ENZIMIĐurđina Veljović

Mina Vukosavljević

Strahinja Mutavdžić Mentor: Jovanka Luković

ENZIMI

Enzimi (grčki en-u , zyme- kvasac) ili fermenti su biološki katalizatori (kraće biokatalizatori) koji delujući u ćelijskoj ili ekstraćelijskoj sredini olakšavaju tok i nastanak velkog broja biohemijskih reakcija.

Praktično, bez prisustva enzima ne bi bilo moguće pretvaranje organskih materija u energiju, niti odvijanje ostalih vidova metaboličke aktivnosti. Iz ovoga proizlazi da bi život kako najprostijih, jednoćelijskih, tako i onih najsavršenijih organizama bio nemoguć.

ISTORIJA ENZIMA 1760. – početak enzimologije 1860. L. Paster je objavio da je alkoholno vrenje

(transformacija glukoze do alkohola) katalizovano enzimom, koji je strukturno vezan za ćelije kvasca i da se njegovo delovanje ispoljava samo u živoj ćeliji.

1897. E.Buhner je opovrgao Pasterovo mišljenje, jer je trljanjem kvarcnim peskom uništio žive ćelije kvasca i utvrdio da ovaj homogenat i dalje ima enzimsko delovanje.

1926. Samner je izolovao prvi enzim u kristalnom obliku – ureazu, ali je njegovo gledište postalo opšte prihvaćeno tek u periodu od 1930-1936. kada je Nortrop u kristalnom obliku izolovao pepsin, tripsin i himotripsin.

Eduard Buchner

NOMENKLATURA I KLASIFIKACIJA ENZIMA

Danas je poznato preko 2000 enzima, a smatra se da ovaj broj nije konačan. Enzimi su dobijali trivijalna imena prema nazivu supstrata ( jedinjenja na koja enzim deluje), tako što je na koren imena supstrata dodavan sufiks –AZA.

Na sastanku održanom u Moskvi 1961. godine, Komisija za enzime Međunarodnog društva za biohemiju predložila je njihovu klasifikaciju i izvršila njihovu numeraciju.

Prema predlogu ove Komisije, svi enzimi se dele na šest grupa:

Oksidoreduktaze – enzimi koji katalizuju reakcije prenosa elektrona između molekula;

Transferaze – enzimi koji katalizuju reakcije prenosa određenih funkcionalnih grupa (amino, sulfatne, metil grupe);

Hidrolaze – enzimi koji ubrzavaju hidrolitičke reakcije u organizmu;

Liaze – enzimi koji vrše otcepljivanje određenih grupa supstrata nehidrolitičkim putem; u toku reakcije koju kontrolišu ovi enzimi, dolazi do formiranja dvostrukih veza ili, nasuprot tome, do njihovog zasićivanja;

Izomeraze – enzimi koji ubrzavaju reakcije izomeracije;

Ligaze (sintetaze) – enzimi koji katalizuju sjedinjavanje dva molekula, uz korišćenje energije iz ATP-a ili nekog drugog nukleotid – trifosfata.

NOMENKLATURA I KLASIFIKACIJA ENZIMA

Šifra enzima, to jest broj enzima, sastoji se iz četiri dijela (broja) odvojena tačkama:

Prva cifra u šifri enzima kazuje kojoj od pomenutih šest grupa pripada enzima. Druga cifra označava podgrupu enzima. Naime, svaka od šest glavnih grupa podeljenja je na podgrupe, koje su strogo numerisane određenim redom. Treća cifra označava podgrupu podgrupe, što znači da su i podgrupe podeljene na svoje subjedinice. Četvrta cifra u šifri enzima predstavlja redni broj enzima u podgrupi podgrupe

ENZIMSKI KOFAKTORI

Po pravilu enzimi su belančevine ili proteini. Oni proteini koji ispoljavaju osobine biokatalizatora po svojoj složenosti mogu biti proste belančevine( proteini sa metalnim katjonom), odnosno složene belančevine ili proteini. U ovom posljednjem slučaju jedan enzim čine dve komponente — koenzim (ili koferment) i apoenzim (ili apoferment) koji se kombinuju u potpuni enzim holoenzim (ili holuferment).

KOENZIM (kofaktor) + APOENZIM → HOLOENZIM

(neaktivan) (aktivan)

←

OSOBINE I MEHANIZAM DELOVANJA ENZIMAEnzimi, kao i drugi katalizatori povećavaju brzinu hemijske reakcije , tako što snižavaju energiju aktivacije i utiču na brže uspostavljanje ravnotežnog stanja.

