Enzymologia-8

1. Enzymologia-8 Mechanizmy reakcji enzymatycznych (II)

2. KLASY I PODKLASY ENZYMÓW • OKSYDOREDUKTAZY 2. TRANSFERAZY • dehydrogenazy - transaldolaza • oksydazy - trasketolaza • reduktazy - acylo-, metylo-, amino-, glukonylo- • peroksydazy i fosforylo- transferazy • katalaza - kinazy • oksygenazy - fosfomutazy • - hydroksylazy • 3. HYDROLAZY 4. LIAZY • - esterazy - dekarboksylazy • - glikozydazy - aldolazy • - peptydazy - ketolazy • - tiolazy - hydratazy • - fosfolipazy - dehydratazy • - amidazy - syntazy • - dezamidazy - liazy • 5. IZOMERAZY 6. LIGAZY • - racemazy - syntetazy • - epimerazy - karboksylazy • - mutazy

3. HYDROLAZY esteraza acetylocholinowa Inhibitory esterazy acetylocholinowej ciągle są jedynymi lekami stosowanymi rutynowo w leczeniu choroby Alzheimera

4. Reakcja katalizowana przez esterazę acetylocholinową

5.  L-asparaginaza EC 3.5.1.1

6. HYDROLAZY Enzymy proteolityczne Enzymy katalizujące hydrolizę wiązania peptydowego w substratach białkowych • Podział • ze względu na lokalizację miejsca cięcia: • endopeptydazy (wewnątrz łańcucha); egzopeptydazy, odszczepiające aminokwas • N-końcowy (aminopeptydazy) lub C-końcowy (karboksypeptydazy) • ze względu na strukturę centrum aktywnego i mechanizm katalizy: • proteazy serynowe, proteazy cysteinylowe, proteazy aspartylowe, metaloproteazy Niezbędne elementy strukturalne centrum katalitycznego: (1) grupa nukleofilowa N: atakująca atom węgla grupy karbonylowej substratu; (2) grupa(y) X+, obdarzone ładunkiem dodatnim, w sąsiedztwie atomu tlenu grupy karbonylowej substratu. Rola – polaryzacja grupy karbonylowej oraz stabilizacja tetraedrycznego intermediatu (3) grupa protonodonorowa Y-H; uprotonowanie grupy –NH- substratu czyni ją lepszą grupą odchodzącą

7. Enzymy proteolityczne Proteazy serynowe Chymotrypsyna - enzym proteolityczny, wytwarzany przez trzustkę Specyficzność substratowa Reszta seryny 195 jest szczególnie reaktywna.

8. Ser195, His57 i Asp102 tworzą triadę katalityczną

9. Mechanizm reakcji katalizowanej przez chymotrypsynę

10. W centrum aktywnym chymotrypsyny: N: Ser195 Y-H His57 X+ grupy -aminowe Gly193 i Ser195 Stabilizacja stanu przejściowego w centrum aktywnym chymotrypsyny

11. Rozpoznanie i wiązanie substratu przez chymotrypsynę i inne proteazy serynowe Porównanie miejsc wiązania substratu w niektórych proteazach serynowych kieszeń chymotrypsyny(1) i trypsyny (2) miejsce rozpoznania i wiązania substratu

12. Enzymy proteolityczne Proteazy cysteinylowe Przykłady: papaina - enzym proteolityczny z Carica papaya; katepsyny; kaspazy Reszta Cys25 odgrywa w centrum aktywnym papainy rolę N: Ponieważ grupa tiolowa cysteiny jest dużo silniejszym czynnikiem nukleofilowym, niż grupa –OH seryny, więc nie wymaga ona dodatkowej aktywacji, jak ma to miejsce w proteazach serynowych. W centrum aktywnym papainy: N: Cys25; Y-H His159; X+ grupy -aminowe z wiązań peptydowych

13. Enzymy proteolityczne Proteazy aspartylowe Przykłady: renina (podpuszczka), pepsyna W centrum katalitycznym brak reszty o charakterze N: Rolę N: odgrywa aktywowana cząsteczka H2O Struktura reniny z uwidocznieniem kluczowych reszt katalitycznych

14. Mechanizm reakcji katalizowanej przez pepsynę W centrum aktywnym pepsyny: N: H2O aktywowana przez Asp32; Y-H Asp215; X+ grupa -aminowa Gly76

15. Enzymy proteolityczne Metaloproteazy Przykłady: karboksypeptydaza A, termolizyna bakteryjna W centrum aktywnym enzymu jon metalu, zwykle Zn(II) Struktura termolizyny i jej centrum aktywnego

