Upload
others
View
11
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
25.04.2020.
Enzimi, fermenti ili biokatalizatori – supstance
(proteini) koje ubrzavaju hemijske reakcije u
ćeliji ili izvan ćelije
Tokom reakcije podležu fizičkim, a ponekad i
hemijskim promenama, ali se po završetku
reakcije vraćaju u prvobitno stanje
Uloga enzima je ubrzavanje hemijskih reakcija
kojima se supstrat ili supstrati transformišu u
proizvod/-e reakcije
Supstrat – supstanca na koju enzim
deluje i hemijski je transformiše u
proizvode
E + S → ES → E + P
←
Nemaju ni energetsku ni gradivnu ulogu
Aktivni su u vrlo malim količinama
Ne nalaze se u konačnim produktima
reakcija koje katalizuju i ne menjaju
konstantu ravnoteže hemijskih reakcija
Smanjuju energiju aktivacije – zbog toga
se katalizovane reakcije brže odvijaju
a) Lipidi
b) Ugljeni hidrati
c) Proteini
d) Neorganski molekuli
e) Nijedno od navedenog
a) Trajnim fizičkim promenama
b) Trajnim hemijskim promenama
c) Privremenim fizičkim promenama
d) Privremenim hemijskim
promenama
e) Nijedno od navedenog
a) Poseduju energetsku ulogu
b) Poseduju gradivnu ulogu
c) Aktivni su u vrlo malim
količinama
d) Nalaze se u konačnim produktima
reakcija koje katalizuju
e) Smanjuju energiju aktivacije
Specifičnost
Efikasnost
Podložni kontroli, regulaciji i
autoregulaciji
Specifičnost dejstva (prema tipu
reakcije)
1 enzim katalizuje samo 1 tip reakcija
1 supstrat može da uđe u više različitih
hemijskih reakcija transformišući se u
različite proizvode
glutaminska kiselina
glutamin (glutamin sintetaza)
gama aminobuterna kisleina (GABA)
(glutamat dekarboksilaze)
α-ketoglutarna kiselina (transaminaza)
Specifičnost prema supstratu
Apsolutno specifična – visoko
specifična
Grupno specifična – nisko
specifična
Apsolutno specifična – visoko specifična –
enzim reaguje samo s 1 supstratom (ili
određenim izomerom)
Apsolutna specifičnost –(katalaza razgrađuje
samo H2O
2; ureaza hidrolitički razgrađuje samo
ureu)
Stereohemijska specifičnost - enzim deluje
selektivno na samo jedan optički ili
geometrijski izomer supstrata (alfa
glikozidaza, beta glikozidaza)
Grupno specifična – nisko
specifična – enzim katalizuje
istovetan tip hemijskih reakcija u
jedinjenjima koja su bliska po
svojoj strukturi (organski estri
fosforne kiseline npr. alkalna
fosfataza)
1 molekul enzima može transformisati i
nekoliko miliona molekula supstrata u
minuti
Katalaza – degradacija 5 miliona
molekula H2O
2u minuti
Genetska kontrola sinteze enzima
Brzina degradacije enzima
Regulacija aktivnosti enzima
inhibitorima ili aktivatorima
Kovalentna modifikacija enzima
itd.
