F6 Flashcards
(23 cards)
Vad är ett enzym?
Enzymer är biologiska katalysatorer.
De är oftast proteiner (vissa RNA-molekyler fungerar också som enzymer – ribozymer).
Enzymer påskyndar kemiska reaktioner utan att själva förbrukas.
Vad kännetecknar ett enzym?
Substratspecificitet: Binder specifikt till ett eller ett fåtal substrat.
Aktivt säte: Har ett specifikt område där substratet binder och reaktionen sker.
Reaktionsspecificitet: Katalyserar en specifik kemisk reaktion.
Hög effektivitet: Kan öka reaktionshastigheten med upp till 10⁶–10¹² gånger.
Påverkas av miljöfaktorer: Aktiviteten beror på temperatur, pH och substratkoncentration.
Inhibering och reglering: Kan hämmas (kompetitivt eller icke-kompetitivt) och regleras allostert.
Koenzymer och kofaktorer: Många enzymer kräver extra molekyler för att fungera (t.ex. metaller eller vitaminderivat).
Kofaktor (cofactor)
Icke-protein molekyl som krävs för enzymets aktivitet.
Två typer:
- Oorganiska joner (t.ex. Fe²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺).
- Koenzymer – organiska molekyler, ofta vitaminbaserade.
Kan vara tillfälligt bundna under reaktionen.
Prostetisk (prosthetic) grupp
En typ av koenzym eller kofaktor som är permanent bunden till enzymet.
Krävs för enzymets funktion.
Sitter ofta kovalent bunden till enzymet.
Aktiva sätet (active site)
Den del av enzymet där substratet binder.
Här sker den katalytiska reaktionen.
Har specifik form och kemisk miljö som gynnar substratets omvandling till produkt.
Ofta formad genom induced fit – strukturen anpassas vid substratbindning.
Vad är induced fit? jämför med F5, myoglobin/hemoglobin
Enzymets aktiva säte formas först vid substratbindning.
Substratets bindning orsakar en konformationsändring i enzymet.
Exempel i PDF: Hexokinas – får sin aktiva form först när glukos + Mg·ATP bundits.
Vatten utesluts från aktiva sätet vid bindning → reaktionen gynnas.
Jämförelse: Myoglobin/Hemoglobin (F5)
- Hemoglobin uppvisar kooperativ bindning av syre (T → R-form).
- Syrebindning orsakar konformationsändring som underlättar fler O₂-bindningar (likt induced fit).
- Myoglobin binder syre utan konformationsändring – ingen induced fit.
- Båda är ligandbindande proteiner, men hemoglobin är reglerbart, till skillnad från de flesta enzymer.
Skillnader
- Induced fit gäller enzym-substrat och katalys.
- Hemoglobin gäller syretransport, inte katalys.
- Induced fit fokuserar på aktivering av funktion, medan hemoglobin använder strukturell ändring för reglerad inbindning.
Ge exempel på några viktiga kofaktorer
Oorganiska joner (metalljoner)
- Fe²⁺ / Fe³⁺ – cytochrome oxidase, katalas, peroxidas
- Mg²⁺ – hexokinas, glukos-6-fosfatas, pyruvatkinas
- Zn²⁺ – alkoholdehydrogenas, karboxypeptidas
- Mn²⁺ – arginas, ribonukleotidreduktas
- Cu²⁺ – cytochrome oxidase
- Ni²⁺ – urease
- Mo – dinitrogenas
Koenzymer (organiska kofaktorer)
- NAD⁺ (vitamin B3/niacin) – bär vätejoner (H⁻)
- FAD (vitamin B2/riboflavin) – bär elektroner
- Coenzym A (vitamin B5/pantotensyra) – bär acylgrupper
- Biotin (vitamin B7) – bär CO₂
- Tetrahydrofolat (vitamin B9) – bär enkolgrupper
- Tiaminpyrofosfat (vitamin B1) – bär aldehydgrupper
- Pyridoxalfosfat (vitamin B6) – bär aminogrupper
- Lipoat – bär elektroner och acylgrupper
Vilka generella klasser av enzymer finns det?
