1

Sveučilište u SplituPrirodoslovno-matematički fakultet

Odjel za kemiju

prof. dr. sc. Maja Pavela-Vrančič

2

Promjena broja enzimskih molekula regulacija brzine sinteze (regulacija koncentracije proteina

regulacijom ekspresije gena)

regulacija brzine razgradnje

Promjena aktivnosti enzima aktivacija neaktivne preteče proteolizom

reverzibilna kovalentna modifikacija: vezanje skupina

inhibicija povratnom spregom (inhibicija krajnjim produktom)

alosterička regulacija: promjena konformacije enzima vezanjem regulatornih molekula na mjesto koje se razlikuje od mjesta vezanja supstrata (aktivatori, inhibitori)

Načini regulacije enzimske aktivnosti

3

Protein-OH + ATP

Protein-OPO32- + ADP

H2O

Protein-OH + HOPO32-

kinaza

fosfataza

Slo

bo

dn

a en

erg

ija

Fosforilacija je vrlo učinkovit način regulacijeaktivnosti enzima

najčešći oblik reverzibilne regulacije kovalentnom modifikacijom

protein kinaze fosforiliraju proteine i tako mijenjaju njihovu aktivnost

najčešće se fosforilira specifični Ser, Tyr ili Thr ostatak aminokiselinskog lanca ciljnog proteina

protein fosfataze defosforiliraju proteine

4

Mjesto Zimogen Aktivnisinteze enzim

želudac pepsinogen pepsingušterača kimotripsinogen kimotripsingušterača tripsinogen tripsingušterača prokarboksipeptidaza karboksipeptidazagušterača proelastaza elastaza

Zimogeni su neaktivne preteče enzima

5

N-terminalni segmentskriva aktivno mjesto

Želučanakiselina

snizuje pH na 2.3

Izloženo aktivno mjesto

pepsinogen(neaktivna preteča)

pepsin(aktivni enzim)Izrezivanje segmenta

od 44 aminokiselinskaostatka

Proteolitičkim cijepanjem, neaktivni proenzimi(zimogeni) prevode se u aktivni oblik

6

Krajnji produkt inhibira prvi specifični korak svoje biosinteze

Inhibicija povratnom spregomili inhibicija krajnjim produktom

inhibicija

inhibicija

ENZIM

7

T T

R R

grč. allos (drugi) stereos (oblik)

regulatorni enzimi – mijenjaju oblik ili konformaciju vezanjem efektora

ne pokoravaju se Michaelis-Menteninoj kinetici

sastoje se od više podjedinica

mogu postojati u dva oblika R - opušteni oblik T - sapeti oblik

niski afinitet prema supstratu

visoki afinitet prema supstratu

Alosterički enzimi

8

T T

R R

Alosterički inhibitor: pomiče konformacijsku ravnotežu prema T obliku

Alosterički aktivator: pomiče konformacijsku ravnotežu prema R obliku

A A

SS supstrat

I Iinhibitor

aktivator

Alosterička aktivacija/inhibicija

9

TT RR

Kooperativno vezanje supstrata isto konformacijsko stanje

podjedinica zbog očuvanja simetrije

Modeli alosteričkog dimernog enzima

Sekvencijski model Usklađeni model

+S +S TT RT RR

Udio podjedinica u R obliku progresivno raste s dodavanje supstrata S

10

Opća kiselo-bazna kataliza prijenos protona sa donora, ili na akceptor protona

smanjuje energiju prijelaznog stanja

Kovalentna kataliza tijekom katalize specifična reaktivna skupina u aktivnom

središtu enzima privremeno se kovalentno modificira

Kataliza metalnim ionom elektrofilni katalizator koji stabilizira negativni naboj

Velik broj enzima koristi nekolikotemeljnih katalitičkih mehanizama

11

LizozimKiselo-bazna kataliza

Baktericidno djelovanje lizozima

katalizira hidrolizu polisaharidne komponente stjenke bakterije

bakterijska stanica bez stjenke puca zbog osmotskog tlaka u stanici

Derivati glukozamina s acetiliranom amino-skupinom:N-acetilglukozamin (NAG)N-acetilmuraminska kiselina (NAM)

