1Sveuilite u SplituPrirodoslovno-matematiki fakultet

Odjel za kemiju

prof. dr. sc. Maja Pavela-Vrani

1

Promjena broja enzimskih molekula regulacija brzine sinteze (regulacija koncentracije proteina

l ij k ij )

Naini regulacije enzimske aktivnosti

regulacijom ekspresije gena)

regulacija brzine razgradnje

Promjena aktivnosti enzima aktivacija neaktivne pretee proteolizom reverzibilna kovalentna modifikacija: vezanje skupina

inhibicija povratnom spregom (inhibicija krajnjim produktom)

2

inhibicija povratnom spregom (inhibicija krajnjim produktom)

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

2Protein-OH + ATP

Fosforilacija je vrlo uinkovit nain regulacijeaktivnosti enzima

najei oblik reverzibilne

Protein-OPO32- + ADP

kinaza

obod

na e

nerg

ija

najei oblik reverzibilne regulacije kovalentnom modifikacijom

protein kinaze fosforiliraju proteine i tako mijenjaju njihovu aktivnost

najee se fosforilira specifini Ser, Tyr ili Thr

k i ki li k

3

H2O

Protein-OH + HOPO32-

fosfatazaSloostatak aminokiselinskog

lanca ciljnog proteina

protein fosfatazedefosforiliraju proteine

Glikogen fosforilaza modificira sefosforilacijom Ser14

petlja fosforiliraniserinski ostaci petlja

4Fosforilacijom mijenja se konformacija enzima,a time i aktivnost

3Mjesto Zimogen Aktivni

Zimogeni su neaktivne pretee enzima

sinteze enzim

eludac pepsinogen pepsinguteraa kimotripsinogen kimotripsinguteraa tripsinogen tripsinguteraa prokarboksipeptidaza karboksipeptidaza

5

guteraa prokarboksipeptidaza karboksipeptidazaguteraa proelastaza elastaza

N-terminalni segmentskriva aktivno mjesto Izloeno aktivno mjesto

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

skriva aktivno mjestoeluanakiselina

snizuje pH na 2.3

j

6

pepsinogen(neaktivna pretea)

pepsin(aktivni enzim)Izrezivanje segmenta

od 44 aminokiselinskaostatka

4Inhibicija povratnom spregomili inhibicija krajnjim produktom

ENZIM

inhibicija

inhibicija

7

Krajnji produkt inhibira prvi specifini korak svoje biosinteze

j

gr. allos (drugi) stereos (oblik)

Alosteriki enzimi

T T

R R

regulatorni enzimi mijenjaju oblik ili konformaciju vezanjem efektora

ne pokoravaju se Michaelis-Menteninoj kinetici

sastoje se od vie podjedinica

niski afinitet prema supstratu

8

R R j p j mogu postojati u dva oblika

R - oputeni oblik T - sapeti oblik visoki afinitet prema supstratu

5Usklaeni model alosterikog dimernog enzima

TT RR

S

S

S

S

S

9

TT RR

kooperativno vezanje supstrata isto konformacijsko stanje podjedinica zbog ouvanja simetrije

Sekvencijski model alosterikog enzimaUdio podjedinica u R obliku progresivno raste s dodavanjem supstrata S

10

+S +S TT RT RR

6 Alosteriki inhibitor:pomie konformacijsku I I

inhibitor

Alosterika aktivacija/inhibicija

T T

R R

p jravnoteu prema T obliku

Alosteriki aktivator:pomie konformacijsku SS supstrat

11

R R pomie konformacijsku ravnoteu prema R obliku

A A

S

aktivator

Opa kiselo-bazna kataliza prijenos protona sa donora ili na akceptor protona

Velik broj enzima koristi nekolikotemeljnih katalitikih mehanizama

prijenos protona sa donora, ili na akceptor protona smanjuje energiju prijelaznog stanja

Kovalentna kataliza tijekom katalize specifina reaktivna skupina u aktivnom

sreditu enzima privremeno se kovalentno modificira

K t li t l i i

12

Kataliza metalnim ionom elektrofilni katalizator koji stabilizira negativni naboj

Kataliza pribliavanjem pribliavanje reaktanata ubrzava kemijsku reakciju

7LizozimKiselo-bazna kataliza

Baktericidno djelovanje lizozimaBaktericidno djelovanje lizozima

katalizira hidrolizu polisaharidne komponente stjenke bakterije

bakterijska stanica bez stjenke puca zbog

13

osmotskog tlaka u stanici

-1,4-glikozidna veza

Graa polisaharidne ovojnice bakterija

14

NAG NAM NAG NAM

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

8Mjesto cijepanja lizozimom

j kti j t

podjedinica Du konformaciji

polustolice

procjep aktivnog mjesta lizozima ispunja heksamerni oligosaharid

svi ostaci pristaju u aktivno mjesto osim ostatka D

ostatak D mora se iskriviti d bi il diti

15

mjesto cijepanjapolustoliceda bi se mogao prilagoditi procjepu

iskrivljenje D-prstena ubrzava katalizu 3600 puta

Koji aminokiselinski ostaci

Trodimenzijska graa lizozima

Koji aminokiselinski ostacilizozima sudjeluju ukatalizi?