Proteini – 1 ili više polipeptidskih lanaca
Protein-enzimi – samo aminokiseline
Proteid-enzimi – pored proteinskog dela
(apoenzim) sadrže i neproteinsku
komponentu (kofaktor)
Istovetna podela je homoproteini i
heteroproteini sadrže i kofaktor
(koenzim ili jon metala)
Velik broj enzima zahteva prisustvo koenzima
– prenos atoma, atomskih grupa ili elektrona u
toku enzimske reakcije
Proteinski deo u takvim enzimima se naziva
apoenzim + kofaktor = holoenzim
Koenzim može biti kovalentno i trajno vezan za
enzim i tada se naziva prostetična grupa
Koenzim koji nije trajno vezan naziva se
kosupstrat
a) Protein-enzim
b) Koenzim
c) Holoenzim
d) Kosupstrat
e) Kofaktor
a) Holoenzim
b) Proteid-enzim
c) Kofaktor
d) Kosupstrat
e) Apoenzim
a) Grupna specifičnost
b) Apsolutna specifičnost
c) Stereohemijska specifičnost
d) Ne postoji značajna razlika u
pogledu stepena specifičnosti
e) Nijedno od navedenog
Enzim je složen proteinski molekul, najčešće
mnogo veći od susptrata
Na enzimu postoji aktivno mesto – mesto za
koje se vezuje supstrat
Fischer – princip brave i ključa
Preciznije mesto za koje se supstrat veže na
aktivnom mestu naziva se aktivni centar
enzima
Aminokiseline u proteinskom delu koji stvara aktivni
centar mogu se prema funkciji podeliti na tri grupe:
Kontaktne aminokiseline – vežu supstrat tako da
hemijsku vezu koja će se npr. razgraditi učine
dostupnom za delovanje katalitičkih aminokiselina
Katalitičke aminokiseline – poseduju reaktivne grupe
koje deluju na supstrat za vreme katalize
Aminokiseline koje održavaju trodimenzionalnu
strukturu aktivnog centra da bi u njega mogao da
„sedne“ molekul supsttrata
Proučava brzinu enzimskih reakcija
Brzina može da se meri na dva načina
Smanjenjem koncentracije supstrata u
funkciji vremena
Povećanjem koncentracije produkata reakcije
u funkciji vremena
U laboratorijskoj praksi najčešće se meri
brzina nastajanje produkta
Na brzinu hemijske reakcije utiču:
Koncentracija enzima
Koncentracija supstrata
Temperatura
pH reakcionog medijuma
Aktivatori enzimske reakcije
Inhibitori enzimske reakcije
U okviru ograničenog temperaturnog intervala
brzina enzimski katalizovanih reakcija raste sa
porastom temperature
Brzina enzimske reakcije se udvostručuje
svakih 10°C stepeni, do temperature od 40-
50°C, nakon čega naglo opada
Postoji optimalna temperatura – za većinu
enzima to je termperatura ćelije, ili
temperatura malo iznad temperature ćelije
Izrazit uticaj na brzinu hemijske
reakcije
Za većinu enzima optimalna vrednost
pH je između 5 i 9
Izuzeci
pepsin (pH 1,5-2)
alkalna fosfataza (pH 9,5-10)
Koncentracija enzima
Brzina enzimske reakcije direktno
je proporcionalna koncentraciji
enzima
Koncentracija supstrata
Izuzetno značajna zbog mogućnosti zasićenja
enzimskog sistema supstratom
pri niskim koncentracijama brzina reakcije se
povećava srazmerno porastu koncentracije supstrata
(linearan segment krive)
pri daljem povećanju koncentracije porast brzine je
sporiji
sa daljim porastom koncentracije kriva dostiže plato –
nakon čega dalje povećanje koncentracije supstrata ne
dovodi do promene brzine reakcije
a) Smanjenjem koncentracije
supstrata u funkciji vremena
b) Povećanjem koncentracije
produkata reakcije u funkciji
vremena
c) Porastom temperature u funkciji
vremena
d) Porastom pritiska u funkciji
vremena
e) Nijedno od navedenog
a) Opada sa porastom temperature
b) Raste sa porastom temperature
c) Temperatura ne utiče na brzinu
enzimske reakcije
d) Nijedno od navedenog
a) Brzina enzimske reakcije utrostručuje
sa porastom temperature svako 5°C
b) Brzina enzimske reakcije raste sa
porastom temperature do 90-100°C
c) Optimalna temperatura za odvijanje
enzimskih reakcija je bliska
temperaturi ćelije
d) Nijedno od navedenog
