Biochemie (Enzyme) PDF

Enzymatische Katalyse  Lernziele - Erklären können was man unter einem Enzym versteht - Den elementaren, allgemeinen Mechanismus von Enzymen benennen können - Beschreiben können welche Rolle die aktiven Zentren in der Enzymwirkung spielen - Erklären können wieso d...

Enzymatische Katalyse  Lernziele - Erklären können was man unter einem Enzym versteht - Den elementaren, allgemeinen Mechanismus von Enzymen benennen können - Beschreiben können welche Rolle die aktiven Zentren in der Enzymwirkung spielen - Erklären können wieso die Enzymkinetik eine Substratsättigungskurve enthält - Möglichkeiten der Regulation der Enzymaktivität benennen können 2  Was machen Enzyme? Substrate Produkte Carboanhydrase (Transport von CO2 im Blut) Proteasen (Proteolyse, die Hydrolyse einer Peptidbindung) Esterasen (die Hydrolyse einer Esterbindung) 3  Was macht ein Enzym? E + E + Enzym und Substrat Enzym-Substrat- Enzym-Produkt- Enzym und Produkt Komplex Komplex binden reagieren dissoziieren 4  Was können Enzyme nicht? à Sie beschleunigen eine Reaktion und verkürzen so die Zeit bis zur Einstellung des Reaktionsgleichgewichts. à Enzyme haben keinen Einfluss auf die Lage des Gleichgewichts. Dies gilt ganz allgemein für die Wirkung eines Katalysators. Zeitabhängige Produktentstehung mit und ohne Enzym 5  Was erreichen Enzyme? (A) Beschleunigung einer chemischen Reaktion (B) Spezifität in der Umsetzung Trypsin Thrombin 6  Wie beschleunigen Enzyme eine Reaktion (I) ? E S Typische Eigenschaften von aktiven Zentren 1.) Das aktive Zentrum entspricht einer drei- dimensionalen Spalte im Enzym. Sie besteht aus einer Gruppe von Aminosäuren. 2.) Das aktive Zentrum stellt nur einen kleinen Teil des Gesamtenzyms dar. 3.) Aktive Zentren schaffen ganz besondere Mikroumgebungen. Aktives Zentrum einer Cytochrom-P450-Oxygenase mit 4.) Die Bindungsspezifität ist von der definierten gebundenem Substrat. Anordnung der Atome im aktiven Zentrum abhängig. 7  Beispiel: Chymotrypsin Proteasen spalten die Peptidbindung Die Resonanzstruktur stabilisiert die Peptidbindung Spaltung an der Carboxylseite aromatischer und hydrophober Aminosäuren 8 Beispiel: Chymotrypsin Die Mikroumgebung erschafft einen Ort hoher chemischer Reaktivität. Schlüsselschritt des Mechanismus 9  Wie beschleunigen Enzyme eine Reaktion (II) ? Später werden wir sagen…. Enzyme stabilisieren energiereiche Zwischenstufen Sie senken die freie Enthalpie (𝛥G*) des der chemischen Reaktion Übergangzustandes à Physikalische Chemie (Thermodynamik) Enzyme bringen in ihre aktiven Zentren die Sie nutzen Säure-Base-Katalyse und reaktiven Gruppen der Aminosäuren mit nukleophile Gruppen (mehreren) Substraten zusammen à Organische Chemie Sie senken die Aktivierungsentropie (𝛥E*) des Übergangzustandes à Physikalische Chemie (Thermodynamik) 10  Wie messen wir die Beschleunigung ? E S Bestimmung der Anfangs- Geschwindigkeiten (in Abhängigkeit von der Substratkonzentration) 11  Wie messen wir die Beschleunigung ? E + E + E + E + KM kcat E + S ES E + P 12  Wie messen wir die Beschleunigung ? KM kcat E + S ES E + P Michaelis-Menten Gleichung: [S] V0 = Vmax [S] + KM Bedeutung von VMax: bei sehr hohen Substrat- konzentrationen gilt: ([S] >> KM) ist V0 ≈ Vmax. Bedeutung von KM: Substratkonzentration, bei der die Reaktionsgeschwindigkeit die Hälfte des Maximalwertes erreicht hat. 13  Wie passiert, wenn mehr als ein Substrat A + B P + Q umgesetzt wird ? Beispiel: Lactat-Dehydrogenase 14  Wie kann die Aktivität der Enzyme reguliert werden? Regulatorischen Wechselwirkungen innerhalb der Enzyme (Kooperativität) und regulatorisch-wirkenden Molekülen (Allosterie) Reversible kovalente Modifikationen, z.B. Die enzymatische Phosphorylierung Aktivität in der Zelle hängt ab von… Aktivierender Spaltung (proteolytische Aktivierung) Enzymmenge -> Transkription, Translation und Enzymabbau 15  Zusammenfassung ü Enzyme sind Katalysatoren, d.h. sie beschleunigen die Einstellung von Reaktionsgleichgewichten. ü Enzyme haben aktive Zentren, in denen die Substrate binden und umgesetzt werden. ü Die Messung der konzentrationsabhängigen Reaktionsgeschwindigkeit erlaubt die Bestimmung von Größen, die für die einzelnen Enzyme charakteristisch sind. ü Die Aktivität der Enzyme in den Zellen kann durch verschiedene Mechanismen reguliert werden. 16