Mehanizmi enzimski kataliziranih reakcija

Question 1

Koju reakciju katalizira kimotripsin?

Answer 1

Hidrolizu peptidne veze, ali ne napad vode na peptidnu vezu

Question 2

Od kojih dijelova se sastoji mehanizam hidrolize estera (peptidne veze)?

Answer 2

Acilacijske faze - nastaje acil-enzim

Deacilacijske faze - regeneracija enzima

Question 3

Koji je spori dio mehanizma hidrolize estera/peptidne veze?

Answer 3

Inače, kod hidrolize estera, spori korak je hidroliza kovalentnog međuprodukta acil-enzim (regeneracija enzima), ali tijekom hidrolize peptidne veze spori korak je nastajanje kovalentnog međuprodukta

Question 4

Što je katalitička trijada proteaza?

Answer 4

To su aminokiseline koje sudjeluju u katalitičkom mehanizmu, za proteaze to su serin, histidin i aspartat

Question 5

Koje su tri serinske proteaze i koje veze cijepaju?

Answer 5

Kimotripsin - iza većih i hidrofobnih AK (Phe, Trp, Tyr)

Tripsin - iza pozitivnih AK (Arg, Lys)

Elastaza - male i neutralne AK (Ala, Gly, Ser, Val)

Question 6

Objasni primarnu strukturu kimotripsina.

Answer 6

Kimotripsin se sastoji iz tri polipeptidna lanca koji su međusobno povezani disulfidnim vezama. Ta tri lanca su zapravo prvo sintetizirana kao jedan lanac (kimotripsinogen) kojeg onda cijepa tripsin te nastaje aktivna struktura kimotripsina.

Question 7

Objasni katalitički mehanizam kimotripsina.

Answer 7

1. Supstrat se smješta na poziciju tako da se hidrofobni ogranak AK smjesti u hidrofobni džep, a kisik iz peptidne veze se smješta u oksianionsku rupu
2. Histidin (koji postaje bazican zbog interekacije vodikovih veza s Aspartatom) interagira sa Serinom te nastaje jako nukleofilni alkoksidni ion na Serinu koji napada karbonilni ugljik. Dolazi do negativnog naboja na karbonilnom kisiku koji je stabiliziran serina i glicinom blizu oksianionske rupe
3. Zbog nestabilnosti negativnog naboja, tetraedarski acil-enzim komlpeks nestaje tako da se izalzeća amino skupina (jedan dio odcijepljenog proteina) protonira s H od Histidina
4. Isti taj histidin zatim opet deprotonira molekulu vode zbog koje nastaje nukleofilni hidroksidni ion koji napada karbonilni ugljik te opet dolazi do stabilizacije negativnog naboja na karbonilnom ugljiku
5. Tetraedarski acil-enzim nestaje tako da histidin protonira kisik katalitickog serina te nestaje kovalentna veza izmedu enzima i supstrata.
6. Disocijacijom produkta iz aktivnog mjesta enzima dolazi do regeneracije enzima

Question 8

Koje su vrste katalize prisutne u mehanizmu kimotripsina?

Answer 8

Kovalentna kataliza - acil enzim

Kiselinsko bazna kataliza - Histidin

Elektrostatska kataliza - oksianionska supljina

Question 9

Kako ovisi vezna energija u katalizi kimotripsinom?

Answer 9

Što je duži i supstituiraniji supstrat nakon peptidne veze, veća je konstanta specifičnosti

Question 10

Kako ovisi aktivnost kimotripsina o pH?

Answer 10

Optimalni pH za djelovanje kimotripsina je 8, pri nižem pH će Histidin bit protoniran te neće moći djelovati kiselinsko baznom katalizom, a pri višem pH će Izoleucin na N-kraju biti deprotoniran te neće moći stvarati ionski most s Aspartatom te neće doći do poželjne konformacije proteina

Question 11

Koji su najčešći nukleofili i elektrofili u enzimskoj katalizi?

Answer 11

Nukleofili - negativno nabijeni kisik, negativno nabijeni sulfhidril, karbanion, nenabijena amino skupina, imidazol, hidroksidni anion

Elektrofili - karbonilni ugljik, protonirani imin, fosfor fosfatne skupine, proton

Question 12

Koje su sve vrste proteaza?

