PowerPointPräsentation zum Skript “Enzyme”

Wieso Enzymbestimmungen?
Enzyme befinden sich in allen Zellen → jedes Organ besitzt
ein typisches Enzymmuster (Organspezifität).
Werden Zellen eines Organs zerstört, so gelangen ihre
Enzyme vermehrt (CHE: vermindert) ins Blut → durch ihre
Erfassung (Art, Konzentration und Mengenverhältnis der
gemessenen Enzyme) kann auf das geschädigte Organ
geschlossen werden.
Enzym (Abkürzung)
Mögliche Ursache einer
Vermehrung des Enzyms im
Blut
Alanin-Aminotransferase (ALT,
ALAT)
[früher Glutamat-PyruvatTransaminase (GPT)]
Schädigungen der Leber
Aspartat-Aminotransferase (AST,
ASAT)
[früher Glutamat-OxalacetatTransaminase (GOT)]
Schädigungen der Leber und des Muskels
Gamma-Glutamyl-Transferase
(GGT)
Krankheiten der Leber und der Gallenwege
Alkalische Phosphatase (AP, ALP)
Krankheiten der Leber, der Gallenwege und
des Knochens
Lipase
Schädigungen der Bauchspeicheldrüse (z.B.
Pankreatitis)
Kreatinphosphokinase (CK)
Muskelschäden, (Herzmuskelschäden)
Kreatinphosphokinase MB-Typ
(CK-MB)
Herzmuskelschäden (z.B. Infarkt)
Enzyme pattern caused
by acute virus hepatitis.
Enzym-Unterteilung:
• Plasmaspezifische Enzyme: Sie wirken im Plasma (z.B.
Cholinesterase)
• Sezernierte Enzyme: Sie werden von exokrinen Drüsen nur
in geringen Mengen an das Blut abgegeben. Bei Schädigung
des Herkunftsorgans gelangen sie vermehrt ins Blut (z.B. αAmylasen, Lipase).
• Zellenzyme: Sie sind intrazellulärer Herkunft. Bei
Schädigung der Zellen der Herkunftsorgane gelangen sie
vermehrt ins Blut (ALAT, ASAT).
Lokalisation der Zellenzyme:
Wirkungsweise von Enzymen:
Enzym (E)
Substrat (S)
Produkt (P)
Energiediagramm einer biochemischen Reaktion:
Mit Hilfe des Enzyms wird die Aktivierungsenergie herabgesetzt: Das Substrat A wird viel schneller in das Produkt B umgewandelt.
Mechanismus der Enzymkatalyse:
dem Nachbarn erklären
Das aktive Zentrum:
Jedes Enzym besitzt ein aktives Zentrum. Aufgaben:
• Bindung des Substrats ans Enzym: Es macht, dass nur die
„richtigen“ Substrate sich mit dem Enzym binden können.
• Wenn sich mehr als 1 Substrat mit dem Enzym binden
muss, so sorgt es für die richtige räumliche Anordnung.
• Umwandlung des Substrates zum Produkt mit Herabsetzen
der Aktivierungsenergie.
Nomenklatur von Enzymen (Klassifikation):
Der systematische Name eines Enzyms besteht aus:
• Name
des umgesetzten Substrates
• Art der katalysierten Reaktion (den 6 Hauptklassen zu
entnehmen)
Systematischer Name:
Creatinkinase:
• das
umgesetzte Substrat ist das Creatin
• das Produkt ist das Creatinphosphat: das Enzym
überträgt das Phosphat von ATP auf das Substrat
(Creatin) → dieses Vorgehen wird von den Kinasen
gemacht.
Creatinkinase
Creatin + ATP
Creatinphosphat + ADP
Klassifizierungs-Nr./EC-Code
(Enzyme-Commission-Number):
• 1. Zahl: Sie gibt eine der 6 Hauptgruppen an und bezieht sich auf
die katalysierte Reaktion.
• 2. Zahl: Weitere Unterteilung der Hauptklassen in Unterklassen,
je nach chem. Bindung.
• 3. Zahl: Unter-Unterklasse
• 4. Zahl: Seriennummer in der Unter-Unterklasse
CK (Enzym)
Creatin (Substrat) + ATP
Creatinphosphat (Produkt) + ADP
CK hat die Systemnummer (EC): 2.7.3.2. Dies bedeutet:
1. Zahl:
2. Zahl:
3. Zahl:
4. Zahl:
Hauptklasse 2 = Transferase
Unterklasse 7 = Phosphotransferase
Unter-Unterklasse 3 = H2N als Akzeptor
Seriennummer in der Unter-Unterklasse 2.