16

9 Glu35 je u nepolarnoj okolini: neionizirani oblik

Kljune aminokiseline u aktivnom sreditulizozima su Glu35 i Asp52

supstrat

nedisocirani Glu35 je proton donor

karbokation je kljuni intermedijer katalize

Asp52 je u polarnoj okolini: ionizirani oblik ionizirani Asp52

17

pstabilizira pozitivni naboj prijelaznog stanja

polipeptidni lanac

karbokation

Promjena pH mijenja ionizacijsko stanjedisocirajuih skupina

Ovisnost enzimske aktivnosti od pH

18

pH 7: Asp52-COO- + H+ Asp-COOH izostaje stabilizacija prijelaznog stanja

pH 7: Glu35-COOH + OH- H2O + Glu-COO-nedostaje kljuna proton-donorska skupina

10

Proteaze (sinonimi: proteinaze, peptidaze) cijepaju peptidnu vezu

Endopeptidaze: cijepaju unutranje peptidne vezepeptidne veze kimotripsin tripsin pepsin elastaza

Egzopeptidaze: cijepaju krajnje peptidne veze p p aminopeptidaze karboksipeptidaze

19

Kimotripsin je serinska proteaza sadrireaktivni serinski ostatak

Bioloka uloga kimotripsina: katalizira hidrolizu proteina u tankom crijevu

Specifinost: selektivan za peptidne veze na karboksilnoj strani aromatskih ogranaka aminokiselina i velikih

mjesto hidrolizeL-PheL-TyrL-ThrL-Met

20

aminokiselina i velikih hidrofobnih ostataka

11

Kimotripsinogen(neaktivna pretea)

Kimotripsin se sintetizira kao neaktivna pretea koja seaktivira proteolitikim cijepanjem na tri polipeptida povezana

disulfidnim vezama

(neaktivna pretea)

-Kimotripsin(aktivan)

tripsin

kimotripsin

21

-Kimotripsin(aktivan)

Kimotripsin djeluje mehanizmomkovalentne katalize

E + S ES EP2 E

P1 P21. Tijekom katalize dio supstrata se kovalentno vee na

22

je o ata e d o supst ata se o a e t o e e aenzim (acilacija)

2. Hidroliza acil-enzima (deacilacija)

12

Katalitiki mehanizam kimotripsina

enzim(Ser-OH)

acil-enzim

Acilacija: stvaranje acil-enzim intermedijera

23Deacilacija: hidroliza acil-enzim intermedijera

acil-enzim enzim

Tri aminokiseline tvore katalitiku trijadu u aktivnom sreditu kimotripsina

24

tafetni prijenos protona:katalitika trijada Asp102-His57-Ser195pretvara Ser195 u jaki nukelofil

13

Razliite serinske proteaze prepoznajurazliite supstrate

25

kimotripsin tripsin elastazakimotripsin: specifian za aromatske aminokiseline (Phe, Tyr, Thr, met)tripsin: za bazine aminokiseline (Lys i Arg)elastaza: za male aminokiseline

prerana aktivacija zimogena (proteolitskih i lipolitskih enzima u guterai)

Pankreatitis

lipolitskih enzima u guterai)

samorazgradnja guterae i krvnih ila u guterai

zdravaguteraa

26

upaljenaguteraa

14

Metaloenzimi

prijelazni metali su Lewisove kiseline (akceptori elektrona)

uspjeni su elektrofili u supstrat-metal kompleksu

uzrokuju polarizaciju supstrata

prijelazni metali dolaze u dva ili vie

27

valentnih stanja sudjeluju u oksido-redukcijskim

reakcijama (npr. Fe2+/Fe3+ u citokromu)

Karboksipeptidaza A

Enzimi s cinkom

cijepa peptidnu vezu na C-terminalnom kraju specifinost: aromatski ili veliki alifatski ogranak

Svojstva katalitikog mehanizma inducirano pristajanje: vezanje supstrata izaziva

velike konformacijske promjene u aktivnom mjestu enzima

28

elektronska prinuda: aktivno mjesto sadri atom zinka koji potie preraspodjelu elektrona supstrata

15

R

Karboksipeptidaza A

Elektronska prinuda:Zn jae polarizira C=O skupinu

RCH COO-

:N HCOCH2 NH2

HO

O

Zn2+

Zn stvara 4 koordinacijske veze

29

TyrOC OGlu270

Karbonilni atom ugljika je osjetljiviji prema nukleofilnom napadu