Inhibitori – supstance koje u malim
koncentracijama smanjuju aktivnost enzima,
delimično ili potpuno
Inhibitorno delovanje može biti reverzibilno
(povratno) ili ireverzibilno (nepovratno)
Ireverzibilna inhibicija – kompletan gubitak
enzimske aktivnosti nakon nekog vremena
Reverzibilna inhibicija – enzimska aktivnost
može da se u potpunosti regeneriše
uklanjanjem inhibitora
Tri vrste reverzibilnih inhibitora –
kompetitivni, nekompetitivni, akompetitivni
inhibitor
Kompetitivni inhibitor – strukturno sličan
supstratu – veže se za aktivno mesto enzima na
isto mesto gde i supstrat – konkuriše supstratu
pri vezivanju za aktivni centar enzima
Nekompetitivni inhibitor – veže se za enzim za
mesto različito od aktivnog mesta menjajući time njegovu strukturu – onemogućeno je
vezivanje supstrata
Pojedina jedinjenja mogu da ubrzaju dejstvo
enzima – aktivatori
Za određene enzime neophodno je prisustvo
jona, najčešće katjona
Izuzetak anjoni – α amilaza – joni Cl-
Ostali anjoni – neorganski fosfat, ATP, ADP,
GTP, GDP, neke organske kiseline
Katjoni – joni Mg, Mn – kreatin kinaza; joni Ca –
lipaza; joni Mn, Ni i Co - arginaza
Mnogi enzimi se nalaze u neaktivnom obliku –
proenzima – postaju efikasni su nakon aktivacije
Proteolitički enzimi – pepsin, tripsin,
trombin....(pepsinogen, tripsinogen, protrombin)
Aktivacija se vrši otkidanjem dela molekula – peptida
delovanjem nekog enzima ili čak istog aktivnog
proteolitičkog enzima
Pepsin u želucu vrši funkciju digestije – nastaje u
ćelijama sluznice želuca kao pepsinogen – aktivacija
se vrši pod delovanjem jona H+ i aktivnog pepsina
Tripsin se sintetiše kao tripsinogen u pankreasu –
tripsinogen se aktivira u crevima delovanjem
enterokinaze i već aktivnog tripsina
Trombin je proteolitički enzim koji se sintetiše u
formi glikoproteina protrombina – u koagulaciji krvi
učestvuje aktivna forma trombin
Pretvaranje protrombina u trombin se odvija
proteolitičkim putem – u aktivaciji učestvuje aktivna
trombokinaza krvi (tromboplastin), joni Ca2+, Vi i VII
faktor koagulacije iz plazme i 1. faktor trombocita
PRISUSTVO SUPSTANCE
STRUKTURNO SLIČNE SUPSTRATU
JE KARAKTERISTIKA:
a) Akompetitivnog inhibitora
b) Kompetitivnog inhibitora
c) Nekompetitivnog inhibitora
d)Nijedno od navedenog
Ranije se za označavanje enzima koristila
„trivijalna“ radna nomenklatura – ime je
formirano ili prema prirodi njihove
funkcije ili prema imenu supstrata
Enzim koji razlaže skrob (amylum) –
amilaza
Enzim koji razlaže laktozu – laktaza
Enzim iz želuca koji razlaže proteine naziva
se pepsin – (grč. pepsis – varenje hrane)
Savremena sistematizacija i
nomenklatura (Međunarodna unija za
biohemiju i molekularnu biologiju) – u
nazivu enzima su uključeni ime
supstrata i tip hemijske reakcije koju
enzim katalizuje
Prema vrsti reakcije – 6 osnovnih grupa/klasa
Oksidoreduktaze – katalizuju oksidoredukcione procese u
ćelijama
Transferaze – enzimi koji omogućavaju prenošenje
hemijskih grupa sa jednog jedinjenja (donor) na drugo
jedinjenje (akceptor)
Hidrolaze – katalizuju razlaganje organskih materija uz
učešće molekula vode
Lijaze – katalizuju odvajanje (nehidrolitičkim putem) neke
hemijske grupe od supstrata uz stvaranje dvostruke veze ili
obrnuto
Izomeraze – omogućavaju stvaranje izomera
Ligaze - omogućavaju stvaranje veza između O2 i C, C i S2,
C i N2, između atoma ugljenika – katalizuju procese
biosinteze organskih jedinjenja
Enzimi se mogu koristiti kao parametri
oštećenja organa ili organskih sistema
Za određivanje aktivnosti enzima koristi
se najčešće biološki materijal serum ili
plazma, kao i druge telesne tečnosti
poput cerebro-spinalne tečnosti
(lumbalna punkcija), urin, sputum,
pleuralni izliv, perikardijalni izliv i dr.