Messung eines Enzyms:
• Direkte
Bestimmung der Enzymkonzentration
• Bestimmung der Enzymaktivität im Serum
Direkte Bestimmung der
Enzymkonzentration:
Bestimmung der
Enzymaktivität:
Die Enzymaktivität entspricht der Geschwindigkeit,
mit der die katalysierte Reaktion abläuft.
Substrat nimmt ab
Produkt nimmt zu
18
9
16
8
14
7
6
Produkt
Substrat
12
10
8
6
5
4
3
4
2
2
1
0
0
0
1
2
Zeit
3
4
0
1
2
Zeit
3
4
Enzymeinheit:
1 U = Enzymaktivität, die den Umsatz von 1 µmol
Substrat pro Minute unter Standardbedingungen
katalysiert.
Reaktionsbedingungen für Enzymmessungen:
• Temperaturabhängigkeit
• pH-Wert
• Konzentration und Art des Substrates
• Coenzyme
• Art und Konzentration des Puffers
• Effektoren
Konzentration & Art des Substrates:
• Es
wird immer in einem Substratüberschuss
(Substratsättigung) gearbeitet. Denn jedes Enzymmolekül
muss während der Reaktionszeit 1 Substratmolekül
umsetzen.
• Bei zu hoher Substratkonzentration →
Substrathemmung:
• Art
des Substrates: Je besser das Substrat zum
aktiven Zentrum passt, desto rascher ist die Umsetzung
(je höher die Affinität, desto kleiner die
Substratkonzentration).
Coenzyme:
• Coenzyme
(Cosubstrate) werden oft gebraucht, um
Enzyme zu aktivieren: Das Coenzym bindet sich an das
Enzym, um dann aktiv zu werden.
Coenzym + Apoenzym (Enzymmolekül) = Holoenzym
• Das
Coenzym geht verändert, das Apoenzym unverändert
aus der Reaktion hervor.
• Coenzyme haben Vitamine als Bausteine:
Coenzyme:
• NAD+ (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid) → Vitamin B3
• NADP+ (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat) → Vitamin B3
• Pyridoxalphosphat → Vitamin B6
Optimierte Standardmethoden:
Durch genaue Festlegung der
Durchführungsbedingungen bei der
Enzymaktivitätsbestimmung entstehen sog.
optimierte Methoden, die von der internationalen
Fachstelle für klinische Chemie (IFCC) eingeführt
wurden.
Methoden zur Messung von Enzymaktivitäten:
Enzymtests (Enzymaktivität):
• mit einem enzymatischen Farbtest
• oder mit einem optisch-enzymatischen UV-Test
(einfach oder gekoppelt)
Kinetische Messung!
Enzymatischer Farbtest (Enzymtest):
Der Verlauf der Zu- oder Abnahme der Farbintensität auf
Zeit ist der Enzymaktivität proportional.
Glycylglycin
Produktzunahme: Farbveränderung auf Zeit wird gemessen
Einfacher optisch-enzymatischer UV-Test:
In einem bestimmten Zeitabschnitt wird die durch Bildung
oder Verbrauch des Coenzyms NADH oder NADPH
eintretende Extinktionsänderung der Reaktionslösung
kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen registriert.
NADH + H+
NAD+ (reduzierte Coenzymform von NADH)
NADPH + H+
NADP+ (reduzierte Coenzymform NADPH)
a. Messreaktion:
LDH
L-Lactat + NAD+
Pyruvat + NADH + H+
Die Geschwindigkeit der Bildung von NADH ist direkt proportional zur LDH-Aktivität.
• Reaktion
von NADH zu NAD+ = Extinktionsabnahme
• Reaktion von NAD+ zu NADH = Extinktionszunahme
a. Messreaktion:
LDH
L-Lactat + NAD+
Pyruvat + NADH + H+
LDH: Reaktion von NAD+ (Eduktabnahme) nach NADH (Produktzunahme) =
Extinktionszunahme.
a. Messreaktion:
ASAT
L-Aspartat + 2-Oxoglutarat
Oxalacetat + L-Glutamat
b. Indikatorreaktion:
MDH
Oxalacetat + NADH + H+
L-Malat + NAD+
ASAT: Reaktion von NADH (Eduktabnahme) nach NAD+ (Produktzunahme) =
Extinktionsabnahme.
Gekoppelter, optisch-enzymatischer UV-Test:
a. Messreaktion:
ALAT
L-Alanin + 2-Oxoglutarat
L-Glutamat + Pyruvat
b. Indikatorreaktion:
LD
Pyruvat + NADH + H+
Lactat + NAD+
Extinktionsabnahme
a. Messreaktion:
CK
Creatinphosphat + ADP
Creatin + ATP
b. Hilfsreaktion:
Hexokinase
ATP + Glucose
Glucose-6-P + ADP
c. Indikatorreaktion:
Glucose-6-PDehydrogenase
Gluc-6-P + NADP+
6-Phosphogluconat + NADPH + H+
Extinktionszunahme
Enzymatische Substratbestimmung
(Enzymatischer Test):
Enzyme sind auch wichtige Hilfsmittel zur Bestimmung
von Substratkonzentrationen.
