Enzyme

Aufnahme- und Enzym-Kinetik
ƒ beschäftigt sich mit den Geschwindigkeitsgesetzen enzymkatalysierter Reaktionen
ƒ Enzyme (Î incl. Carrier)
ƒ Enzyme sind Biokatalysatoren, die die Gleichgewichtslage einer
Reaktion beschleunigen, ohne das Gleichgewicht zu verändern.
ƒ Dies erfolgt durch Herabsetzung der für die Reaktion
nötigen Aktivierungsenergie Ea:
ƒ Ohne Enzym:
Mit Enzym:
Energie
ÜbergangsStadium
Reaktanten
AktivierungsEnergie Ea.
AktivierungsEnergie
Ea.
Produkte
2
Biokatalysatoren Reaktionsspezifische Katalysatoren
ƒ Reaktionsspezifität:
…
die meisten Enzyme katalysieren in der Zelle nur einen einzigen Reaktionstyp
ƒ Gruppenspezifität:
…
selektiv gegenüber best. chem. Gruppen in ihren Substraten
ƒ Substratspezifität:
ƒ Enzym setzt nur ein bestimmtes Zwischenprodukt des Stoffwechsels um, z. B.:
…
…
…
Urease spaltet nur Harnstoff = absolute Spezifität
Dehydrogenasen, Esterasen: Breite Substrat-Spezifität
Î können auch substratanaloge Substanzen metabolisieren
ƒ Stereospezifität:
…
von optischen Isomeren (D- bzw L-Form) eines Substratmoleküls wird nur 1 Form
umgesetzt
4
1
Cofaktoren
ƒ für die Aktivität von Enzymen ist oft Bindung an ein Nicht-Protein-Molekül (Cofaktor)
nötig
ƒ Apoenzym ( inaktiv)
+
Cofaktor
Î
Holoenzym (aktiv)
Coenzyme
Prosthetische Gruppen:
Nicht-kovalent
an Enzym
gebunden:
kovalent
an Enzym gebunden
z.B.
Metallionen
Mg 2+
Ca 2+
Fe 2+/3+
Zn 2+
z.B.
NAD+,
CoA
ATP
PALP
- Cytochrome mit Fe
- Häm-Gruppe / Hämoglobin
..
MIKRO-NÄHRSTOFFE
PALP = Pyridoxalphosphat
8
Temperatur RGT Regel
ƒ ReaktionsgeschwindigkeitsTemperatur-Regel
Aktivität
Temperatur-Optimum
ƒ Erhöhung der T um 10 °C
pH
Optimum
Î Verdoppelung d.
Reaktions
geschwindigkeit!
ƒ T > 50 °C
Î Denaturierung,
Î Enzymaktivität
fällt ab.
Î
pH: Enzyme sind nur in einem schmalen pH Korridor aktiv
9
2
Optisch-enzymatische Tests
ƒ beruhen auf dem
Lambert-Beerschen-Gesetz:
…
ΔE = ε * c * d
ƒ E...Differenz der Extinktionen
ƒ ε... molarer Extinktionskoeffizient
(= Extinktion, die durch eine 1M Lösung dieses
Stoffes bei einer Schichtdicke von 1 cm einwirkt)
ƒ c...Konzentration
ƒ d...Schichtdicke = 1 cm
ƒ Î Konzentrationserrechnung aus:
…
c = ΔE / ε
11
Beispiel
ƒ 1. Bsp: Messung der Glucose-Dehydrogenase
(quantitative Glucose-Best. im Photometer Æ Abb.)
ƒ c = ΔE340 / ε
GDH
ƒ β-D-Glucose + NAD+ ÅÆ D-Gluconolacton + NADH + H+
ƒ 2. Bsp: Prinzip der Alkohol-Bestimmung
ƒ
Ethanol + NAD
ADH
+ ÅÆ
Acetalaldehyd + NADH + H+
12
3
Effektoren
ƒ Effektoren: meist
…
…
…
Substrate
Produkte oder
Coenzyme des Stoffwechselweges
ƒ In vielen Stoffwechselwegen ist das 1. Enzym = Schlüssel-Enzym
…
…
…
…
(=geschwindigkeits-bestimmender Schritt).
wird kontrolliert durch die Konzentration an Ausgangsmaterial
wird kontrolliert durch Menge an Endprodukt (Feedback (Rückkopplungs)Hemmung); kontrolliert eigene Synthese Bsp: ATCase
(Aspartat-Transcarbamoylase)
14
Pyrimidin-Synthese via ATCase
ƒ ATCase = Aspartat-Trans-Carbamoylase
ƒ Aspartat + Carbamoyl-Phosphat Æ
ƒ Der negative Effektor CTP (=Cytidin-PPP)
bindet an die regulatorische (=allosterische)
Untereinheit.
…
Æ geringe Affinität d. Enzyms zum Substrat
…
Aber hohe Affinität zum negativen Effektor
ƒ Substrate der ATCase
binden an die katalytische Untereinheit.
…
Æ hohe Affinität d. Enzyms
zum Substrat
und positiven Effektor
15
4