Ensüümid (1)

Ensüümid Ensüümid on endogeensed biopolümeerid, biokatalüsaatorid. Doikatalüssatrina määravad nad biomolekulide muundumise kiiruse ja suuna inimorganismis, nende tegevus in organismi talitluse aluseks.
Nomenklatuur Ensüümide nimetuse printsiibid : · nimetus tuleneb tema poolt lõhustava substraadi nimetusest · ensüümile viitab substraadi nimetuse lõpp ,,aas" ( sahharoos ­ sahharaas, tärklis ­ amülaas) · tihti ka katalõsitava reaktsiooni nimetus/tüüp (laktaadi dehüreogenaas ­ substraadiks on laktaas ja toimub selle dehüdrogeenimine) · multienssüümkomplekside puhu ksutatakse lisandit ,, kompleks " (põrivaadi dehüdrogenaasne ompleks, PyrDH ) · tüünimetusena kasutatakse ajaloolisi nimetusei : pepsiin , trüpsiin, kümotrüpsiin Igale ensüümile on ka süstemaatiline nimetus. Näiteks laktaadi dehüdrogenaasi (LDH) puhul on see L- laktaat :NAD-oksüreduktaas. See tähendab, et L-laktaat on substraadiks, NAD on koensüümiks ning oksüdoreduktaas viitab redoksreaktsioonile.
Klassifikatsioon ensüümide l on oma neljanumbriline kood , nt pepsiini jaoks on EC 3.4.4.1. Esimene number viitab kolmandale klassile (hüdrolaasid), teine number kuulumisele neljandasse alaklassi (hüdrolüüsib vakude peptiidsidemeid), kolmas näitab neljandat ala-alaklassi (lõhub neid peptiidsidemeid, mille moodustavad eromaatsed aminohapperd), viimane number näitab pepsiini järjekorranumbrit ala-alaklassis.
Klassi number, süstemaatiline nimetus, Katalüüsitavad reaktioonid Kliiniline keskemate alaklasside triviaalnimetused markerensüüm
1. Oksüdoreduktaasid Redoksreaktsioonid Laktaadi · dehüdrogenaasid · elektronide, prootonite ülekandmine dehüdrogenaas · oksüdaasid · elektronide otsene ülekanne O2-le (LDH) · reduktaasid · H-aatomite ülekandmine · peroksüdaasid · e, p ülekandmine H2O2-le · katalaasid · H2O2 lõhustumine · oksügenaasid · O2 liitumine substraati 2. Trasferaasid Funktsionaalsete gruppide ülekanne Alaniin · aminotransferaasid · aminorühma ülekanne transminaad · kinaasid · fosfaatrühma ülekanne (ALT) · glükosüültransferaasid · glükosüüljäägi ülek · atsüültransferaasid · atsüüljäägi ülek
3. Hüdrolaasid Hüdrolüüsreaktsioonid (sidemete C-O, C-N, C- Fosfolipaas A2 P, C-S hüdrolüüs vee liitumisega) (PLA2) · esteraasid · estersidemete lõhustam · peptidaasid · peptiidsidemete lõhustam · fosfolipaasid · fosfolipiidide lõhustam · fosfaasid · sidemete C-P hüdrolüüs · ribonukleaasid · nkleiinhapete hüdrolüüs · desaminidaasid · aminorühma elimineerim 4. Lüaasid Sidemete C-C, C-O, C-N, C-S lühustumine Püruvaadi (kaksiksidemete teke või liitumine kaksiksidemele) dekarboksülaas · dekarboksülaasid · CO2 ellimineerimine · dehüdrataasid · veemolekuli elimineer · hüdrataasid · veemolekuli liitmine · süntaasid · kondensatsioonireakts (ei vaja ATP energiat) · aldolaasid · aldehüüdi teke
5. Isomeraasid Isomerisatsioonireaktsioonid (funktsionaalsete Metüülamalonüül- · ratsemaasid, epimeraasid rühmade molekulisisene ülekanne isomeeride CoA mutaas · isomeraasid tekkega) · osa mutaase 6. Ligaasid Sünteesreaktsioonid ATP jt otsesel osalusel Püruvaadi · süntetaasid karboksüülimine sünteesi käigus kaboksülaas · karboksülaasid
Omadused omavad nii valkude kui ka katalüsaatiride omadusi Ensüümide om-d: · ensüümvalgud on kõrgmolekulaarsed, hüdrofiilsed amfoteersed polüelektrolüüdid, denatureeruvad ja kristalliseeruvad · kõrgspetsiifilised ­ tuleneb valgulisest loomusest ja see läbi ensüümi aktiivtsentri ja substraadi komplementaarsusest. See määrab suuresti protsesside kulu vajalikus suunas ja koordineerituses. - substraadispetsiifilisus- spetsiifilisus ühe substraadi suhtes (nt lipaasid lõhustavad ainult lipiide). *absoluutne spetsiifilisus ­ ensüüm muundab vaid ühte substraati (arginaas muundab Arg, mitte metüülArg) *stereokeemiline spetsif ­ E muundab vaid