Struktura enzymu

Z WikiSkript

Enzymy jsou z biochemického hlediska proteiny s katalytickými vlastnostmi. Podle struktury rozlišujeme monomery, enzymy pozůstávající z jednoho řetězce a enzymy s oligomerní strukturou, které jsou složené z více podjednotek. Některé enzymy se můžou spojovat do multienzymových komplexů.

Funkce enzymu a jeho struktura[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Enzym[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • je globulární bílkovina (výjimka - katalyticky působící molekuly RNA = ribozomy)
  • zrychluje reakci aspoň o 6 řádů
  • během reakce - není spotřebován ani trvale změněn

Struktura a interakce[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • ES-komplex - nevazebné interakce (H můstky, Van der Waalsovy síly, hydrofobní interakce, elektrostatické síly)
  • aktivní místo (6-12 zbytků aminokyselin(AMK)) - prohlubeň, hydrofobní charakter; multimerní enzym - na rozhraní podjednotek
  1. vazebné skupiny - aromatické jádra (Phe, Tyr), spojené se substrátem ← hydrofobní skupiny
  2. katalytické skupiny - karboxyly dikarboxylových (kyselých) AMK, OH serinu, karbonylové kyslíky, His, Arg, katal. reakce ← polární struktury
  • teorie zámku a klíče
  • teorie indukovaného přizpůsobení - dynamičnost během rozpoznávání
* 1 řetězec
* 1 řetězec - několik domén se stejnou enz. specifičností
* 1 řetězec - několik domén s rozdílnou specifičností
* multienzymový komplex - kvartérní struktura, podjednotky NEspojeny koval. vazbami, různá specifičnost, 1 vstupný substrát - každá ho jinak zpracovává, př. synthasa mastných kyselin, vysoce ekonomické


6 tříd enzymů[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  1. Oxidoreduktázy
  2. Transferasy
  3. Hydrolasy
  4. Lyasy
  5. Isomerasy
  6. Ligasy

Oxidoreduktázy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • Katalyzují redoxní reakce
  • Přenášejí H+ nebo O, nebo jen e- z jedné látky na druhou
  • Dehydrogenasa, oxidáza, oxygenáza, hydroxylasa

Transferasy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • Přenášejí funkční skupiny
  • Obvykle mají v názvu jméno přenášené skupiny - aminotransferasy, transglykosylasy, transmethylasy
  • Hexokinazám se v názvu nezrcadlí jméno funkční skupiny

Hydrolasy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • Katalyzují hydrolytické reakce
  • Štěpí substrát za vstupu H2O; kovalentní vazby C-O, C-C, C-N,…
  • Se rozlišují podle štěpeného substrátu na peptidasy (proteasy), lipasy, esterasy, glykosiday a jiné

Lyasy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • Štěpí C-C, C-O nebo C-N; bez vstupu H2O = nehydrolyticky
  • Aldolasa, dekarboxylace -R
  • Zúčastňující se syntéz se nazývají SYNTHASY - nepotřebují ATP !!

Isomerasy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • Katalyzují izomerační reakce; katalyzují geometrické nebo strukturní změny uvnitř jedné molekuly
  • Podtřídy - cis-trans izomerasy, epimerasy, mutasy, racemasy


Ligasy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • Spojují 2 sloučeniny za vytvoření vazeb C-O; C-N; C-C; C-S
  • Spotřeba energie ze současného štěpení ATP
  • SYNTHETASY - alternativní název, spotřebují ATP !!

Nejčastější jsou 1), 2) a 3).

Kofaktory[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • jsou nízkomolekulární organické sloučeniny nezbytné pro aktivitu enzymů (nebo ionty - př. Zn v karboxypeptidase)
  • vazba na enzym/substrát je krátkodobá, snadno disociuje a je reverzibilní
  • př. ATP, ionty kovů - enzymy aktivované kovovými ionty (jiné než metalloenzymy)

Koenzymy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • jsou „recyklovatelné člunky - přenašeče skupin“
  • přenos substrátů z místa syntézy do místa využití, substrát je stabilizován při navázání (př. H)
  • některé koenzymy obsahují adenin, ribosu, fosfátovou skupinu AMP/ADP
  • dále přenášejí:
    • methylové skupiny (foláty)
    • acylové skupiny (koenzym A)
    • oligosacharidy (dolichol)

Prostetické skupiny[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • jsou vázáné kovalentně i nekovalentně
  • př. pyridoxalfosfát, FMN, FAD, thiamindifosfát (thiaminpyrofosfát, FPP), biotin, ionty některých kovů - Co, Cu, Mg, Mn, Zn
  • metalloenzymy - 1/3 všech enzymů
    • mají pevně vázané kovové ionty
      • jsou pevně vázány na enzym
      • účastní se redoxních reakcí za tvorby komplexních sloučenin (př. hem, Fe-S klastry)
      • usnadňují navázání a orientace S
      • jsou pro vytvoření kovalentní vazby v reakčním intermediátu (Co2+ ionty v koenzymu B12)
      • interagují se substrátem s úmyslem jeho přeměny na více elektrofilní (chudší na e-)/méně nukleofilní (bohatší na e-)

Deriváty vit. B[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Mnohé koenzymy, kofaktory a prostetické skupiny jsou deriváty vit. B.
Jedná se o:

  • nikotinamid (vit. PP, B3, niacin) - koenzym NAD, NADP (redoxní reakce)
  • riboflavin (B2) - FMN, FAD (redoxní reakce)
  • pantothenová kyselina (B5) - prekurzor koenzymu A (přenašeč acylových skupin)
  • thiamin (B1) - ve formě pyrofosfátu (difosfátu) (dekarboxylace α-oxokyselin)
  • kys. listová (B9, folát) a kobamidové koenzymy (B12) - (přenos jednouhlíkových zbytků)

Povrch enzymu[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • obsahují alosterické místo ← alosterické enzymy (enzymy snadno měnící konformaci pod vlivem efektorů),
  • také determinantní skupiny = epitopy → imunitní charakteristika,
  • ale i místa vážicí jedy a farmaka.

