Kemijski sastav-enzimiiiiiiiiii

  • Published on
    28-Nov-2014

  • View
    809

  • Download
    1

Embed Size (px)

Transcript

1. UvodEnzimi ili biokatalizatori su tvari bez se ije aktivnosti veina kemijskih reakcija u biolokom sustavu ne bi odvijala, ili bi bila toliko spora da se ne bi mogle dogoditi u uvjetima u kojima se odvija ivot. Nekim enzimima su za aktivnost potrebni i koenzimi te su zbog toga i oni izuzetno vani za sva iva bia. Munjevit napredak biokemijske znanosti u prolom stoljeu omoguio je bolje razumijevanje uloge enzima u svim ivotnim procesima i proizvodnji najrazliitijih vrsta proizvoda. Rezultat toga je industrijska proizvodnja i iroka primjena enzima za kataliziranje mnogih industrijskih i medicinskih postupaka. Nova postignua genetskog inenjeringa, izolacije i stabilizacije enzima doprinijeli su daljem irenju mogunosti njihove primjene. Upravo zbog te vanosti ova tema je jako zanimljiva, a najvanije stvari koje u pokazati u ovom seminarskom radu su: kako enzimi i koenzimi djeluju, kakva je njihova graa, kemijski sastav, funkcija.

1

2. EnzimiEnzimi su bioloki katalizatori, tj. mogu utjecati na brzinu kemijske reakcije, a u njima ne sudjeluju. Kao i svi katalizatori, funkcioniraju na nain da sniavaju energiju aktivacije (energija koju je potrebno dovesti molekulama da meusobno reagiraju) pojedine reakcije, te je na taj nain ubrzavaju, i do nekoliko milijuna puta. (Sl. 1.)

Sl. 1. Prikaz kako enzimi sniavaju energiju aktivacije

2.1. Kemijski sastav enzimaEnzimi su proteini tercijarne ili kvarterne strukture koji na povrini imaju veinu polarnih aminokiselinskih ostataka, dok su nepolarni ostaci okrenuti prema unutranjosti molekule. Dugo se smatralo da su svi enzimi po kemijskom sastavu proteini. Meutim, kao to u biokemiji esto biva, imamo izuzetke u vidu nekoliko vrsta ribonukleinskih kiselina (RNK) koje se specifino nazivaju ribozimi. Smatra se da su RNK vjerojatno bile i prvi katalizatori u evoluciji ive tvari. Enzimi su biokatalizatori koji djeluju na procese u stanici, a sudjeluju i u izmjeni energije izmeu stanice i njezine okoline. Brojene enzime izgrauje sam organizam, a kada obave svoju funkciju, organizam ih razgradi. Enzimi su bitni za razgradnju hrane koju unosimo u organizam, npr. razgrauju krob do glukoze, proteine do aminokiselina.

2

2.2. Podjela i nazivi enzimaEnzime se dijele prema vrsti reakcije koju kataliziraju, a postoji 6 osnovnih skupina koje se dijele na podskupine. (Sl. 2.) Naziv enzima odreuje se prema supstratu i reakciji koju katalizira, uz sufiks-aza.(ATPaza : razgrauje ATP; ATP sintaza : sintetizira ATP) Sl. 2. Osnovne skupine enzima NAZIV 1. oksidoreduktaze 2. transferaze 3. hidrolaze 4. liaze 5. izomeraze 6. ligaze VRSTA REAKCIJE oksidacija-redukcija prijenos skupina reakcije hidrolize (prijenos funkcionalne skupine na vodu) adicija ili eliminacija skupina radi stvaranja dvostruke veze izomerizacija (intramolekulski prijenos skupina) vezanje dvaju supstrata na teret hidrolize ATP

2.3. Graa enzimaEnzimska funkcija je, kao i kod svih proteina, odreena strukturom. Enzim moe biti:

Monomeran - sadri samo jedan polipeptidni lanac, obino od sto ili vie aminokiselina Oligomeran - sadri vei broj polipeptidnih lanaca, koji mogu biti jednaki ili se razlikovati, bez obzira funkcionirajui zajedno kao cjelina

Monomer je dugaak linearni lanac aminokiselina, koji se uvija na odreeni nain i rezultira stvaranjem trodimenzionalne strukture.

