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효소:기초개념과반응속도론
Chapter 8
6. 대부분의 생화학반응들은 여러 가지 기질을 포함한다.
A + B P + Q
- 여러 기질 반응은 두 가지 반응부류로 나눌 수 있음
1) 순차반응 (Sequential Reactions): 반응물 모두 결합한 후 생성물이 분리되는 반응
- Ordered sequential reaction: Lactate dehydrogenase
- Random sequential reaction: Creatine kinase
2) 복치환반응 (Double-displacement; Ping-pong reactions): 반응물과 생성물의
분리가 순차적으로 일어나는 반응.
- 효소의 변형이 중간 산물로 존재함
- Aspartate aminotransferase:
7. 다른자리입체성 효소 (Allosteric enzymes)들은 Michaelis-Menten kinetics을
따르지 않음.
Allosteric enzymes(sigmoidal curve)
Allosteric regulator
8.5 효소들은특수한분자들에의해억제될수있다.
- 효소 활성 조절자 : 작은 분자로 구성된 화합물
= 효소활성을 증가 혹은 감소 시킬 수 있음
양성 조절자: activator
음성 조절자: inhibitor
= 생체에서 주요한 조절자로 작용
Allosteric inhibitors or activator
Drugs or toxins
전이상태 유사체 (inhibitor)
- 효소활성 저해제의 저해 기전
= 비가역적 저해제: 공유결합 혹은 약한 상호결합으로 강하게 결합함
Covalent modification
Noncovalent modification
= 가역적 저해제: 약한 상호작용으로 결합함
경쟁적 저해 (Competitive inhibition)
무경쟁적 저해 (Uncpmpetitive inhibition)
비경쟁적 저해 (Noncompetitive inhibition)
경쟁적 저해 (Competitive inhibition)
- 효소는 기질 혹은 저해제와 결합함.
= ES 혹은 EI를 만듦: ESI complex는 형성할 수 없음
= 효소에 결합하는 기질과 저해제가 경쟁함
= 기질의 농도를 높이면 저해제 효과를 상쇄시킬 수 있음
- 경쟁적 저해제의 종류: 기질 유사체 (Substrate analogs)
Ex) Methotrexate: dihydrofolate reductase의 경쟁적 저해제임
무경쟁적 저해 (Uncompetitive inhibition)
= 저해제는 ES complex에 만 결합함.
저해제 결합부위는 ES complex가 만들어 진 후에 형성됨
무경쟁적 저해는 기질의 농도를 높이더라도 저해효과가 상쇄되지 않음
비경쟁적 저해 (Noncompetitive inhibition)
- 저해제가 효소의 활성자리와 경쟁하지 않음
= 활성자리가 아닌 다른 곳에 저해제가 결합함
= Allosteric inhibitors
1. 가역적 저해제들은 반응속도론으로 구별할 수 있음.
Competitive inhibition
- 저해제가 효소의 활성자리와 결합할 수 있음
Ki =[E][I]/[EI]
- 기질의 Km 값을 높임: 결합력을 약화시킴
Kmapp = Km (1 + [I]/Ki)
- Vmax는 변화없음
기질의 농도를 높임으로서 Vmax에 도달함.
- Double-reciprocal plot
(1+ )( )
Uncompetitive inhibition
- 저해제가 ES complex에 만 결합함
Ki =[ES][I]/[ESI]
- Vmax 가 낮아짐: Why??
- Km도 낮아짐: [E]와 [ES]의 평형을 유지하기 위해
- 기질의 농도를 높여서 제해 효과를 상쇄 못함
- Double-reciprocal plot
(1+
비경쟁적 저해 (Noncompetitive inhibition)
- 저해제가 E 혹은 ES complex에 결합할 수 있음: Why??
- 기질의 농도를 높여서 저해효과를 상쇄 못함
= 저해제가 활성있는 효소의 농도를 낮춤
= Vmax가 낮아짐
Vmaxapp = Vmax/(1 + [I]/Ki)
= Km은 변화 없음
- Double-reciprocal plot
1+ (1+
2. 비가역적 저해제들은 활성자리의 위치를 분석하는데 사용될 수 있다.
- 비가역적 저해제: 효소의 활성자리에서 촉매작용에 중요한 요소와 공유결합함
= 변형된 자리는 쉽게 확인할 수 있음
- 비가역적 저해제의 종류
= 원자단 특이적 화합물 (group-specific inhibitors)
= 반응성 기질유사체 (Reactive substrate analogs)
= 자살 억제물 (Suicide inhibitors)
1) Group-specific inhibitors
- 효소의 amino acid들의 side chain과 결합
= 활성자리에 존재하는 amino acid과 결합함
ex) * DIPF: Ser과 결합
(Chymotrypsin/acetylcholin esterase)
* iodoacetamide: Cys과 결합
2) Reactive substrate analogs.
- 화합물이 효소의 기질과 구조적으로 유사함
- 활성자리의 촉매작용에 관여하는 amino acid와 결합
- group-specific reagent들 보다 더욱 특이성이 높음
= Tosyl-L-phenylalanine chloromethyl ketone (TPCK): chymotrypsin
= 3-bromoacetol phosphate: triose phosphate isomerase (DHAP ; substrate)
3) Suicide inhibitors, or mechanism-based inhibitors.
- 가장 특이적인 활성자리 변형제임
= 효소의 정상반응을 유도함
= 반응성이 강한 중간산물을 생산 후 효소를 공유결합으로 변형시킴
ex) N,N-dimethylpropagylamine: monoamine oxidase (deaminates
neurotransmitters: dopamine and serotonin)
Low dopamine: Parkinson
disease
Low serotonin: depression
3. 전이상태 유사체 (Transition-State analogs)는 효소의 강력한 저해제임
- Transition-state analogs: 전이상태 유사화합물
= Pyrrole-2-carboxylic acid: Proline racemase inhibitor
4. 촉매활성을 가진 항체는 효소의 전이상태에서 특이적 결합의 중요성을 보여준
다.
- Catalytic antibody: 효소의 전이상태를 항원으로 만든 항체
= ferrochelatase : Fe ion을 porphyrin ring에 넣어주는 효소
= N-methylmethoporphyrin을 사용하여 만든 항체는 철이온을 porphyrin
ring에 넣을 수 있음.
5. Penicillin은 bacteria의 세포벽 합성효소를 비가역적으로 저해한다.
Peptidoglycan structure
sugar
Peptide
Pentaglycine