• Mehanizam enzimske reakcije

Može se zaljučiti da je pri niskim koncentracijama supstrata brzina enzimske reakcije V proporcionalna koncentracija supstrata, odnosno da je reakcija prvog reda. Za nju važi relacija:

v = -d [S] / dt = K [S][S] – koncentracija supstrata t – vreme K – koncentracija brzime enzimske reakcije Ako se koncentracija supstrata poveća brzina

poprima karakter mešanog reda da bi pri dovoljno visokim koncentracijama supstrata postala nezavisna od koncentracije i dostigla maskimalnu vrednost (Vmax).

Brzina reakcije se više ne menja sa povećanjem koncentracije supstrata i reakcija je nultog reda.

E + S → ES

ES → E + P

k1

←k4

k3

←k2

Uočena zavisnost brzine enzimske reakcije od koncentracije supstrata može se objasniti samo tako što u prvoj fazi reakcije enzim sa supstratom gradi kompleks (ES). Pri dovoljno visokoj koncentraciji enzim će biti zasićen supstratom i zato dalje povećanje koncentracije supstrata više ne utiče na brzinu enzimske reakcije. U drugoj fazi nastali ES kompleks se razlaže na proizvod ili proizvode reakcije i slobodan enzim.

Vezivanje supstrata za enzim je omogućeno interakcijama supstrata sa ostacima određenih aminokiselinskih ostataka u molekulu enzima. Deo enzima za koji se vezuje supstrat zove se vezivni centar. Ovim vezivanjem supstrata za enzim ostvaruje se blizak kontakt onog dela molekula supstrata na kome dolazi do hemijske tranformacije i ostataka nekih drugih amino-kiselina u molekulu enzima koje direktno učestvuju u katalizi. Ovaj deo enzima zove se katalitički centar.

Često se vezivni i katalitički centar nazivaju aktivni centar enzima .

AKTIVNI CENTAR

Obično zauzima manje od 5% ukupne površine molekula enzima i nalazi se smešten u nekom udubljenju sferne čestice enzima. U aktivnom centru učestvuju funkcionalne grupe iz bočnih nizova amino-kiselina koje se u sekvenci polipeptidnog lanca enzima ne nalaze jedna pored druge ali su u prirodnoj konformaciji usled trodimenzionalnog uvijanja polipeptidnog lanca ipak prostorno bliske.

Komplementaran je strukturi supstrata, pa stoga enzimi mogu vezivati i ispoljiti katalitičku aktivnost samo na jedinjenjima koja sadrže neophodne strukturne karakteristike.

Neki enzimi katalizuju samo jednu reakciju i za njih se kaže da poseduju apsolutnu specifičnost prema supstratu.

Veći je broj enzima koji imaju tzv. grupnu specifičnost. Oni deluju na više jedinjenja koja sadrže zajedničke strukturne elemente. Među takve enzime ubrajaju se fosfataze i peptidaze.

Fosfataza

UTICAJ RAZLIČITIH FAKTORA NA AKTIVNOST ENZIMA -UTICAJ TEMPERATURE

Temperatura sredine u kojoj se odigrava neka enzimska reakcija može u znatnoj meri da utiče na brzinu enzimske reakcije. Pokazalo se da svako povećanje temperature za lO°C udvostručava brzinu enzimske reakcije. Ova pojava se objašnjava na taj način što se povećanjem temperature povećava kinetička energija reagujućih molekula (supstrata i enzima), pa će zbog veće brzine kretanja čestica doći do njihovog bržeg sudara i ranijeg kombinovanja. Iz svega navedenog, sasvim je logično očekivati i dobiti brži enzimski efekat.

Treba uvek imati u vidu činjenicu da su enzimi proteini i da će svako veće povećanje temperature, naročito iznad 50°C, imati za posljedicu denaturisanje enzima, a time i njegovu nepovratnu inaktivaciju.

Neki enzimi zadržavaju svoju aktivnost i do 60°C (bakterijske proteaze) .

Obratno, svako smanjenje temperature za nekih 10°C uslovljava dvostruko smanjenje brzine enzimske reakcije. Praktično, na 0°C aktivnost enzima prestaje. Enzimi na niskim temperaturama privremeno gube svoje biokatalitičke sposobnosti. Zbog toga se proteinski materijal uspešno čuva u zaleđenom stanju na niskim temperaturama (— 20°C), Otapanjem i povećavanjem temperature do tzv. optimuma dobija se prvobitna enzimska aktivnost.

