH3N+
CH2
CO NH2
COO- CHH3N
+CH2
CO O
-
COO-
Reakcja fizjologiczna
L-asparaginaza EC 3.5.1.1
HYDROLAZYEnzymy proteolityczne
Enzymy katalizujące hydrolizę wiązania peptydowego w substratach białkowych
Podział
-ze względu na lokalizację miejsca cięcia: endopeptydazy (wewnątrz łańcucha); egzopeptydazy, odszczepiające aminokwas N-końcowy (aminopeptydazy) lub C-końcowy (karboksypeptydazy)
-ze względu na strukturę centrum aktywnego i mechanizm katalizy: proteazy serynowe, proteazy cysteinylowe, proteazy aspartylowe, metaloproteazy
Niezbędne elementy strukturalne centrum katalitycznego:
(1) grupa nukleofilowa N: atakująca atom węgla grupy karbonylowej
substratu;(2) grupa(y) X+, obdarzone ładunkiem dodatnim, w
sąsiedztwie atomu tlenu grupy karbonylowej substratu. Rola – polaryzacja grupy karbonylowej oraz stabilizacja tetraedrycznego intermediatu
(3) grupa protonodonorowa Y-H; uprotonowanie grupy –NH- substratu
czyni ją lepszą grupą odchodzącą
CNH
O
N:
X+
Y H(1)
(2)
(3)
Chymotrypsyna - enzym proteolityczny, wytwarzany przez trzustkę
X Y Z
Y = Phe, Trp lub Tyr
Specyficzność substratowa
Reszta seryny 195 jest szczególnie reaktywna.
Enzymy proteolityczne
Proteazy serynowe
Ser195, His57 i Asp102 tworzą triadę katalityczną
Mechanizm reakcji katalizowanej przez chymotrypsynę
Stabilizacja stanu przejściowego w centrum aktywnym chymotrypsyny
CNH
O
N:
X+
Y H(1)
(2)
(3)
W centrum aktywnym chymotrypsyny:
N: Ser195Y-H His57X+ grupy -aminowe
Gly193 i Ser195
Rozpoznanie i wiązanie substratu przez chymotrypsynę i inne proteazy serynowe
Porównanie miejsc wiązania substratuw niektórych proteazach serynowych
kieszeń chymotrypsyny(1) i trypsyny (2)miejsce rozpoznania i wiązania substratu
Enzymy proteolityczne
Proteazy cysteinylowePrzykłady: papaina - enzym proteolityczny z Carica papaya; katepsyny; kaspazy
Reszta Cys25 odgrywa w centrum aktywnym papainy rolę N:
Ponieważ grupa tiolowa cysteiny jest dużo silniejszym czynnikiem nukleofilowym, niż grupa –OH seryny, więc nie wymaga ona dodatkowej aktywacji, jak ma to miejscew proteazach serynowych.