- Oxidoreduktaser
- Katalyserar överföring av elektroner
- Ex: dehydrogenaser, oxidaser - Transferaser
- Överför funktionella grupper mellan molekyler
- Ex: kinaser (överför fosfatgrupper) - Hydrolaser
- Katalyserar hydrolysreaktioner (tillför vatten)
- Ex: peptidaser, esteraser - Lyaser
- Klyver bindningar utan vatten (eller lägger till grupper till dubbelbindningar)
- Ex: dekarboxylaser - Isomeraser
- Omvandlar molekyler till isomerer
- Ex: racemaser, epimeraser - Ligaser
- Binder samman molekyler via kovalenta bindningar (kräver ATP)
- Ex: DNA-ligas - Translokaser
- Flyttar molekyler eller joner över membran
- Ex: ATP-syntas (H⁺-transport)
Varför är enzymer bättre katalisatorer än syntetiska och oorganiska katalysatorer?
Mycket hög specificitet
→ Enzymer katalyserar enbart en specifik reaktion eller mycket snarlika reaktioner
Extremt hög reaktionshastighet
→ Enzymer kan öka reaktionshastigheter upp till 10¹⁷ gånger, vilket vida överträffar oorganiska katalysatorer
Verkar vid fysiologiska förhållanden
→ Enzymer fungerar effektivt vid kroppens temperatur och pH, medan syntetiska katalysatorer ofta kräver extrema förhållanden
Aktiva säten för selektiv katalys
→ Enzymer har specialiserade “aktiva säten” där reaktionen sker – optimerat för substratet
Induced fit-mekanism
→ Enzymer ändrar form vid substratinbindning, vilket ökar effektiviteten och säkerställer rätt reaktion
Binder starkast till övergångstillståndet
→ Stabiliserar det mest energikrävande stadiet i reaktionen, vilket sänker aktiveringsenergin mycket effektivt
Reglerbarhet
→ Enzymer kan regleras allosteriskt, genom kovalent modifiering eller proteolytisk aktivering, vilket möjliggör noggrann kontroll i cellen
Återanvändbara & ej förbrukade
→ Likt alla katalysatorer, deltar enzymer i reaktionen utan att själva förbrukas
Kuna tolka energidiagrammet för ett reaktionsförlopp
Grundtillstånd (G₀):
→ Utgångsnivå för substratet och produkten – visar energin i deras stabila form.
Övergångstillstånd (‡):
→ Den högsta energinivån; molekylen är som mest instabil – härifrån kan reaktionen gå åt båda håll
Aktiveringsenergi (∆G‡):
→ Energin som krävs för att nå övergångstillståndet från grundtillståndet – avgör reaktionshastigheten
Fri energiändring (∆G′°):
→ Skillnaden i fri energi mellan substrat och produkt – avgör om reaktionen är spontan (negativ ∆G′°)
Med enzym:
→ Enzymet sänker ∆G‡, men påverkar inte ∆G′° eller jämviktsläget
Jämvikt:
→ Bestäms av ∆G′°, inte av enzymets närvaro – enzymet snabbar bara upp hur snabbt jämvikten nås
Känna till begreppet ‘transition state’ (övergångstillstånd) och dess relevans för reaktionsförloppet
Högsta energipunkten i reaktionen – instabilt tillstånd mellan substrat och produkt
Lika stor sannolikhet att gå vidare till produkt eller tillbaka till substrat.
Enzymer binder starkast till övergångstillståndet – detta stabiliserar det och sänker aktiveringsenergin.
Kräver energi (∆G‡) för att nå – denna energi är vad enzymet hjälper till att minska.
Design av läkemedel kan utnyttja övergångstillståndsanaloger – molekyler som liknar övergångstillståndet och blockerar enzymet【Lehninger, kapitel om enzymkatalys】.
Övergångstillstånd ≠ mellanprodukt
→ Det är inte en isolerbar kemisk form, utan en topp i energidiagrammet.
