(1) Enzyme - Goethe

Jens Wöhnert
„Chemische Biologie – RNA-Strukturbiologie“,
Institut für Molekulare Biowissenschaften,
Johann-Wolfgang-Goethe Universität, Frankfurt
Modul 2 – Biochemie:
Enzymmechanismen
Folien zur Vorlesung:
http://www.uni-frankfurt.de/fb/fb15/institute/inst-3-mol-biowiss/
AK-Woehnert/lehre.html
Biochemie_2016
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Fragen/Vorschläge/Probleme:
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Literatur:
Stryer – aktuelle deutsche Übersetzung der 7. Auflage
2 Zusammensetzung und Struktur der Proteine.
8 Enzyme: Grundlegende Konzepte und Kinetik.
9 Katalytische Strategien.
10 Regulatorische Strategien
Ähnliche Kapitel in Voet & Voet „Biochemie“
Literatur:
T.D.H. Bugg „Introduction to enzyme and coenzyme chemistry“
3. Auflage 2012, Wiley
R.B. Silverman „Organic chemistry of enzymatic reactions“
2002, Academic Press
Gliederung
(1) Enzyme - Einführung
(2) Katalytische Strategien von Enzymen
(3) Proteasen
(4) ATPasen, GTPasen
(5) SAM-abhängige Enzyme
(6) Thiaminpyrophosphat abhängige Enzyme
(7) Evolution von Enzymen
(1) Enzyme - Einführung
N2 + 3 H2  2 NH3
Fritz Haber
1868-1934
Nobelpreis 1918
Carl Bosch
1874-1940
Nobelpreis 1931
BASF
Haber-Bosch-Verfahren 1910
~ 500°C, ~ 200 atm, ~ 17% NH3,
Eisenoxid-Mischkatalysator
(1) Enzyme - Einführung
N2 + 3 H2  2 NH3
Nitrogenase:
Nitrogen-fixierende Bakterien
(Rhizobien, Cyanobakterien)
RT, 1 atm, 8 ATP
60% des weltweiten Stickstoffbedarfs
(1) Enzyme - Einführung
- Enzyme werden für alle chemischen Reaktionen in der
Zelle benötigt
- ermöglichen den Ablauf anspruchsvoller chemischer
Reaktionen bei RT, atmosphärischem Druck und ~
neutralem pH-Wert - kein Leben ohne Enzyme
- wichtige Targets für Pharmazeutika
Aspirin: irreversibler Inhibitor der
Cyclooxygenase (ProstaglandinEndoperoxid-Synthase)
(1) Enzyme - Einführung
- Herstellung wichtiger chemischer Verbindungen durch
Fermentation
Isopenicillin N-Synthase
Ausgangsstoff für die Synthese synthetischer Penicillinvarianten
organische Synthese: < 1% Ausbeute, mehrstufige Reaktion
(1) Enzyme - Einführung
- Herstellung wichtiger chemischer Verbindungen durch
Fermentation
Cyclosporin A synthesized by a nonribosomal peptidsynthase (1.4 Mda)
(1) Enzyme - Einführung
- Biotechnologie – Enzyme für Waschmittel, Lebensmittelherstellung
- Molekularbiologie: Restriktionsenzyme, DNA- und RNAPolymerasen, CRISPR/Cas, TEV-Protease …
- Wichtige Modellsysteme für das Design „biomimetischer“
Katalysatoren in der Chemie („green chemistry“)
(1) Enzyme - Historie
- Enzym = „in Hefe“ (Kühne 1878)
- „Entdeckung“ 1897 durch Eduard Buchner
- Zellfreier Hefeextrakt ist nach Zusatz von
Zucker in der Lage, alkoholische Gärung
durchzuführen
 Biochemische Reaktionen laufen auch
Eduard Buchner
1860 – 1917
Nobelpreis 1907
außerhalb von Zellen ab
 Verantwortlich „Zymase“ – Enzyme der Glykolyse
- Seit 1898: Alle Enzyme sollen einen Namen tragen, der auf
…ase endet
(1) Enzyme - Historie
- Enzyme sind sehr spezifisch für ihre
Substrate: „Schlüssel-Schloß-Prinzip“ –
Emil Fischer 1894
Emil Fischer
1852 - 1919
Nobelpreis 1902
(1) Enzyme - Historie
- Enzyme sind sehr spezifisch für ihre
Substrate: „Schlüssel-Schloß-Prinzip“ –
Emil Fischer 1894
25 mal langsamer
2.5 mal langsamer
(1) Enzyme - Historie
- Enzyme sind sehr spezifisch
 stereospezifische Reaktionen
Hexokinase
Nur die C6‘-OH
– Gruppe wird
phosphoryliert
(1) Enzyme - Historie
- Enzyme sind chemisch reine Makromoleküle:
Proteine
- Kristallisation der „Jack bean“ – Urease
1926
2
James B. Sumner
1887 - 1955
Nobelpreis 1946
(1) Enzyme – Struktur der Urease
- Gelöst durch P. Andrew Karplus und Mitarbeiter 1995
(1) Enzyme – Struktur der Urease
- Gelöst durch P. Andrew Karplus und Mitarbeiter 1995