1 Mechanizmy reakcji enzymatycznych (I)Enzymologia-7 Mechanizmy reakcji enzymatycznych (I)

2 KLASY I PODKLASY ENZYMÓWOKSYDOREDUKTAZY 2. TRANSFERAZY dehydrogenazy - transaldolaza oksydazy - trasketolaza reduktazy - acylo-, metylo-, amino-, glukonylo- peroksydazy i fosforylo- transferazy katalaza - kinazy oksygenazy - fosfomutazy hydroksylazy 3. HYDROLAZY LIAZY - esterazy dekarboksylazy - glikozydazy - aldolazy - peptydazy - ketolazy - tiolazy hydratazy - fosfolipazy - dehydratazy - amidazy syntazy - dezamidazy - liazy 5. IZOMERAZY LIGAZY - racemazy - syntetazy - epimerazy - karboksylazy - mutazy

3 Dehydrogenaza alkoholowaOksydoreduktazy (E.C. 1) Katalizują reakcje utleniania i redukcji Dehydrogenazy Oksydazy Oksygenazy Reduktazy Peroksydazy hydroksylazy Dehydrogenaza alkoholowa

4 Transferazy (E.C. 2) Katalizują transfer określonej grupy z jednej cząsteczki na drugą. Transaminazy Transmetylazy Transkarboksylazy Transketolazy, transaldolazy Kinazy Fosfomutazy hexokinase

5 Hydrolazy (E.C. 3) Katalizują reakcje hydrolizy Esterazy FosfatazyPeptydazy Amidazy Dezamidazy Fosfolipazy

6 Dekarboksylaza pirogronianowaLiazy (E.C. 4) Enzymy odwracalnie lub nieodwracalnie katalizujące odszczepienie grup bez udziału wody Dekarboksylazy Hydratazy Deaminazy Aldolazy Dekarboksylaza pirogronianowa

7 Izomerazy (E.C. 5) Katalizują reakcję izomeryzacji Epimerazy RacemazyMutazy Racemaza alaninowa

8 Karboksylaza pirogronianowaLigazy (E.C. 6) Katalizują reakcję tworzenia nowego wiązania z wykorzystaniem energii z ATP. Syntetazy Karboksylazy Karboksylaza pirogronianowa

9 OKSYDOREDUKTAZY Stopnie utlenienia atomów węgla w metabolitachSchemat ogólny reakcji redoks Utlenienie: usunięcie elektronów. Akceptor: koenzym lub grupa prostetyczna (jon metalu); w drugim przypadku jon pełni rolę pośrednika, a końcowym akceptorem jest cząsteczka O2 ulegająca dwuelektronowej redukcji do H2O2 lub czteroelektronowej redukcji do H2O

10 Potencjał oksydoredukcyjnyPotencjał oksydoredukcyjny pary X: X- odpowiada napięciu (SEM) ogniwa, w którym elektrodą odniesienia jest standardowa elektroda wodorowa. Silne reduktory wykazują ujemny potencjał redoks, a silne utleniacze – dodatni. Stan standardowy przyjęty przez biochemików odpowiada [H+] = 10-7 M, czyli pH = 7

11 Standardowe potencjały redoks niektórych reakcji biochemicznychReakcja E0’ (V) ½ O2 + 2H+ + 2e H2O 0,82 Fe(III) + e- Fe(II) 0,77 cytochrom c /Fe(III)/ + e- cytochrom c /Fe(II)/ 0,22 Fumaran + 2H+ + 2e- bursztynian 0,03 FAD + 2H+ + 2e FADH NAD(P)+ + H+ + 2e- NAD(P)H ,32 2H+ + 2e H ,42 octan + CO2 + 2H+ + 2e- pirogronian ,70

12 E0 = E0(red) – E 0(utl) = - 0.19 V – (- 0.32 V) = + 0.13 VOKSYDOREDUKTAZY Przewidywanie kierunku reakcji redoks Reakcja redukcji pirogronianu ma większą wartość E0 niż reakcja redukcji NAD+, zatem w tym układzie pirogronian jest redukowany do mleczanu zaś NADH - utleniany do NAD+ E0 = E0(red) – E 0(utl) = V – ( V) = V

13 Dwie możliwości tworzenia produktu pośredniegow procesach przeniesienia dwuelektronowego

14 Fizjologiczne „pułapki” wolnych rodników

15 Dehydrogenazy wykorzystujące dinukleotydy nikotynamidoadeninowe

16 Typy reakcji katalizowanych przez enzymy wykorzystujące NAD(P)+/NAD(P)HReakcja Przykładowe enzymy Dehydrogenaza alkoholowa Dehydrogenaza mleczanowa Dehydrogenaza jabłczanowa Dehydrogenaza glutaminianowa Dehydrogenaza izocytrynianowa Dehydrogenaza aldehydowa Reduktaza steroidowa Reduktaza dihydrofolianowa

17 Dehydrogenaza alkoholowa

18 Dehydrogenaza alkoholowa

19 Reakcje enzymatycznego utleniania i redukcji z udziałemnukleotydów flawinowych FAD Ryboflawina FMN

20 Zmiana potencjału redox FAD w centrum aktywnym enzymu:-0.47 < Eo < +0.15 Otoczenie koenzymu modyfikuje jego potencjał redukcyjny