W centrum aktywnym papainy:
N: Cys25; Y-H His159; X+ grupy -aminowe z wiązań peptydowych
CNH
O
N:
X+
Y H(1)
(2)
(3)
Enzymy proteolityczne
Proteazy aspartylowe
Przykłady: renina (podpuszczka), pepsyna
Struktura reniny z uwidocznieniem kluczowych reszt katalitycznych
W centrum katalitycznym brak reszty o charakterze N:Rolę N: odgrywa aktywowana cząsteczka H2O
Mechanizm reakcji katalizowanej przez pepsynę
W centrum aktywnym pepsyny:
N: H2O aktywowana przez Asp32; Y-H Asp215; X+ grupa -aminowa Gly76
CNH
O
N:
X+
Y H(1)
(2)
(3)
Enzymy proteolityczne
Metaloproteazy
Przykłady: karboksypeptydaza A, termolizyna bakteryjna
W centrum aktywnym enzymu jon metalu, zwykle Zn(II)
Struktura termolizyny i jej centrum aktywnego
Postulowany mechanizm reakcji katalizowanej przez karboksypeptydazę A
CR N
O
CH
R1
COO-
H
Zn
His69
His196 Glu72
OH
H
Glu270CO
-O
CO
HOGlu270
Glu72His196
His69
Zn
H
CR N
O-
CH
R1
COO-
O
H
CR N
O-
CH
R1
COO-
O H
Zn
His69
His196 Glu72
-
BH+
B
Glu72His196
His69
Zn
CR
O-
O
CH
R1
COO-H2N
CNH
O
N:
X+
Y H(1)
(2)
(3)
W centrum aktywnym karboksypeptydazy A:
N: H2O aktywowanaprzez Glu270
Y-H B?X+ Zn(II)
Porównanie sposobów aktywacji czynnika N: przez proteazy
LIAZY I LIGAZY
- reakcje karboksylacji i dekarboksylacji- enzymatyczne kondensacje: aldolowa i Claisena- reakcje eliminacji i addycji do podwójnego wiązania (H20, NH3)- reakcje tworzenia wiązań estrowych i amidowych
Ligazy nazywane są często syntazami lub syntetazami
Syntetazy katalizują tworzenie wiązań z udziałem ATP; syntazy nie wymagają ATP
LIAZY I LIGAZY
Enzymatyczne reakcje dekarboksylacji
HH
R
O
O-
HH
R-
+ CO2
HH
R H
H+
Produktem pośrednim jest karboanion; substratami są: -ketokwasy, -ketokwasy,aminokwasy
N
N
NH2
SN
OP
OP
OH
H
O O O OHH
+
Pirofosforan tiaminy – koenzym dekarboksylaz -ketokwasów
Mechanizm reakcji katalizowanej przez dekarboksylazę pirogronianową
+SN
H
B B
SN+
+
-O
O
O
O-
O
O-
HO
+SN
SN+
HO
CO2
O-OH
SN
H
BH+B
O-
+SN
H
O
pirogronian
Aldehyd octowy
LIAZY I LIGAZY
Enzymatyczne reakcje karboksylacji
- enzymy współpracujące z biotyną i ATP, karboksylujące -ketokwasy lub acyloCoA;- enzymy karboksylujące fosfoenolopirogronian;- enzymy karboksylujące białka, współpracujące z witaminą K;- karboksylaza rybulozo-1,5-difosforanu
Domena karboksylazy pirogronianowej wiążąca biotynę
S
O
H
H
H H
O
NN
O
N
N
Karboksylaza pirogronianowa
O
O
O-
ATP, HCO3-
ADP, HPO32 -
O
O
O-
O
-O
-O
O
OH
ATPADP
OP
O-
O
-O
O O-
Etap I
Etap II
S
H H
O
NN
OP
O
O O-
O O-
H
O
NN
O
-O
S
-OP
OH
O O-
S
H
O
NN
O
-O
H
OH
H
HH
O
O
-O
Mg(II)Mg(II)
H
OH
H
OH
NN
S
HH
O
O
-O
O
O-
Mechanizm reakcjikatalizowanej przezkarboksylazępirogronianową
Etapy I i II odbywająsię w różnych domenachenzymu
pirogronian
szczawiooctan
Enzymatyczne kondensacje: aldolowa i Claisena
O H
R H
H
O H
RH
-O H
RH
O-
a
O
b
H+
O H
R OH
a b
Schemat reakcji kondensacji aldolowej katalizowanej przez aldolazy
O SCoA
R OH
a b
H+
a
O
b
-O
-O SCoA
RH
O SCoA
RH
O SCoA
R H
HH2O
CoASH
O OH
R OH
a b
Schemat kondensacji Claisena katalizowanej przez ligazy CoA
W obu reakcjach produktem pośrednim jest forma enolowa jednego z substratówstabilizowana w centrum aktywnym enzymu poprzez utworzenie zasady Schiffa zresztą -aminową lizyny lub koordynację przez jon metalu.