På vilket sätt påskyndar enzymer hastigheten för en kemisk reaktion
Sänker aktiveringsenergin (∆G‡)
→ Gör att fler molekyler når övergångstillståndet snabbare
Binder och stabiliserar övergångstillståndet
→ Gör det lättare för reaktionen att ske
Aktiva säten skapar gynnsam mikromiljö
→ Exkluderar vatten, riktar substratet rätt och underlättar reaktionen
Induced fit
→ Enzymet ändrar form vid substratbindning för optimal katalys
Återanvänds i flera cykler
→ Enzymer förbrukas inte, så de kan snabba upp många reaktioner i följd
Utnyttjar flera katalytiska mekanismer samtidigt
→ T.ex. syra–bas-katalys, kovalent katalys, metalljonkatalys
Känna till hur skillnaden i fri energi (deltaG) mellan substrat och produkt är relaterad till reaktionens jämviktskonstant K
∆G′° (standard fri energi) beskriver energiskillnaden mellan substrat och produkt under standardförhållanden
Jämviktskonstanten K′eq visar förhållandet mellan produkt och substrat vid jämvikt:
K’eq = [P]/[S]
∆G′° och K′eq är logaritmiskt kopplade:
∆G′° = -RT⋅lnK’eq
Negativ ∆G′° → K′eq > 1 → reaktionen gynnar produktbildning
→ Spontan reaktion i framåt riktning
Positiv ∆G′° → K′eq < 1 → reaktionen gynnar substrat
→ Reaktionen sker ogärna i framåt riktning
Små skillnader i ∆G′° kan ge stora förändringar i K′eq
→ P.g.a. logaritmiskt samband
Förstå och kunna använda Michaelis-Menten ekvationen
Ekvationen: v = Vmax[S] / Km+[S]
Där
- v = initial reaktionshastighet
- Vₘₐₓ = maximal reaktionshastighet
- [S] = substratkoncentration
- Kₘ = Michaelis-konstant (substratkoncentration vid ½ Vₘₐₓ)
Lågt [S]:
→ v ≈ (Vₘₐₓ/Kₘ) × [S] (reaktionen är första ordningens i [S])
Högt [S]:
→ v ≈ Vₘₐₓ (reaktionen når mättnad; nollte ordningens i [S])
Kₘ tolkas som affinitet:
→ Låg Kₘ = hög affinitet mellan enzym och substrat
Katalytisk effektivitet (kcat/Kₘ):
→ Mäter hur snabbt och effektivt ett enzym omvandlar substrat till produkt【Lehninger, kapitel om enzymkinetik】
Grafisk analys:
→ Michaelis–Menten-graf (hyperbol), Lineweaver–Burk-plot (linjär) används för att bestämma Vₘₐₓ och Kₘ
Förstå och kunna använda Lineweaver-Burk grafen
Omvandlad form av Michaelis–Menten-ekvationen: 1/v = Kmax/Vmax ⋅ 1/[S] + 1/Vmax → Linjär ekvation: y = mx + b
x-axel = 1/[S]
y-axel = 1/v
Viktiga punkter i grafen:
- Skärning y-axel: 1/Vmax
- Skärning x-axel: -1/Km
- Lutning: Km/Vmax
Används för att bestämma:
→ Vₘₐₓ och Kₘ från experimentell data.
Nackdelar:
- Höga fel vid låga [S] (små värden av 1/[S]) påverkar linjen oproportionerligt mycket
Fördel:
→ Reglermekanismer och inhibitorers effekt syns tydligt som förändringar i lutning eller skärningspunkter
Betydelsen av Km, Vmax, kcat (k2) och katalytisk effektivitet
Kₘ (Michaelis-konstant):
→ Substratkoncentration vid vilken hastigheten är ½ Vₘₐₓ
→ Mäter enzymets affinitet för substratet (låg Kₘ = hög affinitet)
Vₘₐₓ (maximal hastighet):
→ Den högsta möjliga hastigheten när alla enzymmolekyler är mättade med substrat
kcat (även kallad k₂):
→ “Turnover number” – antal substratmolekyler ett enzym kan omvandla per sekund när det är mättat
→ kcat = Vmax/[E]T
→ Mäter hur snabbt ett enzym fungerar
Katalytisk effektivitet (kcat/Kₘ):
→ Kombinerar enzymets hastighet (kcat) och affinitet (Kₘ)
→ Hög kcat/Kₘ = effektivt enzym, särskilt vid låga substratkoncentrationer
Diffusionsgränsen (~10⁸–10⁹ M⁻¹s⁻¹):
→ Enzymer med kcat/Kₘ nära denna gräns betraktas som “perfekta katalysatorer”
Typer av enzyminhibitorer: kompetitiv vs. icke-kompetitiv. Hur de påverkar Km och Vmax
Kompetitiv inhibering:
- Inhibitorn tävlar med substratet om enzymets aktiva säte
- Kₘ ökar
→ Det krävs mer substrat för att nå ½ Vₘₐₓ (sänkt substrataffinitet).
- Vₘₐₓ oförändrad
→ Vid tillräckligt hög [S] kan inhibitorn “trängas undan”.