Proenzym (=zymogen)[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • proteáza odštěpí část → demaskování aktiv. místa
Izoenzymy
5 izoenzymů LDH

Mnohotné formy enzymů = izoformy enzymů[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • mají totožné názvy, ale různé formy,
  • také stejnou specifičnost,
  • mají různou velikost, strukturu, rozdílný počet el. nábojů (→ separace v ELFO), odolnost vůči teplotám, imunitní vlastnosti,
  • a následně vznik mnohotních forem enzymů - proteolytické štěpení různé hloubky

Izoenzymy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • rozdíly mají dané geneticky (determinovány rozdílnými, ale blízce příbuznými geny),
  • podjednotky můžou hybridizovat,
  • př. laktátdehydrogenáza = LDH - tetramer, vytváří 5 izoenzymů (podjednotky H-heart a M-muscle).

Praktická medicína[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Diagnostická a prognostická pomůcka[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Enzymy jsou součástí všech bb. a tělních tekutin:

  • kompartmentace: mitochondrie - cytochromoxidázy, lyzosom - kyselá fosfatáza, cytosol - enzymy glykolýzy → nestejnoměrné rozdělení enzymů v b.
  • tkáňové rozdíly: prostata - kyselá fosfatáza, játra - glutamátdehydrogenáza, sval - izoenzym kreatinkinázy
  • sekreční enzymy (míň)
  • Intracelulární enzymy (metabolické funkce jen v b.) - poškozením bb. se enzymy dostávají do tělných tekutin ← jejich aktivitu stanovujeme (svalové enzymy - uvolněny i po namáhavé zátěži)
  • izoenzymy - tkáňová lokalizace

Využití v praxi:

  • enzymové stanovení glukózy v krvi za použití glukózaoxidázy (na rozdíl od chemických postupů se nezachytí strukturně podobné látky redukující se v krvi - př. glukuronát)
  • amylasa v krvi poukazuje na akutní pankreatitidu (cave parotitida - slinná amyláza v krvi); alkalická fosfatasa se dostává do krvi při různých nemocech kostí, obstrukčních jaterních chorobách; laktátdehydrogenáza izoenzym 5 svědčí o jaterních onemocněních; kyselá fosfatasa poukazuje na metastázy karcinomu prostaty
  • „diagnostické okno“ = doba, která uplyne, než se marker dostane v dostatečné koncentraci do krve - nález může být falešně negativní (infarkt myokardu až dvě hodiny)
  • diagnóza infarktu myokardu (IM), kde sledujeme:
    • aspartátaminotransferasa (AST), alaninaminotransferasa(ALT) - pomalý nástup, nejsou specifické pro IM
    • laktátdehydrogenáza (LDH) - izoenzymy ← elektroforeticky stanovovány; nevýhoda! - uvolňuje se pomalu
    • kreatinkináza (CK) - 3 izoenzymy: CK-MM (kosterní svalstvo), CK-BB (mozek), CK-MB (srdeční a kosterní sval)
  • CK-MB - objevení během 4-6 hodin, vrchol 24. hodinu, normál do 48-72 hodin
    • troponin - komplex 3 proteinů
      • stanovení koncentrace srdečních troponinů I a T
      • zvedá se po 2-6 hodinách, zůstává zvýšená 4-10 dnů
      • i jiné poškození než IM zvyšuje jeho koncentraci
  • restrikční endonukleasy - RFLP
  • termostabilní DNA polymeráza - PCR

Léčba, příklady[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • je možno substituovat chybějící produkty trávicích enzymů
  • proteolytické enzymy - pro nekrvavé odstraňování ložisek mrtvých tkání/fibrinu
  • Liposom - inkorporace enzymu do uměle připravených lipoproteinových částic a tím usnadněný přestup do buňky
  • enzymoterapie - acidorezistentní tablety (proteolytické enzymy) - podáno ústy
  • mnohé léky - inhibitory enzymů
    • statinové léky → inhibice 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA-reduktázy (snížení produkce cholesterolu)
    • inhibice enzymu konvergujícího angiotensin → snížená koncentrace angiotensinu II (vazokonstriktor) → léčba hypertenze
    • β-laktamová rezistence = bakterie produkují β-laktamasy → hydrolyzace funkčního β-laktamového kruhu v penicilinu a příbuzných lécích → současné podání inhibitoru β-laktamasy a β-laktamových antibiotik
    • transformace profarmak (neaktivní léky) → biol. aktivní léky


Odkazy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Související články[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Použitá literatura[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • MURRAY, Robert K. Harperova biochemie. 2. vydání. Jinočany : H&H, 2002. 871 s. ISBN 80-7319-013-3.
  • LEDVINA, Miroslav, et al. Biochemie pro studující medicíny. I. díl. 2. vydání. Praha : Karolinum, 2009. 269 s. ISBN 978-80-246-1416-8.