O
HO
O
OP
POO
OOH
H
O
OOH
PO OPO
HOOH
H O
O
H OH
OPPO
H2N N
O
H HN N
O
H O
H OH
H
+
PO
B
+
HN N
O
H
OPO
H OH
O-
O O
HO
HO H
H OH
O
H OHPO
HN N
O
H
+OP
PO
H2N N
O
H
OPO
H OH
O
O
HO H
H OH
H2O
B H+
Mechanizm reakcji katalizowanej przez aldolazę
DHP
G3P F-1,6-diP
CoASH
O
H H
B B
CoASH
O
H
O-
H
O O-
O
O
O-
+
O O-
O
O-CoAS
O
HO
B
H2OCoASH
-O
O
HO
O O-
O
O-
Mechanizm reakcji katalizowanej przez syntazę cytrynianową
Reakcję rozszczepienia kwasu cytrynowego do AcCoA i szczawiooctanu katalizuje liaza cytrynianowa
CoASH
-O
O
HO
O O-
O
O-
+
ATPADP, Pi O O-
-O
O
O CoAS
O+
Enzymatyczna kondensacja Claisena
AcCoA szczawiooctan
cytrynian
Reakcje eliminacji wody i przyłączenia wody do podwójnego wiązania
H2O+
b d
a ca OH
b
c
H d
COO-
CHO H
C
COO-
HHCH2COO-
COO-HOH
H2O
H2O
-OOC H
H COO-
Reakcja katalizowana przez fumarazę przebiega stereospecyficznie
Schemat ogólny reakcji
Przykłady enzymów: akonitaza, fumaraza
-H2O
+H2O
Akonitaza i fumaraza
cytrynian cis-akonitan
Reakcje tworzenia wiązań estrowych i amidowych
Przykłady: syntetazy aminoacylo-tRNA (wiązanie estrowe) syntetaza L-glutaminy (wiązanie amidowe)
-O
O O
NH2
NH3+
ADP, PATP, NH3
-O
O O
O-
NH3+
i
Reakcja katalizowana przez syntetazę glutaminy
-O
O O
O-
NH3+
ATP ADP
-O
O O
O
NH3+
PO-
O O-
-O
O O
O
NH3+
PO-
O O-
-O
O O
NH2
NH3+
NH3Pi
Etap I
Etap II
IZOMERAZY
- reakcje racemizacji- reakcje epimeryzacji- reakcje izomeryzacji cis-trans- reakcje tautomeryzacji- reakcje przegrupowań wewnatrzcząsteczkowych- reakcje przekształcenia aldoza-ketoza
Izomerazy katalizują reakcje, dla których G 0
Racemizacja aminokwasów
N
N
OH
OP+
H+
H
-O
NH3
H
O
H
+ H
+
PON
N
OH
-OH
O
+
B
B-O
O
N
N
OH
+
H+
H
OP
O- H+
-O
NH3
HO
+ H
PON
N
OH
B-OH
O
N
N
OH
OP+
H+
H
L-Ala
D-Ala
Reakcja katalizowanaprzez racemazę alaninową
Epimeryzacja cukrów
Reakcja katalizowana przez 4-epimerazę UDP-glukozową
Mechanizm reakcji katalizowanej przez izomerazę fosfotriozową
Przemiana aldoza: ketozaPrzykład: izomeraza fosfotriozowa
Struktura izomerazy fosfotriozowej w kompleksie z fosfodihydrosyacetonem (DHP)
Reakcje przegrupowań wewnątrzcząsteczkowych katalizowane przez mutazywspółpracujące z koenzymem B12
Struktura koenzymu B12
Reakcje przegrupowań wewnątrzcząsteczkowych katalizowane przez mutazywspółpracujące z koenzymem B12
SCoA
O
O
O
O SCoA
Przykład: mutaza metylomalonyloCoA
Reakcja katalizowana przez mutazę metylomalonylo CoA
Powstawanie rodnika 5’-deoksyadenozylowego
Mechanizm reakcji katalizowanej przez mutazę współpracującą z koenzymem B12
Mechanizm przegrupowania katalizowanego przez mutazę metylomalonylo CoA
Centrum aktywne mutazy metylomalonyloCoA