- Syns som ändrad lutning och x-skärning i Lineweaver–Burk-graf
Icke-kompetitiv inhibering:
- Inhibitorn binder utanför aktiva säten, oberoende av substrat
- Kₘ oförändrad
→ Substratbindning påverkas ej direkt. - Vₘₐₓ minskar
→ En del enzymmolekyler blir inaktiva oavsett substratkoncentration. - Syns som höjd y-skärning i Lineweaver–Burk-graf
Kymotrypsin
Ett proteas (enzym som bryter peptidbindningar).
Katalyserar hydrolytisk klyvning av peptidbindningar i proteiner.
Specifikt för bindningar efter aromatiska aminosyror (t.ex. fenylalanin, tyrosin, tryptofan).
Aktiva triaden i kymotrypsin
Består av tre aminosyror:
- Serin 195 (Ser195) fungerar som nukleofil.
- Histidin 57 (His57) fungerar som protonacceptor och donator
- Asparaginsyra 102 (Asp102) stabiliserar His57 via vätebindningar → rätt orientering och laddningsfördelning.
Förstå vad som händer vid peptidhydrolys med kymotrypsin. Vad är dess aktiva triad och hur fungerar den?
Kymotrypsin: Figure 6-27 samt PDF i detta avsnitt. Kommer frågor i Quiz F6
Substratinbindning:
- Substratet binder in i den hydrofoba fickan nära Ser195.
Nukleofil attack:
- Ser195 attackerar karbonylkolet i peptidbindningen → ett tetraedriskt intermediär bildas.
- Stabiliseras av oxyanionhålan.
Klyvning av peptidbindning:
- Intermediären kollapsar → aminogruppen på substratet släpps (första produkten).
Vattenmolekyl kommer in:
- Vatten aktiveras av His57 → ny nukleofil attack mot acylenzymet.
Frigöring av andra produkten:
- Tetraedriskt intermediär kollapsar igen → karboxylgruppen frigörs och enzymet återställs.
Vilka 6 olika sätt används i reglering av enzymaktivitet?
- Allosterisk reglering
- En regulatorisk molekyl binder till annan plats än aktiva sätet.
- Orsakar konformationsändring som påverkar enzymaktiviteten (kan aktivera eller hämma).
- Ex: feed-back inhibition. - Kovalent modifiering
- Enzymet regleras genom kemisk förändring, t.ex.:
– Fosforylering
– Acetylering
– Metylering
- Modifieringen är ofta reversibel. - Proteolytisk aktivering
- Enzymet aktiveras genom irreversibel klyvning av inaktiv precursor (zymogen).
- Ex: kymotrypsinogen → kymotrypsin. - Reglering via regulatoriska proteiner
- Icke-kovalent bindning av andra proteiner som påverkar enzymets aktivitet.
- Ex: inhibitorproteiner. - Biotillgänglighet (enzymmängd)
- Mängden syntetiserat eller nedbrutet enzym reglerar aktiviteten.
- Kan styras genom genuttryck eller proteinnedbrytning. - Substrat- eller produktkoncentration
- Enzymaktivitet påverkas av tillgången på substrat eller produkt (massverkans lag).
- Kan bidra till feed-forward eller feedback-reglering.
Hur fungerar allosteri? Jämför med F5, hemoglobin
En modulator (effektor) binder till ett allosteriskt säte (ej aktiva sätet).
Orsakar konformationsändring i enzymet → påverkar aktivitet (↑ eller ↓).
Vanligt i multimeriska enzymer.
Möjliggör finreglering av enzymaktivitet i respons till cellens behov.
Kan ge upphov till sigmoidal (S-formad) substratmättnadskurva.
Jämförelse: Hemoglobin (F5)
- Hemoglobin är inte ett enzym, men ett klassiskt exempel på allosterisk reglering.
- Binder syre kooperativt: inbindning av en O₂ ökar affiniteten för fler (T → R-form).
- Allosteriska effektorer:
– O₂ (positiv modulator)
– H⁺, CO₂, 2,3-BPG (negativa modulatorer – Bohr-effekten)
- Strukturell förändring sprids mellan subenheter = allosterisk signalöverföring.
Likeheter:
- Båda regleras av konformationsförändringar.
- Effektorer binder utanför aktiva (eller syrebindande) säten.
- Möjliggör finjustering i respons till fysiologiska signaler.