21 Flawoenzymy Dehydrogenazy O2 nie jest akceptorem elektronów. Reakcja często zachodzi w etapach jednoelektronowych, a akceptorami elektronów sa: chinony, cytochromy lub niehemowe kompleksy żelazo-siarka Oksydazy Akceptorem elektronów jest O2 redukowany w procesie dwuelektronowym do H2O2 Oksydazodekarboksylazy Akceptorem elektronów jest O2 redukowany w procesie czteroelektronowym do H2O Monooksygenazy Akceptorem elektronów jest O2, przy czym produktami reakcji są woda i hydroksylowany produkt Dioksygenazy Akceptorem elektronów jest O2, przy czym oba atomy tlenu zostają związane w produkcie Metaloflawoenzymy Akceptorem elektronów może być O2, Wymagana jest obecność jonu metalu (Fe2+, Fe3+, Mo4+) służącego jako przenośnik elektronów Flawodoksyny Elektrony przenoszone są w etapach jednoelektronowych. Bez wątpienia reakcje te zachodzą z utworzeniem semichinonu

22 Dehydrogenazy flawinoweDehydrogenaza bursztynianowa

23 Oksydazy flawinowe Schemat ogólny reakcji Etapy reakcji

24 oksydazę D-aminokwasowa DAAOKatalizuje reakcję: D-aminokwasy a-iminokwasy ludzka DAAO drożdżowa DAAO

25 Reakcja katalizowana przez oksydazę D-aminokwasową

26 Reakcja katalizowana przez oksydazę D-aminokwasowąMechanizm reakcji

27 Jeżeli substratem jest D-Ala …

28 Monooksygenazy flawinoweXH – zwykle NADH lub NADPH Mechanizm reakcji katalizowanej prze lucyferazę bakteryjną

29 Monooksygenazy pterynowe

30 Hydroksylaza fenyloalaninowa PHAkatalizuje reakcje hydroksylacji Phe do Tyr brak genu kodującego PHA powoduje fenyloketonurię jest tetramerem jest metaloenzymem – w centrum aktywnym Fe 3+

31 Etapy reakcji: a/ tetrahydrobiopteryna związana z enzymem redukuje Fe(III) do Fe (II); b/ jon Fe(II) łączy się z anionorodnikiem nadtlenkowym – tworzy się kompleks Fe(II): anionorodnik; c/ kompleks służy jako czynnik epoksydujący pierścień L-Phe; d/ przegrupowanie

32 O2 + O2 + 2H+ O2 + H2O2 Oksydazy zawierające jony miedziOksydaza aminowa Dysmutaza nadtlenkowa O2 + O2 + 2H+ O2 + H2O2

33 Enzymy hemoproteinoweStruktura cytochromu c Położenie hemu w cytochromach tyou c

34 Enzymy hemoproteinoweMonooksygenazy cytochromu P450 RH + O2 + NADPH + H+  ROH + H2O + NADP+ Działanie cytochromu P450

35 Dioksygenazy Cyklooksygenaza prostaglandynowaAktywność cyklooksygenazową wykazuje syntaza prostaglandyny H2

36 Transferazy Koenzymy współpracujące z transferazamiPrzenoszona grupa funkcyjna Koenzym metylowa, metylenowa, kwasy tetrahydrofoliowe formylowa, formiminowa S-adenozylometionina kobalamina aldehydowe i ketonowe pirofosforan tiaminy acylowe koenzym A lipoamid aminowe fosforan pirydoksalu

37 Struktura kwasów tetrahydrofoliowych

38 Transferazy przenoszące grupy jednowęgloweHydroksymetylaza serynowa Katalizuje reakcje przekształcenia Ser w Gly z równoczesnym utworzeniem kwasu N5,N10-metylenotetrahydrofoliowego Jedna podjednostka dimerycznego enzymu

39 Hydroksymetylaza serynowaEtap I

40 Etap II

41 S-adenozynometionina jako donor grupy metylowej lub...

42 Acylotransferazy Struktura acylokoenzymu A

43 Mechanizm reakcji katalizowanej przez syntazę kwasu -aminolewulinowego

44 Fosfotransferazy FOSFATAZY FOSFODIESTERAZY KINAZY FOSFORYLAZY

45 Przeniesienie fosforylu - kinazyPrzeniesienie pirofosforylu Przeniesienie adenylilu Przeniesienie adenozylu

46 aminokwas1 + -ketokwas2 aminokwas2 + -ketokwas1Aminotransferazy Aminotransferazy katalizują przeniesienie grupy aminowej z aminokwasu na -ketokwas. Aminotransferazy współpracują z fosforanem pirydoksalu (PLP) aminokwas1 + -ketokwas2 aminokwas2 + -ketokwas1

47 aminokwas1 + E-PLP -ketokwas1 + E-PMPAminotransferazy Pierwsza połowa reakcji katalizowanej przez aminotransferazę aminokwas1 + E-PLP -ketokwas1 + E-PMP Druga połowa reakcji jest niejako odwróceniem reakcji pierwszej -ketokwas2 + E-PMP aminokwas2 + E-PLP

48 Aminotransferazy Struktura aminotransferazy asparaginianowej

49 Enzymy wykorzystujące PLP jako koenzym należą do różnych klasnp. aminotransferazy, racemazy aminokwasowe np. dekarboksylazy aminokwasowe, syntaza kwasu -aminolewulinowego Sprotonowana forma aldoiminy pełni rolę pułapki elektronowej. Ładunek dodatni na atomie azotu stabilizuje intermediat np. aldolazy, hydroksymetylotransferaza serynowa