1

Struktura enzima i aktivni centar Struktura enzima i aktivni centar enzimaenzima

Predavanja iz Kliničke enzimologijeIntegrisane akademske studije: Farmacija-medicinska

biohemijaŠkolska 2014/2015. godina

2

Struktura enzima kao proteinaStruktura enzima kao proteinaTipovi proteinske strukture enzimaTipovi proteinske strukture enzima

• Svi enzimi imaju: primarnu, sekundarnu i tercijarnu strukturu• Većina enzima ima i kvartenarnu strukturu• Primarna struktura enzima

– linearna sekvenca aminokiselina

• Sekundarna struktura– Alfa-heliksi, beta-presavijene ploče

• Trodimenzionalna struktura– Uvijene strukture

3

Struktura enzima kao proteinaStruktura enzima kao proteinaTipovi proteinske strukture enzimaTipovi proteinske strukture enzima

• Kvarternarna struktura• Katalitička aktivnost enzima tj fiziološka

aktivnost enzimske molekule vezana jeza tercijarnu odnosno kvarternarnu strukturu

• Kvarternarna struktura se sastoji iz subjedinica• Homogene forme

– Kopije istih polipeptidnih lanaca

• Heterogene forme– Različiti polipeptidni lanci

4

Struktura enzima kao proteinaStruktura enzima kao proteinaTipovi proteinske strukture enzimaTipovi proteinske strukture enzima

• Fizičke metode X- ray kristalografija i NMR • (multidimenzionalna nuklearna magnetna rezonanca)

– Odreñena je struktura proteinskih molekula i

njena povezanost sa mehanizmima enzimskih reakcija

• Metode molekularne biologije – molekularno kloniranjem – omogućava purifikaciju i karakterizaciju enzima u većim količinama

• Manipulacija sekvence aminokiselina omogućava mutagenezu i deleciju – omogućava identifikaciju ključnih hemijskih grupa za vezivanje

liganada.

5

Struktura enzima kao proteinaStruktura enzima kao proteinaTipovi proteinske strukture enzimaTipovi proteinske strukture enzima

• Primarna struktura enzima• Sekvenca amino kiselina je jedinstvena za svaki enzim

• Sličnosti u zavisnosti od filogenetskog razvoja enzima

• Sličnost primarne strukture serin-proteaza u aktivnom centru tj homologna sekvenca

• Katalitička trijada Ser 195, His 57 i Asp 102

6

Struktura enzima kao proteinaStruktura enzima kao proteina

• Značaj integriteta enzimske molekule• Reverzibilna oštećenje su mala• Ireverzibilna dovode do denaturacije

• Denaturacija enzimske molekule → gubitak aktivnosti enzima• Denaturišući uslovi1. Visoka temperatura dovodi do inaktivacije

a. > 600 C

b. Polimeraze >900C

c. Niske temeperature za očuvanje aktivnosti enzima

2. Ekstremni pHa. Dovodi do ispravljanja polipeptidnih lanaca

3. Dodatak hemikalijaa. Urea

b. Deterñenti

7

OpOpššte karakteristike aktivnog mesta enzimate karakteristike aktivnog mesta enzima

1. Aktivno mesto enzima je malo u poreñenju sa celom enzimskom

molekulom

2. Aktivno mesto je trodimenzionalne strukture

3. Veze aktivnog centra i enzima su nekovalentne.

4. Lokacija aktivnog mesta je obično u procepu tj. šupljini.

5. Specifičnost vezivanja supstrata je u funkciji specijalnog rasporeda

atoma u aktivnom centru enzima koje je komplementarno strukturi

molekule supstrata.

8

SpecifiSpecifiččnost enzima i aktivni centarnost enzima i aktivni centar

1. Aktivno mesto enzima je malo u poreñenju sa celom

enzimskom molekulom

• Veličina enzima i supstrata• Enzim je obično veći od supstrata izuzev:

– amilaze, DNK polimeraze, proteaze

9

SpecifiSpecifiččnost enzima i aktivni centarnost enzima i aktivni centar

2. Aktivno mesto je trodimenzionalne strukture jer je

protein tercijerne strukture

3. Veze aktivnog centra i enzima su nekovalentne.

Vodonične veze, Van der Valsove, elektrostatske i

hidrofobične.

4. Lokacija aktivnog mesta

Aktivno mesto je obično u

procepu tj šupljini.

Aktivni centar je hidrofoban.

10

SpecifiSpecifiččnost enzima i aktivni centarnost enzima i aktivni centar

5. Specifičnost vezivanja supstrata je u funkciji specijalnog rasporeda atoma u aktivnom centru enzima koji je komplementaran strukturi molekule supstrata

11

OpOpššte karakteristike aktivnog mesta enzimate karakteristike aktivnog mesta enzima

.Produkt reakcije disocira i enzim se vraća u originalnu konformaciju

Funkcionalne grupe aminokiselinskih ostataka i kofaktori participiraju u stvaranju tranzicionog kompleksa i taj kompleks je stabilizovan dodatnim nekovalentnim vezama sa enzimom

Supstrat stvara veze sa aminokiselinama na mestu za vezivanje supstrata u aktivnom mestu enzima. Vezivanje supstrata indukuje konformacione promene u aktivnom mestu.

Enzim sadrži aktivno katalitičko mesto, sa regionom gde se vezuje supstrat. Aktivno mesto može da sadrži i kofaktore, neproteinska jedinjenja koja asistiraju u katalizi.

SpecifiSpecifiččnosti enzima za pojedine organenosti enzima za pojedine organe

• Prema rasprostranjenosti:1.organ nespecifični:

enzimi glikolize, oksidacije i disanja2. organ specifični:

samo u specifičnim organima (AMI, LIP, arginaza)3. organ specifični izoenzimi

prostatična kisela fosfataza

Prilikom lezije tkiva u cirkulaciji se pojavljuju aktivnosti enzima u onakvim meñusobnim odnosima kao i u

oštećenom organu.

12

SpecifiSpecifiččnosti enzima za pojedine organenosti enzima za pojedine organe

• Srčane bolesti: CK, AST, LDH, CKmb, LDH izoenzim 1• Mišićne bolesti: CK, AST, aldolaza, LDH• Koštane bolesti: košt. AP, • Želučane bolesti: pepsinogen, perniciozna anemija• Bolesti prostate: PSA, prostatična KP, • Bolesti pankreasa: amilaza, lipaza• Jetrene bolesti: ovisno o funkcijama jetre (indikatori

lezije, sintetski, indikatori opstrukcije)• Maligne bolesti: glikolitički enzimi, LDH, KP• Hematološke bolesti• Trudnoća

13