Enzymer- Del – 2

Reakation

Jämvikt: ​ Jämvikt mellan produkt och substrat då står reaktionen “stilla”.

Antal energirika molekyler avgör reaktionshastigheten.

Gibbs fria energi: ∆G = ∆H (entalpiförändring) – T (temperaturen) ∆S (entropiförändring)

Kemiska reaktioner sker när Gibbs fria energi (G) minskar.

Negativt (∆G) = spontan reaktion

Positivt (∆G) = ej spontan ​

Enzymernas aktionsmekanism

• Enzymer sänker aktiveringsenergi -energi nivå som måste nås för att reaktionen ska bli av – så:
  • Ökar reaktionens sannolikhet +  reaktionshastigheten
  • Minskar reaktionens G
  • Rreaktionen ske spontant

Lägre aktiveringsenergi → fler molekyler går förbi övergångstillståndet → snabbare hastighet.

Vad är 1:a och 0:te ordningens kinetik?

0:te ordningens kinetik: ​Konstant eliminationshastigheten ​ ​pga. enzymsystem mättning.

• Läkemedel som elimineras enligt 0:te ordningens kinetik är väldigt känsliga för dosökning. 
• Alkohol elimineras enligt 0:te ordningens kinetik : dvs halten minskar med ett visst antal promilleneheter per tidsenhet, oberoende av den aktuella koncentrationen. En tumregel är att alkoholdehydrogenas eliminerar 0,1g etanol per timme per kilogram med andra ord i en 70 kg person ca. 7*24 = 168 g / 24 h.  Till exempel motsvarar ett glas vin, ca 15 cl, ett standardglas om 12 gram alkohol. Så kan man bara eliminera 14 standardglas vin/dag. 

1:a ordningens kinetik: Halveringstiden är konstant och eliminationshastigheten ändras efter koncentrationen. ​De flesta läkemedel elimineras enligt 1:a ordningens kinetik. 

Läkemedelsdoseringar är i relation till det levern klarar av att metabolisera så tar detta lika långtid att reducera koncentrationen till hälften oavsett av koncentrationen. Om koncentrationen minskar kan eliminationen återgå till 1:a ordningens kinetik (Michael-Mentens kinetik).

Vilka faktorer påverkar reaktionshastigheten?

• Substratkoncentration (en hyperbol form)
  • Mer substrat desto högre reaktionshastigheten tills V_{max (maximal hastighet = mättat enzym ) nås.} t.ex alkohol omsättning
    • K_m  är substratkoncentrationen vid halva maxhastigheten (reflekterar enzymet-substratets affinitet ) 
    • Lågt K_m = hög affinitet (låg substratkoncentration för att uppnå i halva Vm (Vmax) )

• Temperatur
  • högre temperatur desto högre enzymatisk aktivitet tills en peak (upp till 40 grader) när enzymet (proteiner) denatureras (över 40 grader) 
• PH
  • Optimala pH beror på ezymets aminosyrkedje och var i kroppen de fungerar så blir de  joniserade och-eller binder bättre till substratet.  
• Kosubstrat
  • interagerar med enzymet i en övergående fas
  • släpper ifrån enzymet i ett modifierat tillstånd (tex. NADH2 → NAD+)
• Prostetiskgrupp
  • Koenzymer som permanent interagerar med enzymet och tillbakabildas i originalform (ex. FAD).

• Kofaktorer
  Holoenzym: Aktivt enzym (bundet till sin Kofaktor)
  Apoenzym: Inaktivt enzym (obundet till sin Kofaktor)
  Prostetisk grupp: Kofaktorer som binder med tight kovalenta bindningar
  • Oragansika Koenzym: Vitamner
  • Icke-organiska kofaktorer: Zink, Cu (Koppar), Fe
    • Zn2+ binda till substratets karboxylgrupp (COOH) och därmed stabiliserar Enzym-Substrat-komplexet i Karboxypeptidas A

Vilken Vitamin är aktiv i transaminering?

B6

Hur regleras enzymaktivitet?