3

Svaka molekula enzima ima jedan mali dio koji je sposoban vezati molekule supstrata. Taj dio enzima zove se aktivno mjesto. Aktivno mjesto u strukturi proteina je mjesto u koje ulazi odgovarajui dio molekule supstrata. Veina enzima je vei od molekula na koje djeluju, i svega desetak aminokiselina enzima doe u direktan kontakt s molekulom koja biva transformirana. Enzim nastoji usmjeriti molekulu supstrata tako da skupina koja e reagirati smjesti u najpovoljniji poloaj i na taj nain ubrza reakciju. Enzim i supstrat se privlae zbog svojih polarnih ili ionskih skupina. Ovisno o prirodi enzima i supstrata, supstrat se na aktivno mjesto moe vezati vodikovim vezama, ionskim i van der Waalsovim silama.

2.4. Specifinost i mehanizam djelovanja enzimaEnzimi su uglavnom vrlo specifini kad su u pitanju reakcije koje koriste u dodiru s molekulama na koje djeluju, na to prvenstveno utjee njihov oblik, struktura, nabijenost, hidrofilna i hidrofobna svojstva. Najee enzimi kataliziraju samo jednu reakciju ili vrlo mali broj reakcija. Iz reakcije izlaze nepromijenjeni, a nastali produktu se razlikuju od supstrata. Zbog toga isti enzimi ne mogu katalizirati reakciju u suprotnom smjeru.

2.4.1. Hipoteza klju-bravaNajuoljivija karakteristika enzima je njihova specifinost. Emil Fischer je 1890. godine konstatirao da je ova hipoteza korektna uslijed specifinosti oblika enzima i molekula na koje oni djeluju. Svaka molekula na koju odreeni enzim utjee, ima tono odreeni oblik, pomou kojeg se molekula povee na ba taj enzim. Oblik aktivnog mjesta je upravo takav da u njega dobro pristaje molekula supstrata i nastaje kompleks enzim-supstrat. (Sl. 3.) Na primjer, ako je molekula na koju enzim utjee u obliku kocke, a sam enzim ima dio u obliku trokuta na koji bi se molekula trebala nadovezati, do povezivanja nee doi, jer u tom sluaju enzim nije namijenjen za tu molekulu. Ova hipoteza se zato i naziva hipoteza Klju i brava, jer je svaki klju specifian za svaku bravu koju otkljuava.

4

Sl. 3. Djelovanje enzima stvaranjem kompleksa enzim-supstrat

2.4.2. Hipoteza pobuene prilagodbeGodine 1958. Daniel Koshland je predloio modifikaciju hipoteze Klju brava koja je nazvana hipoteza Induciranog prilagoavanja (eng. Induced-Fit-Model). Enzimi su vrlo fleksibilne strukture. Aktivni dio enzima moe biti modificiran kako bi dolo do interakcije molekula i enzima. Lanci aminokiselina se mogu preklapati na taj nain koji bi odgovarao enzimu, kako bi dolo do interakcije, i na taj nain enzim mogao izvriti svoju katalitiku funkciju. U jako rijetkim sluajevima, molekula se pri ulasku u aktivni dio moe prilagoditi enzimu, kako bi dolo do interakcije enzima i molekule.

2.5. Vanjski imbenici koji utjeu na djelovanje enzimaEnzimi su, kao proteini, vrlo osjetljivi na vanjske imbenike. Na njihovu aktivnost utjeu: temperatura, pH-vrijednost sredine (Sl. 4.) , koncentracija enzima i supstrata i dr. Pri niim temperaturama aktivnost im se smanjuje, a pri viim denaturiraju.. Povienjem temperature raste brzina enzimskih reakcija dok se ne postigne temperatura denaturiranja. Enzimi su katalitiki aktivni unutar odreenog pHpodruja. Tako npr. enzim pepsin, koji katalizira hidrolizu proteina u elucu, najbolje djeluje pri pH = 2, a enzim kimotripsin u tankom crijevu najbolje djeluje pri pH = 8. Poveanjem koncentracije supstrata takoer se poveava brzina enzimske reakcije. (Sl. 5.)