16. W centrum aktywnym karboksypeptydazy A: N: H2O aktywowana przez Glu270 Y-H B? X+ Zn(II) Postulowany mechanizm reakcji katalizowanej przez karboksypeptydazę A

17. Porównanie sposobów aktywacji czynnika N: przez proteazy

18. LIAZY I LIGAZY • reakcje karboksylacji i dekarboksylacji • enzymatyczne kondensacje: aldolowa i Claisena • reakcje eliminacji i addycji do podwójnego wiązania (H20, NH3) • reakcje tworzenia wiązań estrowych i amidowych Ligazy nazywane są często syntazami lub syntetazami Syntetazy katalizują tworzenie wiązań z udziałem ATP; syntazy nie wymagają ATP

19. LIAZY I LIGAZY Enzymatyczne reakcje dekarboksylacji Produktem pośrednim jest karboanion; substratami są: -ketokwasy, -ketokwasy, aminokwasy Pirofosforan tiaminy – koenzym dekarboksylaz -ketokwasów

20. pirogronian Aldehyd octowy Mechanizm reakcji katalizowanej przez dekarboksylazę pirogronianową

21. LIAZY I LIGAZY Enzymatyczne reakcje karboksylacji • enzymy współpracujące z biotyną i ATP, karboksylujące -ketokwasy lub acyloCoA; • enzymy karboksylujące fosfoenolopirogronian; • enzymy karboksylujące białka, współpracujące z witaminą K; • karboksylaza rybulozo-1,5-difosforanu Karboksylaza pirogronianowa Domena karboksylazy pirogronianowej wiążąca biotynę

22. Etap I Etap II Mechanizm reakcji katalizowanej przez karboksylazę pirogronianową Etapy I i II odbywają się w różnych domenach enzymu pirogronian szczawiooctan

23. Enzymatyczne kondensacje: aldolowa i Claisena Schemat reakcji kondensacji aldolowej katalizowanej przez aldolazy Schemat kondensacji Claisena katalizowanej przez ligazy CoA W obu reakcjach produktem pośrednim jest forma enolowa jednego z substratów stabilizowana w centrum aktywnym enzymu poprzez utworzenie zasady Schiffa z resztą -aminową lizyny lub koordynację przez jon metalu.

24. DHP G3P F-1,6-diP Mechanizm reakcji katalizowanej przez aldolazę

25. Enzymatyczna kondensacja Claisena szczawiooctan AcCoA cytrynian Mechanizm reakcji katalizowanej przez syntazę cytrynianową Reakcję rozszczepienia kwasu cytrynowego do AcCoA i szczawiooctanu katalizuje liaza cytrynianowa

26. Reakcje eliminacji wody i przyłączenia wody do podwójnego wiązania Schemat ogólny reakcji Przykłady enzymów: akonitaza, fumaraza Reakcja katalizowana przez fumarazę przebiega stereospecyficznie

27. Akonitaza i fumaraza -H2O +H2O cytrynian cis-akonitan

28. Reakcje tworzenia wiązań estrowych i amidowych Przykłady: syntetazy aminoacylo-tRNA (wiązanie estrowe) syntetaza L-glutaminy (wiązanie amidowe) Reakcja katalizowana przez syntetazę glutaminy Etap I Etap II

29. IZOMERAZY • reakcje racemizacji • reakcje epimeryzacji • reakcje izomeryzacji cis-trans • reakcje tautomeryzacji • reakcje przegrupowań wewnatrzcząsteczkowych • reakcje przekształcenia aldoza-ketoza Izomerazy katalizują reakcje, dla których G  0

30. Racemizacja aminokwasów Reakcja katalizowana przez racemazę alaninową

31. Epimeryzacja cukrów Reakcja katalizowana przez 4-epimerazę UDP-glukozową

32. Przemiana aldoza: ketoza Przykład: izomeraza fosfotriozowa Mechanizm reakcji katalizowanej przez izomerazę fosfotriozową

33. Struktura izomerazy fosfotriozowej w kompleksie z fosfodihydrosyacetonem (DHP)

34. Reakcje przegrupowań wewnątrzcząsteczkowych katalizowane przez mutazy współpracujące z koenzymem B12 Struktura koenzymu B12

35. Reakcje przegrupowań wewnątrzcząsteczkowych katalizowane przez mutazy współpracujące z koenzymem B12 Powstawanie rodnika 5’-deoksyadenozylowego Przykład: mutaza metylomalonyloCoA Reakcja katalizowana przez mutazę metylomalonylo CoA

36. Mechanizm reakcji katalizowanej przez mutazę współpracującą z koenzymem B12 Mechanizm przegrupowania katalizowanego przez mutazę metylomalonylo CoA

37. Centrum aktywne mutazy metylomalonyloCoA