• Enzymernas aktivitet kan ändras så blir ökade eller minskade.
• Enzyminhibitorer 
  • Irreversibel inhibitor: Binder kovalent till enzymet och släpper inte efter att ha bundit in.
  • Reversibel inhibitor: Binder icke-kovalent och tillfälligt:
    • Kompetitiv inhibering (oförändrad V _max , ökad K _m)
      • binda till samma område som substratet (blockerar inhibitorn substratet att binda till)
      • V_max kan uppnås genom ökning av substratkoncentrationen
      • K_m blir högre
    • Icke-kompetitiv inhibering (oförändrad K _m, V _max minskad)
      • Inhibitorn och Substratet binder till olika säten
      • Påverkar inte substratets-enzym bindning
      • En ökad substratkoncentration inte leder till en ökad hastighet

Vad menas med alloster reglering?

En protein/ ett enzym, regleras genom inbindningen av en molekyl (​effektorer​) icke-kovalent till proteinets allostera säte (inte aktiva säte till skilnad med reversibla kompetetiva inhibitorer eller kovalent modifiering).

Alloster kan påverka enzymets struktur.

Positiva och negativa effektorer ökar och minskar enzyms aktivitet, respektivt.

Effektorer kan även påverka enzymets aktivitet när substratet binder in:

• Substrat-enzymets ​affinitet Km

• Maximala katalytiska aktiviteten Vmax

Allosteriska enzym katalyserar tidigt genom ”the committed step” under processen.

Hur påverkar kovalenta modifieringar enzymernas aktivitet?

Defosforylering med fosfataser och fosforylering (addering fosfatgrupp) med kinaser kan minska eller öka enzymernas aktivitet beroende av enzym.

Proteinkinaser​ använder ATP som fosfatdonator.

Hormonerna kan påverka denna reglering.

Vilka aminosyrorna?

serine, threonin eller tyrosin. 

Genaktivering av enzymer är långsam (timmar till dagar). 

Var brytas ner enzymerna?

Proteasomer är nedbrytningsplatser för skadade eller kortlivade proteiner märkta med ubiquitin.

• Finns i alla eukaryota celler
• De har inte membran och sker i cytosolen
• Multiproteiner (tre subenheter: en större katalytisk mittenbit och två mindre regulatoriska ändbitar (“tunna med lock”).
• Nedbrytningen sker “i tunnan” och är ATP-beroende.
• Nedbrytningsprodukterna → aminosyrorna → utvinna energi.

Andra system:

Lysosomerna:

• Autofagi: Nedbrytning av icke-selektiva intracellurlära protein
• Hetrofagi: Nedbrytning av extracellulära protein protein via acid hydrolase (syrehydrolaser)

Ubiquitin:

Binder till proteiner som ska brytas ned och fungerar därmed som en signal till proteasom.

Serinproteaser (eller serinendopeptidaser)

Aktiva ytan har aminosyrorna asparat, histidin & serin.

Serinproteaser återfinns hos både eukaryoter och prokaryoter och kan delas upp i två kategorier baserat på deras struktur: kymotrypsinlika (trypsinlika)

Hos människa deltar serinproteaserna i koordineringen av olika fysiologiska funktioner såsom matsmältning, immunförsvar, blod koagulation och reproduktion.

Läge/lokalisation 

Det finns alltid frågor om enzymernas läge. Vi samlar de alla på en annan lektion.

Nu går vi i genom en fråga från det sista provet.

Rätt svar är D.
A. detta är fel eftersom detta sker av efektorer som binder till alosterisk säte med en icke-kovalent bindnig.

B. detta är fel eftersom felveckning av protein i cellerna leder till bildande och ansamling av olösliga trådar, s.k. amyloider, som medför flera svåra sjukdomar, t.ex. Alzheimer, Parkinson, amyloidos (Skellefteåsjukan) och prionrelaterade tillstånd (“galna ko-sjukan”). Det finns ett aktivt projekt i Umeå universitet. Alltså kommer de förmodligen att ställa frågor från.

C. detta är fel eftersom det sker under genreglering och aktivering av gen.
E. detta är fel eftersom det sker under genreglering och inaktivering av gen.