5

Sl. 4. Idelalna pH vrijednost za neke enzime Enzimi Lipaze (guteraa) Pepsin Tripsin Ureaze Amilaze (guteraa) Maltoza Kataloza pH optimum 8,0 1,5 1,6 7,8 8,7 7,0 6,7 7,0 6,1 6,8 7,0

Sl. 5. Uticaj koncentracije supstrata na brzinu enzimske reakcije. (V maksimalna i v = poetna brzina; A = poetak reakcije, B = poluzasienje, C = zasienje enzima supstratom)

6

3. Inhibitori i aktivatoriPostoje tvari koje pozitivno, kao aktivatori, ili negativno, kao inhibitori, utjeu na aktivnost pojedinih enzima.

3.1. InhibitoriInhibitori su male molekule ili ioni koji ometaju aktivnost pojedinih enzima i tako utjeu na njihovu ulogu u organizmu. Dijelimo ih na ireverzibilne i reverzibilne. Ireverzibilni inhibitori se kovalentno veu za aktivno mjesto enzima. Reverzibilni inhibitori se veu slabim vezama na aktivno mjesto. Razlikujemo jo konkurentne (kompeticijske) i nekonkurentne (nekompeticijske) inhibitore. (Sl. 6.) Konkurentni inhibitori se zovu tako zbog toga to se natjeu sa supstratom za vezivanje na aktivno mjesto, dok se nekonkurentni veu bilo gdje na molekulu enzima i time naruavaju njegovu nativnu konformaciju. To ometa vezivanje supstrata na aktivno mjesto.

Sl. 6. Razlika izmeu konkurentnog i nekonkurentnog inhibitora

7

3.2. AktivatoriNeki enzimi su kao samostalne jedinice same sebi dovoljne da bi bile potpuno aktivne, tj. nisu potrebni dodatni faktori da bi se ta aktivnost postigla. Meutim, nekim enzimima su potrebne molekule koje bi pomogle pri aktiviranju enzima. Aktivatori su tvari koje aktiviraju jedan ili vie enzima. (npr. kationi su aktivatori za pojedine enzime)

4. KoenzimiIako su aktivatori i koenzimi, svrstala sam ih u posebnu kategoriju zbog lake sistematizacije i razumljivosti. Koenzimi su male organske neproteinske estice vezane za enzim jaim ili slabijim vezama. Oni se hranom unose u organnizam, primjerice neki vitamini. (Sl. 7.) Mnoge katalitike sposobnosti enzima ovise o koenzimima, iako njihova precizna uloga varira u ovisnosti o kofaktoru i enzimu. Enzim bez kofaktora se naziva apoenzim, a kompletan, katalitiki aktivan enzim je holoenzim. Njihov meusobni odnos moemo prikazati ovako: Koenzim + apoenzim holoenzim Apoenzim je proteinski dio enzima, ali nema katalitiku aktivnost jer nije u povoljnoj konformaciji. Koenzimi su vani jer svojim vezanjem za apoenzim mijenjaju njegovu konformaciju te tako nastaje katalitiki aktivan enzim, odnosno holoenzim. Koenzim se moe nalaziti u aktivnom mjestu enzima te je zbog toga esencijalan za katalitiku aktivnost, ili se moe nalaziti negdje pokraj aktivnog mjesta ili neto udaljenije. Samo je bitno da sa svojim vezanjem uzrokuje promjenu konformacije proteinskog dijela enzima, a samim time pretvara 'neaktivno' aktivno mjesto enzima u aktivno, odnosno sposobno za primanje supstrata i pretvaranje u produkt. S obzirom na nain povezivanja s enzimom koenzime dijelimo na prostetske skupine (jo se zovu i aktivne grupe) i kosupstrate (koenzimi u uem smislu).

8

Sl. 7. Struktura vitamina B12 koji ima enzimsko djelovanje

4.1. Prostetske skupineProstetske skupine su jakim nekovalentnim ili