NAG NAM NAG NAM

NAM-NAGglikozidna veza

Aktivno mjesto

ostatak D mora se iskriviti da bi se mogao prilagoditi procjepu

iskrivljenje D-prstena ubrzava katalizu 3600 puta, jer odgovara konformaciji prijelaznog stanja

12

mjestocijepanja

Mjesto cijepanja lizozimom

procjep aktivnog mjesta lizozima ispunja heksamerni oligosaharid

svi ostaci pristaju u aktivno mjesto osim ostatka D

podjedinica Du konformaciji

polustolice

13

Glu35 je u nepolarnoj okolini: neionizirani oblik nedisocirani Glu35 je proton

donor

karbokation je ključni intermedijer katalize

Asp52 je u polarnoj okolini: ionizirani oblik ionizirani Asp52 stabilizira

pozitivni naboj prijelaznog stanja

Ključne aminokiseline u aktivnom središtulizozima su Glu35 i Asp52

Proteaze (sinonimi: proteinaze, peptidaze) cijepaju peptidnu vezu

Endopeptidaze: cijepaju unutrašnje peptidne veze kimotripsin tripsin pepsin elastaza

Egzopeptidaze: cijepaju krajnje peptidne veze aminopeptidaze karboksipeptidaze

14

15

Kimotripsinogen(neaktivna preteča)

-Kimotripsin(aktivan)

-Kimotripsin(aktivan)

tripsin

kimotripsin

Kimotripsin se sintetizira kao neaktivna preteča koja seaktivira proteolitičkim cijepanjem na tri polipeptida povezana

disulfidnim vezama

16

Biološka uloga kimotripsina: katalizira hidrolizu proteina u tankom crijevu

Specifičnost: selektivan za peptidne veze na karboksilnoj strani aromatskih ogranaka aminokiselina i velikih hidrofobnih ostataka

mjesto hidrolizeL-PheL-TyrL-ThrL-Met

Kimotripsin djeluje mehanizmomkovalentne katalize

E + S ES EP2 E

P1 P21. Tijekom katalize dio supstrata se kovalentno veže na enzim (acilacija) 2. Hidroliza acil-enzima (deacilacija)

17

Štafetni prijenos protona:katalitička trijada Asp102-His57-Ser195

pretvara Ser195 u jaki nukelofil

Tri aminokiseline tvore katalitičku trijadu u aktivnom središtu kimotripsina

Alkoksidni ion

18

enzim(Ser-OH)

acil-enzim

Acilacija: stvaranje acil-enzim intermedijera

Deacilacija: hidroliza acil-enzim intermedijera

acil-enzim enzim

Kimotripsin je serinska proteaza – sadržireaktivni serinski ostatak

19

kimotripsin tripsin elastaza

Različite serinske proteaze prepoznajurazličite supstrate

kimotripsin: specifičan za aromatske aminokiseline (Phe, Tyr, Thr, met)tripsin: za bazične aminokiseline (Lys i Arg)elastaza: za male aminokiseline

20

Karboksipeptidaza A: enzim s cinkom

cijepa peptidnu vezu na C-terminalnom kraju

specifičnost: aromatski ili veliki alifatski ogranak

Svojstva katalitičkog mehanizma inducirano pristajanje:

vezanje supstrata izaziva velike konformacijske promjene u aktivnom mjestu enzima

elektronska prinuda: aktivno mjesto sadrži atom zinka koji potiče preraspodjelu elektrona supstrata

Prijelazni metali su Lewisove kiseline (akceptori elektrona)

uspješni su elektrofili u supstrat-metal kompleksu

uzrokuju polarizaciju supstrata

Metaloenzimi

21

Elektronska prinuda:Zn jače polarizira C=O skupinu

R

CH COO-

:N H

CO

CH2 NH2

H

O

TyrO

C OGlu270

Zn2+

Karboksipeptidaza A

Zn stvara 4 koordinacijske veze

Karbonilni atom ugljika je osjetljiviji prema nukleofilnom napadu