Izuzetno retko aktivnost enzima meri se
u ćelijama
Katalizuje hidrolizu monoestra fosfatne
kiseline i alkohola
Pokazuje najveću aktivnost u alkalnom
području
Prisutan je epitelu tankog creva,
bubrežnim tubulima, kostima, jetri,
placenti i luekocitima
Kod zdravih odraslih osoba ALP je
poreklom iz jetre, a kod dece i iz kostiju
Nivo ALP je fiziološki povišen u III
trimestru trudnoće
Povišene vrednosti mogu da ukazuju na
povećanu razgradnju kostiju i mogući razvoj osteoporoze
Povišenje se javlja i kod opstrukcije žučnih
puteva (kamen, ožiljak, karcinom) i kod
oboljenja jetre
Snižene vrednosti u slučaju pothranjenosti,
nedostatka belančevina, i kod bolesnika na
dijalizi
enzim koji se nalazi u jetri, srcu, bubrezima i
skeletnim mišićima
Molekula LDH se sastoji iz 4 peptidna lanca
(subjedinice) tipa M odnosno H – postoji 5
različitih formi LDH (izoenzimi)
LDH1 – HHHH
LDH2 – MHHH
LDH3 – MMHH
LDH4 – MMMH
LDH5 – MMMM
Aktivnost izvan referentnih
vrednosti
LDH1 i/ili LDH2 – akutni infarkt
miokarda
LDH3 – virusni hepatitis, infektivna
mononukleoza, toksični hepatitis
LDH 4 i 5 – bolesti jetre, povrede
skeletnih mišića, zapaljenske i
degenerativne bolesti skeletnih mišića,
maligne bolesti
Često se nazivaju transaminaze
Unutarćelijski enzimi koji učestvuju u
metabolizmu aminokiselina
U viokim koncentracijama nalaze se u
jetri, mišićima i mozgu
Laboratorijski se najčešće određuje
aktivnost aspartat aminotranferaze
(AST) i alaninaminotransferaze (ALT)
AST – je najzastupljenija u jetri, srčanom mišiću, a
manje u mozgu, bubrezima i pankreasu
Povišene vrednosti AST javljaju se kod infarkta
miokarda, mišićne distrofije, bolesti jetre; izrazito
visoke vrednosti prisutne su kod virusnog i
akutnog toksičnog hepatitisa
Povišene vrednosti ALT ukazuju na akutno
oštećenje jetre, najčešće izazvano terapijom
antibioticima, unosom gaziranih pića i energetskih
napitaka, a povišene su i kod virusnog hepatitisa i
bolesti pankreasa (akutni/hronični pankreatitis,
karcinom)
Enzim digestivnih sokova
Katalizuje hidrolizu skroba pri čemu nastaje
maltoza koja se dalje razgrađuje do glukoze
U većim količinama se sintetiše u pankreasu, a
manjim delom u pljuvačnim žlezdama
Aktivnost alfa amilaze povišena je kod
pacijenata obolelih od bolesti pankreasa,
bolesti pljuvačnih žlezda (mumps), a može biti
povišena i kod bolesti bilijarnog trakta,
ulkusne bolesti, uremiji i postoperativnim
stanjima
Katalizuje hidrolizu neurotransmitera
acetilholina na holin i acetatnu kiselinu
Neophodna je radi vraćanja holinergičkog
neurona u prvobitno stanje nakon
aktivacije
Nedostatak ili mutacija gena – nastaje
kliničko stanje deficijencija holinesteraze
Manifestuje se produženom paralizom kod
primene sukcinilholina (miorelaksans) kod
hirurških intervencija
U ranoj trudnoći prisutan u amnionskoj
tečnosti – može da ukaže na oštećenje
abdominalnih zidova i oštećenje nervne
cevi
Katalizuje reakciju između ATP i kreatina, pri čemu se
stvara ADP i fosfokreatin
Enzim je prisutan u skeletnim mišićima, srčanom mišiću,
mozgu
Postoje tri izoenzima CPK:
CKBB, CKMB, CKMM
Povišene vrednosti MM – povreda mišića, MB – infarkt
miokarda ili miokarditis
Upotreba statina (lekovi za snižavanje nivoa holesterola)
mogu dovesti do porasta nivoa enzima CPK
a) Poremećaj funkcije bubrega
b) Poremećaj funkcije mozga
c) Poremećaj funkcije jetre
d) Poremećaj funkcije pankreasa
e) Poremećaj funkcije srca
a) Laktat dehidrogenaze
b) Alfa amilaze
c) Alkalne fosfataze
d) Holinesteraze
e) Kreatinfosfokinaze
a) Laktat dehidrogenaze
b) Alfa amilaze
c) Alkalne fosfataze
d)Holinesteraze
e) Kreatinfosfokinaze
a) Laktat dehidrogenaza
b) Holinesteraza
c) Alfa amilaza
d) Alkalna fosfataza
e) Kreatinfosfokinaza