Answer 12

Cisteinske, Serinske, Aspartil - proteaze (aktivacija vode za nukleofilni napad) te metaloproteaza (aktivacija vode za nukleofilni napad)

Question 13

Koju reakciju katalizira lizozim?

Answer 13

hidrolizu beta(1->4( glikozidnih veza NAM-NAG alternirajućih polisaharida peptidoglikana

NAM - N-acetil muraminska kiselina

NAG - N-acetil glukozamin

Question 14

Opiši strukturu lizozima

Answer 14

5 alfa zavojnica i jedna antiparalelna beta strukturra

udubina (procijep) važna za vezanje supstrata

Question 15

Opiši strukturu aktivnog mjesta lizozima

Answer 15

Određeno je 6 pozicija u aktivnom mjestu, A-C su kristalografske, a D-F su određene kompjuterskim modeliranjem (jer je bilo moguće napraviti kompleks sa supstratom samo s 3 jedinice jer s 6 jedinica prebrzo hidrolizira)

NAG je na pozicijama A,C,E, a NAM na B,D,F

Na poziciji D mora doći do promjene konformacije iz stolice u polu-stolice, dok toga nema na pozicijama E i F

Moguće katalitičke AK su Aspartat i Glutamat između pozicija D i E

Question 16

Koji je mehanizam katalize lizozimom?

Answer 16

To je hidroliza acetala do hemiacetala. U istraživanjima je otkriveno da dolazi do retencije konfiguracije pa je zaključeno da se događa Sn1 mehanizmom, ali je kasnije otkriveno da se zapravo događa dvostruki Sn2 mehanizam

Question 17

Opiši predložene mehanizme Sn1 i Sn2 za katalizu lizozimom

Answer 17

Da dođe do retencije konfiguracije potrebno je ili imati Sn1 reakciju s karbokationskim međuproduktom te sterička ograničenja ili dvostruku Sn2 reakciju s kovalentnim međuproduktom

Sn1

1. Glu (reagira kao kiselina zbog hidrofobnog susjedstva) protonira kisik glikozidne veze te dolazi do odvajanja jedne podjedinice (karbokation) koji se onda rezonantno i elektrostatski(Asp) stabilizira.
2. Glu sad deprotonira vodu te onda hidroksidni ion kao nukleofil napada karbokation samo s jedne strane zbog steričkih smetnji (Asp)

Sn2

Isti mehanizam osim sto Asp napada anomerni ugljik produkta u Sn2 reakciji te nastaje kovalentni međuprodukt umjesto karbokationa, te u drugoj Sn2 reakciji hidroksidni ion napada taj ugljik samo s jedne strane zbog kovalentne veze

Taj mehanizam je otkriven zbog toga što je posebnim tehnikama omogućeno ubrzavanje nastajanje međuprodukta te usporavanje njegovog raspada tako da je bilo moguće ga detektirati i odrediti

Question 18

Koju reakciju katalizira alkohol dehidrogenaza?

Answer 18

Oksido-redukcijsku reakciju uz NAD+/NADH (NADP+/NADPH) kao kofaktor

Alkohol prelazi u aldehid

Question 19

Što je proton shuttle?

Answer 19

sistem vodikovih veza koji prenose proton od aktivnog mjesta do površine enzima (slično kao grotthusov mehanizam)

Važan jer u aktivnom mjestu nema molekula vode za primiti H+

Question 20

Opiši mehanizam alkohol dehidrogenaze

Answer 20

1. Zn(2+) je koordiniran s dva cisteina i jednim histidinom te molekulom vode na dnu hidrofobnom džepa
2. Vezanjem supstrata (alkohola) dolazi do odlaska vode te se alkohol veže preko hidroksidnog kisika na Zn
3. Deprotonacija hidroksilne skupine
4. Prijenos hidridnog iona s C1 supstrata na NAD+ te nastaje karbonilna veza i NADH
5. Uvođenjem molekule vode dolazi do odvajanja produkta (aldehida) te regeneracije početnog enzima

Question 21

Koje su uloge cinka u mehanizmu alkohol dehidrogenaze?

Answer 21

Pozicioniranje supstrata

Stabilizacija alkoksidnog iona (prijelazno stanje)