Struktura enzymu

From WikiSkripta

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[edit | edit source]

Enzym[edit | edit source]

  • 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[edit | edit source]

  • 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 vstupní substrát – každá ho jinak zpracovává, př. synthasa mastných kyselin, vysoce ekonomické


6 tříd enzymů[edit | edit source]

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

Oxidoreduktázy[edit | edit source]

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

Transferasy[edit | edit source]

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

Hydrolasy[edit | edit source]

  • 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[edit | edit source]

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

Isomerasy[edit | edit source]

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


Ligasy[edit | edit source]

  • 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[edit | edit source]

  • 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[edit | edit source]

  • 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[edit | edit source]

  • 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[edit | edit source]

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[edit | edit source]

  • 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)[edit | edit source]

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

Mnohotné formy enzymů = izoformy enzymů[edit | edit source]

  • 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[edit | edit source]

  • 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[edit | edit source]

Diagnostická a prognostická pomůcka[edit | edit source]

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[edit | edit source]

  • 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[edit | edit source]

Související články[edit | edit source]

Použitá literatura[edit | edit source]

  • 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.