Uricase
Harnsäure + H2O + O2
→ Messung: Endpunkt oder kinetisch
Allantoin + CO2 + H2O2
Endpunkt:
Kinetisch:
ALAT/ALT (Alanin-Amino-Transferase)
GPT (Glutamat-Pyruvat-Transaminase):
• Zellenzym:
• Kommt
im Zytoplasma → ist schnell erhöht!
in vielen Geweben vor
• In
grosser Konz. in Leber und Gallenwege → Leitenzym
für Leber- und Gallenwegserkrankungen
• In kleinen Konz. in Skelettmuskeln, Herz, Niere,
Pankreas, Ec
• ↑ bei Leber- und Gallenwegserkrankungen
ASAT/AST (Aspartat-Amino-Transferase)
GOT (Glutamat-Oxalacetat-Transaminase):
• Zellenzym:
1/3 zytosolisch, 2/3 mitochondrial →
erst bei stärkerer Zellschädigung stärker erhöht!
• Kommt
in vielen Geweben vor
• in grosser Konz. in Leber, Gallenwege sowie Herz
und Skelettmuskulatur
• In kleinen Konz. in Gehirn, Niere, Pankreas, Lunge, Ec
• ↑ bei Leber-, Gallenwegs-, Skelett- und
Herzerkrankungen
(Gesamt-) ALP/AP (Alkalische-Phosphatase):
• Zellenzym:
membranständig
• hat Isoenzyme: Leber-AP, Knochen-AP (BAP),
Dünndarm-AP, Plazenta-AP
• In grosser Konz. in Leber, Gallenwege und
Knochen
• ↑ bei Gallenwegs-, Leber- und
Knochenerkrankungen, in Schwangerschaft und
Wachstumsphase
γ-GT/GGT (Gamma-Glutamyl-Transferase):
• Zellenzym:
• Kommt
membranständig
in vielen Organen vor
• In grosser Konz. in Leber und Gallenwege →
Leitenzym
• ↑ bei Leber- und Gallenwegserkrankungen
CHE (Cholinesterase):
• Wird in Leber produziert und ins Plasma exportiert
= plasmaspezifisches Enzym
• CHE ist Messgrösse zur Überprüfung der globalen
Leberfunktion: eher nicht zur Erkennung von
Leberschäden, sondern zur Beobachtung des
Verlaufs einer Leberschädigung → Leitenzym
• nur bei schweren Leberschäden vermindert!
• ↓ bei Lebererkrankungen, Muskelrelaxansunverträglichkeit
GLDH/GD (Glutamat-Dehydrogenase):
• Zellenzym:
mitochondrial → nur bei sehr
schweren Schäden erhöht!
• Aktivität in Leber 10x höher → Leitenzym
• ↑ bei Leber- und Gallenwegserkrankungen
LDH/LD (Lactat-Dehydrogenase):
• Zellenzym:
zytosolisch
• kommt
in jeder Zelle vor → unspezifisch, wird
schnell frei
• Hohe Konz. in Leber, Herz, Skelett, Niere, Ec
• in Ec ist 160x höher → kein hämolytisches Plasma
• hat 5 Isoenzyme: LDH-1 bis LDH-5 → α-HBDH
(α-Hydroxybutyratdehydrogenase = LDH-1 und
LDH-2): Herzinfarktparameter
• ↑ bei Hämolysen, Herz-, Leber-, Gallenwegs-,
Nierenerkrankungen, Tumoren
LIPA (Lipase):
• wird in Pankreas gebildet und in Dünndarm
abgegeben, Verdauungsenzym → Exkretionsenzym
• Leitenzym für Pankreas
• nur geringe Mengen im Blut
• ↑ bei Pankreas- und Nierenerkrankungen (wird
glomerulär filtriert, rückresorbiert, zu AS abgebaut)
α-Amylasen:
• Produktion in Speicheldrüsen (S-Amylase) und
Pankreas (P-Amylase), Verdauungsenzyme →
Exkretionsenzym
• Auch nachweisbar in Leber, Samenflüssigkeit,
Hoden, Eierstöcken, Eileiter, Muskulatur, Lunge,
Fettgewebe
• nur geringe Konz. im Blut
• ↑ bei Parotitis, Pankreas-, Darm-,
Nierenerkrankungen (wird über die Nieren
ausgeschieden)
CK (Creatin-Kinase):
• Zellenzym
• Isoenzyme: CK-MM (Skelett), CK-BB (Gehirn), CKMB (Myokard)
• ↑ bei Skelett- und Herzerkrankungen → CK-MB ist
herzspezifischer