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Reaktionsverlauf
Übergangszustand
Produkt
Substrat
(katalysiert)
(nicht katalysiert)
Frei
e En
ergi
e
Katalytische Aktivität der Enzyme
Geschwindigkeit einer Enzym-katalysierten Reaktion als Funktion der Substratkonzentration
Enzymkinetik
• k-2 kann zu Beginn der Reaktion ignoriert werden, da [P] noch sehr niedrig ist.
• Bestimmung der Anfangs-geschwindigkeit v0
k-1
k1E + S ES P + E
k-2
k2
Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Substratkonzentration
V0 = Vmax[ S ]
[ S ] + KM
Michaelis – Menten Gleichung(KM Michaelis Konstante)
Erste Untersuchungen: Adrian Brown 1902β-Fructofuranosidase
Saccharose + H2O Glucose + Fructose
Grundlagen
k-1
k1 k2E + S ES P + E
v =d[P]dt
= k2 [ES]
d[ES]dt
= k1 [E][S] – k-1[ES] – k2[ES]
k-1 ›› k2
k-1
k1 k2E + S ES P + E
Ks =k-1
k1=
[E][S][ES]
1. Annahme eines GleichgewichtsL. Michaelis u. M. Menten, 1913
Verlauf einer Enzym-katalysierten Reaktion(Fließgleichgewicht)
2. Annahme eines FließgleichgewichtsG.E. Briggs u. B.S. Haldane, 1925
d[ES]dt
= 0
[E]T = [E] + [ES]
d[ES]dt
= k1 [E][S] – k-1[ES] – k2[ES]
k1 [E][S] = k-1[ES] + k2[ES]
( [E]T - [ES] ) [S][ES]
=k-1 + k2
k1= KM
( [E]T - [ES] ) [S][ES]
=k-1 + k2
k1= KM
KM [ES] = ( [E]T - [ES] ) [S]
[E]T [S]KM + [S]
[ES] =
v0 = ( d[P]dt
)t=0 = k2 [ES] = k2[E]T [S]KM + [S]
vmax = k2 [E]T v0 = vmax [S]KM + [S]
Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Substratkonzentration
V0 = Vmax[ S ]
[ S ] + KM
Michaelis – Menten Gleichung(KM Michaelis Konstante)
Doppelt-reziproke Darstellung der Michaelis Menten Gleichung
Michaelis – MentenGleichung
Lineweaver - BurkDiagramm
V0 = Vmax[ S ]
[ S ] + KM
1V0 Vmax
=KM
[ S ]1
Vmax+ . 1
1/v0
Bedeutung der KM- und vmax-Werte
kkat = vmax
[E]T
Katalytische Konstante kkat
(Wechselzahloder
„Turnover Number“)
kkat/KM („katalytische Wirksamkeit“)
„Perfekte“ Enzyme
Wie funktionieren Enzyme ?
Mechanismen der Enzymkatalyse
• Kovalente Katalyse
• Säure-Base Katalyse
• Metall-Ionen Katalyse
• Katalyse durch Orientierungseffekte
• Katalyse durch Stabilisierung des Übergangszustandes
Kovalente Katalyse
Bildung einer kovalenten Bindung zwischenEnzym und Substrat durch nukleophile Substitution
Kovalente Katalyse
Beispiel:Protease Chymotrypsin
Katalytische Triade:
Stabilisierung des tetraedrischen Zwischenprodukts durch die
„Oxyaniontasche“
Katalytische Triade von Proteasen
Carboxypeptidase
Subtilisin
Cystein Proteasen
Aspartat Proteasen
Homodimere Aspartat-Protease:HIV - Protease
Structure based drug design
Metall-Ionen Katalyse
Beispiel Carboanhydrase
Kohlen-säure
Hydrogen-carbonat
Struktur der Carboanhydrase des Menschen
Das Zn2+ Ion erniedrigt den pKa Wert des gebundenen Wassermoleküls von 15,7 auf 7
Carboanhydrase von Methanosarcina thermophila
Metalloproteasen