UTICAJ RAZLIČITIH FAKTORA NA AKTIVNOST ENZIMA –UTICAJ PH

Svaki enzim ima svoju optimalnu vrednost pH, pri kojoj se postiže maksimalni enzimski efekat. Veće promene pH mogu značajno da utiču na aktivnost enzima. Enzimi kao proteini su vrlo podložni ulicaju pH, jer se uz pomoć ovog faktora utiče na disocijaciju reaktivnih grupa enzima, ali isto tako i disocijaciju samog supstrata.

Postoje uglavnom dva prihvaćena načina na koji pH utiče na enzimsku aktivnost:

1)mogućnost denaturisanja enzima kao proteina pri ekstremno niskim ili visokim vrednostima pH, I

2)promene pH mogu uticati na disocijaciju enzima i supstrata i na taj način enzimska reakcija može biti usporena ili ukočena.

Enzimi pH optimum

Lipaze (gušterača) 8,0

Pepsin 1,5 – 1,6

Tripsin 7,8 – 8,7

Ureaze 7,0

Amilaze (gušterača) 6,7 – 7,0

Maltoza 6,1 – 6,8

Kataloza 7,0

UTICAJ RAZLIČITIH FAKTORA NA AKTIVNOST ENZIMA UTICAJ AKTIVATORA

Postoji više poznatih aktivatora enzima. Tako je za aktivnost amilaze potrebno prisustvo Cl– jona, pepsina H+, enzima koji reaguju sa ATP prisustvo Mg2+, dok se brojne peptidaze aktiviraju jonima Mn2+, Zn2+, Co2+.

Vrlo često se ne radi o nekoj većoj specifičnosti aktivatora, jer je dovoljno da se jedan dvovalentni katjon zameni drugim iste valence, a da ne dođe do značajnijih promena aktivnosti.

O mehanizmu dejstva aktivatora jona na enzimsku aktivnost postoji više objašnjenja.

Pored navedene akitvacije pod dejstvom jona, postoje enzimi koji se aktiviraju tek posle parcijalne hidrolize pod dejstvom nekog drugog enzima.

UTICAJ RAZLIČITIH FAKTORA NA AKTIVNOST ENZIMA UTICAJ INHIBITORA

Brzina enzimske reakcije može biti umanjena delovanjem inhibitora. Inhibicija može biti povratna (reverzibilna) ili nepovratna (ireverzibilna). U prvom slučaju uklanjanjem inhibitora ponovo se vraća originalna enzimska aktivnost, dok je u drugom slučaju trajno izgubljena.

Postoje dva tipa povratne inhibicije: a) konkurentna (kompetitivna) i b) nekonkurentna (nekompetitivna)

a)b)

Reverzibilna nekonkurentska inhibiclja

Ireverzibilna nekonkurentska inhibiclja enzima

Mehanizam „ključ-brava"

REGULACIJA ENZIMSKE AKTIVNOSTI Kontrola reakcija je omogućena regulacijom aktivnosti pojedinih

enzima i može se postići na više različitih načina. Veoma čest način regulacije je sistem povratne sprege . Kod velikog broja enzimskih transformacija je uočeno da dolazi do

povratne inhibicije prvog enzima u nizu kad koncentracija krajnjeg proizvoda postigne određenu vrednost što izaziva delimičan ili potpun gubitak aktivnosti ovog enzima. S druge strane kada koncentracija krajnjeg proizvoda opadne, aktivnost enzima se ponovo uspostavlja. Takav enzim se zove regulatorni ili alosterni enzim , a ovaj vid inhibicije – povratna ili retroinhibicija.

Aktivnost enzima se može povećati delovanjem odgovarajućih hormona. Brzina enzimskih reakcija se može regulisati i genetskim putem, odnosno pojedina jedinjenja mogu da aktiviraju gene koji u sebi nose informaciju za sintezu nekog enzima.

Još jedan vid regulacije je prevođenje neaktivnih prekursora enzima – proenzima (zimogena) u aktivne enzime. Aktivacija se sastoji u raskidanju jedne ili više peptidnih veza i odvajanje peptidnih fragmenata što menja konformaciju preostalog peptidnog lanca.

Npr. tripsin – sintetiše se u pankreasu u obliku neaktivnog tripsinogena i luči tanko crevo . Kada hrana iz želuca dospe u tanko crevo, tripsinogen se prevodi u aktivni oblik, tripsin, delovanjem enzima enterokinaze.

Sem poslednjeg načina regulacije, svi ostali tipovi regulacije su povratni (reverzibilni) .

Tripsin

ACETILHOLINESTERAZA NALAZI SE U KRVI I NERVNIM ĆELIJAMA

PURIN NUKLEOZID FOSFORILAZA

LJUDSKA GLIOKSALAZA I