ביוכימיה – הרצאה (25.3.08)

שיעור #17

טריוז-פוספט-איזומראז – אנזים שחשוב בגליקוליזה. יש 3 חומרים שנוצרים: גליקופוספט, סיסנדיול והתוצר הסופי: דיהידרוקסי אצטון פוספט.

המבנה הרבעוני שלו הוא 2 תת יחידות זהות. יש ח. אמינו באתר הפעיל: גלוטומאט 165, היסטדין 95 שיש להן תפקיד חשוב בהפיכת G3P ל DHAP.

יש מכסה שמכסה את הסובסטראט, ותפקידו לייצב את מצב הביניים. אם נפגע במכסה הזה, נוריד את יעילות התגובה האנזימטית. המכסה הוא חלק מהחלבון ומייצב את ה C-CENDIOL למרות שהוא לא חלק מהאתר הפעיל.

האנזים פוגש את הG3P וקושר אותו. אחרי זה יש הפיכה ל C-CENDIOL שקשור לאנזים, והוא הופך לDHAP ולבסוף הDHAP משתחרר.

האננדיול נוצר על ידי העברת הפרוטון של הG3P שהופך לOH. הפרוטון "נגנב" על ידי הגלוטומאט.

הקשר הכפול בין C לC נפתח ומתקבל DHAP. האנזים חוזר למצבו ההתחלתי ויכול לקטלז תגובה נוספת – הוא לא עובר שינוי תמידי.

מצבי הביניים הם בעלי אנרגיה חופשית נמוכה. תגובה כזו יכלה להתרחש ללא אנזים, כשנוסיף אנזים למערכת הוא ייצב את מצבי הביניים; האנרגיה החופשית יורדת כל הזמן.

סרין פרוטיאזות

זו משפחה גדולה של חלבונים עם 3 נציגים:

כימוטריפסין ואלסטאז. הם מסונתזים לרוב בבלוטת הלבלב וחשובים לפירוק חלבונים במעיים (מפרקים את הקשר הפפטידי). לכולם יש אספרטאט (חומצה אספרטית), היסטדין וסרין.

בקיפול החלבון, חומצות אמינו שרחוקות במבנה הראשוני יכולות להיות קרובות יותר במבנה השניוני.

בפרוטיאזות האלו יש כיס, POCKET, שנמצא תמיד קרוב לסרין. הכיס הוא אזור מוגן בחלבון והאופי שלו שונה בין סרין-פרוטיאזות שונות. בכימוטריפסין רואים שהכיס הזה הוא מאוד הידרופובי, והוא ירצה למשוך אליו אזור הידרופובי אחר.

בטריפסין יש מטען שלילי בתוך הכיס, והוא ירצה למשוך מטען חיובי, למשל ארגנין, ליזין...

אפשר להגדיר 6 שלבים של התגובה הקטליטית של כימוטריפסין:

1. קישור של השרשרת הפוליפפטידית שיש לפרק.

2. הפרוטון של הOH מקבוצת ההידרוקסיל מסוגל לעבור מסרין להיסטדין, כך שההיסטדין יהיה טעון חיובי. נוצר מצב של חמצן עם קשר אחד פתוח – לכן הוא יתפוס את הפחמן שהוא חלק מהקשר הפפטידי של האתר.

3. הפחמן של הקשר הפפטידי (בין C לN) עוזב את החנקן לטובת הסרין ונוצרו 2 שרשראות פוליפפטידיות במקום אחת שהייתה בהתחלה.

4. ההיסטדין פנוי, והוא תופס מולקולת מים.

5. המים מתפרקים כאשר ההיסטדין גונב פרוטון מהמים, והOH מתקשר בחזרה לחלק הN-טרמינלי של החלבון שקשור לחמצן.

6. הקשר בין הפחמן לחמצן מתנתק, ונשאר לסרין לקחת פרוטון מההיסטדין, והוא חוזר להיות OH.

מבחינה כימית, יש צורך במים כאשר חלבון מתפרק. לכן מים הם גורם חשוב בהידרוליזה של חלבון.

בשני החלבונים יש היסטדין, וגם חומצה אמינית חומצית.

היסטדין היא ח. אמינו חשובה כי הPKA שלה קרוב לPH הפיזיולוגי, ולכן יש הרבה פעמים היסטדין במולקולות בעלות פעילות אנזימטית.

קינטיקה של אנזימים

ניתן לעקוב אחרי פעילות האנזים על ידי הסתכלות על קצב הופעת התוצר או קצב העלמות הסובסטראט.

מהירות הריאקציה יורדת עם הזמן (קצב יצירת התוצר לאחר זמן מסויים הולך ודועך). ריכוז הסובסטראט הולך ויורד עם הזמן.

יש מעכבים שיכולים להיווצר במהלך האקטיבציה שמורידים את קצב התגובה.

הקינטיקה של האנזימים יכולה לעזור לנו להבין איך האנזים מתנהג בהשפעות שונות, למשל כתלות בPH, בריכוז האנזים עצמו, בטמפרטורות שונות וכתלות במעכבים.

מודל מיכאליס-מנטן (יהיה במבחן!)

מיכאליס ומנדל ניסו לבנות מודל שמתאים לקינטיקה של אנזימים, והם הניחו את ההנחות הבאות:

1) בתהליך יש יצירה של קומפלקס אנזים-סובסטראט.

2) מגיעים למצב STEADY-STATE מהר מאוד (שהES קבוע)

3) הקישור של התוצר לאנזים וחזרה לES הוא שלב זניח.

מודל המצב העמיד

K1 וK-1 הם קבוע המהירות לכל כיוון.

K2 הוא קבוע התגובה שבה אנזים+סובסטראט (מצב מגביל) הופך לתוצר ואנזים.

ניתן לכתוב את מהירות התגובה:

V=K₂[ES]

[E]_t = [ES] + [E] [E]_t כמות האנזים הכללית

[E] = [E]_t – [ES]

K₁[E][S] = ES קצב יצירת

K_-1[ES] + K₂[ES] = ES קצב פירוק

K₁[E][S] = K_-1[ES] + K₂[ES]

[ES] = [E]_t[S]

----------------------

K₂+K_-1 + [S]

-----------

K₁

Km = K₂ + K_-1

-----------

K₁

V_max --> קצב התגובה המקסימלי

V_max = K₂[E]_t

V = V_max[S]

--------------

K_m + [S]

Km - קבוע מיכאליס, מסמל את הריכוז שבו Vmax הוא חצי.

אם S=Km, V=1/2 Vmax.

קבוע מיכאליס מאפיין את התגובה האנזימטית בין אנזים מסויים לסובסטראט נתון.

אפשר להתייחס לkm כמדד לאפיניות של האנזים לסובטראט.

Vmax הוא ערך תיאורטי – אף פעם אי אפשר להגיע אליו.

שני מדענים, הגיעו למשוואה (כמה שנים מאוחר יותר) שמגדירה את Vmax.

משוואת Lineweaver-Burk

1/V = Km/Vmax x 1/[S] + 1/Vmax