ühte stereoisomeeri (L-aminohappe oksüdaas toimib vaid L- aminohappele) *sidemespetsif ­ sahharaas lõhustab vaid glükoosi ja fruktoosi vahelist glükosiidsidet sahharoosis *rühmaspetsiifilisus ­ nii pepsiin kui ka trüpsiin hõdrolüüsivad peptiidsidemeid - reaktsioonispetsiifilisus ­ erinevad ensüümid katalüüsivad erinavaid reaktsioonitüüpe (hüdralaasid katal hüdrolüüsi, ligaasid aga sünteesi) või E-d muundavad ühte ja sama substraati erinevalt (histidiini dekarboksülaas muundab histidiini histamiiniks, histidaas aga urokaiinhappeks) · katalüütilise aktiivsuse reguleeritavus · ülikõrge efektiivsus füsioloogilises kkonnas ja madalal temperatuuril · kompartmentalisatsioon ­ ruumiline jaotus · süntees geneetilise kontrolli all Katalüsaatorite om-d: · ei muuda reaktsiooni suunda · katalüüsivad termodünaamiliselt võimalikke reaktsioone · ei muuda liikuva tasakaalu seisundit · ei lühustu reaktsiooni käigus · alandavad reaktsiooni kiirust elimineerivat energeetilist barjääri
Ensüümide ehitusosad ­ lihtensüümid (AH jääkidest koosnevad lihtvalgud ) ­ liitensüümid ( liitvalgud , konjugeeritud ensüümid). Valkosa (apoensüüm) ja mittevalkosa ( kofaktor ). Valkosa määrab spetsiifilisuse , mängib põhirolli substraadi sidumises ja potentseerib kofaktorit. Kofaktor satbiliseerib ensüümvalku, osaleb substraadi sidumises ning vahetult katalüüsiprotsessis. Kofatoriks võivad olaa: ­ ioonid (Cl sülje amülaasle, Cu tsüstokroomi oksüdaasile, Mg ja K pütuvaadi kinaasile, Se glutatiooni peroksüdaasile) ­ anorgaanilised üh-d ( Hcl pepsiinile) ­ madalmolekulaarsed org.üh-did (koensüümid). Koensüümid moodustavad valdavama osa kofaktorite. Seega koosneb liitensüüm valkosast ja oensüümist.
Koensüümid Co on madalmolekulaarsed orgaanilised õhendid, mis on liitsensüümiks valkosaga mittekovalentselt seotud. Enamik neist on vitamiinide derivaadid . Klassifitseeritakse ülekandva üksuse järgi: ­ vesinikuaatomite kandjad- ­ vitamiin nikotiinhappeamiidi derivaadid (NAD, NADP), mis on koensüünideks NAD- ja NADP- dehüdrogenaasides. ­ Vitamiin riboflaviini derivaadid FMN ja FAD, mis on koensüümideks FMN- ja FAD- dehüdrogenaasides. ­ Vitamiin ubikinoon ehk koensüüm Q (CoQ-dehüdrogenaas) ­ rühmade ja radikaalide ülekandjad ­ atsüüljääkide ülekandja, vitamiin pantoteengapet sisaldav koensüüm A (CoA-SH) , metabolismi keskne ensüüm. ­ Aminorühma ülekandjaks on Vitamiin B6 derivaat ehk püridoksaalfosfaat ehk PLP. ­ Ühesüsinikuliste üksuste ülekandja ­ vitamiin foolhape derivaat tetrahüdrofoolhape ehk THF.
Ensüümide toimemehhanismid
Ensüümi aktiivtsenter Ensüümreaktsiooni toimumiseks peab E siduma ja muundama ühendit (substraadi, S). Ensüümmolekulil on selleks vastav aktiivtsenter. Aktiivtsenter seob spetsiifiliselt S-di ja teostab tema katalüüsi produktiks (P). · substraadiga kontakteeruvad aktiivtsentri AH-jääkide katalüütilised rühmad, mis muundavadki S-di. · Liitensüümides on aktiivtsentris ko koensüüm või muu kofaktor · substraat fikseeritakse katalüüsiks vajalikku asendisse paljude sidemetega · aktiivtsentri lõplik ruumiline formeerumine toimub substraadimoekuli lähenemisel: S ja E komplementarsuse alusel muudetakse aktiivtsenter S-le sobivaks ­ isosteeriline regulatsioon substraadi poolt. · S ja E interaktsioonil muutub ensüümi konformatsioon : S-di ja aktiivtsentri katalüütiliste rühmade kontakt muutub sobivamaks, ,,pingustavad" sidemed substraadis. Seetõttu on ensüüm-substraat kompleksi (ES) teke ja substraadi muundumine produktides kergendatud . · Tekkiv produkt pole komplementaarne aktiivtsentri katalüütilise rühmadega, seetõttu ta väljub aktiivtsentrist ja selle algkonformatsioon taastub . Ensümaatiline kineetika E- reaktsioon kulgeb teatud kiirusega. Reaktsioonikiirust väljendab kas muundunud S hulk või tekkinud produkti (P) hulk ajaühikus.