5. Cataliza biochimică

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "5. Cataliza biochimică"

Φώτις Παπανδρέου
5 χρόνια πριν
Προβολές:

1 5. Cataliza biochimică 5.1. Interacțiunea enzimă-substrat Enzimele - situsuri de legare Substrat Reactiile enzimatice Intermediari covalenti Formarea unui intermediar covalent acil cbc.arizona.edu

2 5. Cataliza biochimică 5.1. Interacțiunea enzimă-substrat bazice Interactiunile grupari enzima-substrat acide nucleofile ARNaza pancreatica bovina

3 5. Cataliza biochimică 5.1. Interacțiunea enzimă-substrat Enzimele proteine specifice Enzimele structuri flexibile E. Fischer-1894 D. Koshland-1958 Specificitatea enzimelor Complementaritate parteneri Stabilizarea starii de tranzitie?? Modificarea conformatiei situs activ Situs flexibil

4 5. Cataliza biochimică 5.1. Interacțiunea enzimă-substrat Modelul de inducere a conformatiei

5 5. Cataliza biochimică 5.1. Interacțiunea enzimă-substrat iws.collin.edu Modificarea conformatiei situsului activ In prezenta substratului Distorsionarea legaturilor chimice ale substratului energie mai mica (clivarea substratului)

6 5. Cataliza biochimică 5.1. Interacțiunea enzimă-substrat Matsunaga Y, Fujisaki H, Terada T, Furuta T, Moritsugu K, et al. (2012) Minimum Free Energy Path of Ligand-Induced Transition in Adenylate Kinase. PLOS Computational Biology 8(6): e Sol M. Resnick, and Alexander J. B. Zehnder Appl. Environ. Microbiol. 2000;66:

7 5. Cataliza biochimică 5.2. Teoria starii de tranzitie concentrația speciei în starea de tranziție [X ] = [X] exp - G RT research.cm.utexas.edu

8 5. Cataliza biochimică 5.2. Teoria starii de tranzitie Rata de descompunere a speciei X -d[x] dt = [X ] = [X] kt h exp Constanta vitezei de reacție de ordinul I - G RT k 1 = kt h exp - G RT k 1 = kt h exp S RT exp - H RT

9 5. Cataliza biochimică 5.2. Teoria starii de tranzitie Intermediarii Leg chimice formate Energii mai mici Starea de tranzitie maxim energetic

10 5. Cataliza biochimică 5.2. Teoria starii de tranzitie Starea de tranzitie a E. coli tarn-adenozine Deaminazei

instabil Structura I ~ Structura T # Stabilizarea T # http://www.

11 5. Cataliza biochimică 5.2 Postulatul lui Hammond Reactia in etape: A I P I -intermediar instabil Structura I ~ Structura T # Stabilizarea T # Lizozimul Carboxanioni intermediari ~ T # Protein structure and Function, Petsko & Ringe, 2004

12 5. Cataliza biochimică 5.3. Energia de activare Enzimele reduc E a a reactie ΔΔG = Ea necat - Ea cat Constanta vitezei (k 1 ) ΔΔG = 5,71 KJ/Mol ½ ΔG legatura de H Constanta vitezei (k 1 ) 6x ΔΔG = 34 KJ/Mol 1/10 ΔG C-C

nefavorabile Transfer proton (baza) Catena laterala aminoacizi

13 5. Cataliza biochimică Cataliza bazica 5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza acida Stari de tranzitie nefavorabile Transfer proton (baza) Catena laterala aminoacizi aspartat, glutamat, tirozina histidina si lizina Stabilizarea starii de tranzitie Transfer proton (acid)

14 Cataliza electrofilă 5. Cataliza biochimică 5.4. Stabilizarea stării de tranziție Carboxipeptidazele Structura situsului activ al Carboxipeptidazei A Anhidraza carbonica

15 5. Cataliza biochimică 5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza electrofilă Arg 110 si Mg 2+ Wu SL et al. J. Biomed. Sci., 2009 Stabilizarea starii de tranzitie Endonucleaza G Implicata in procesele de proliferare celulara (inclusiv apoptoza) Proteina AIF și endonucleaza G sunt eliberate din mitocondrie si provoaca degradarea ADN-ului

16 Cataliza nucleofila Gruparea OH a serinei Serin proteaze Colinesteraze 5. Cataliza biochimică 5.4. Stabilizarea stării de tranziție În enzime- grupări nucleofile (în cataliză):

17 Cataliza nucleofila Gruparea OH a serinei Leucocitesteraza (LE) 5.4. Stabilizarea stării de tranziție În enzime- grupări nucleofile (în cataliză): LE Esterul ac. Indolcarboxylic Indoxil + Acid Indoxil + Sare diazoniu azoderivat (violet) existența unei infecții urinare ph, conc. Proteinei, NO 2 - Limita de detecție Leu/µl

18 Cataliza nucleofila 5.4. Stabilizarea stării de tranziție În enzime- grupări nucleofile (în cataliză): Gruparea OH a serinei Lipaze (situs activ) Fosfataza acida (E coli)

19 Thomas, Shafee, (2014). "Evolvability of a viral protease: experimental evolution of catalysis, robustness and specificity". PhD Thesis. University of Cambridge. Cataliza nucleofilă 5.4. Stabilizarea stării de tranziție Triada catalitică

20 helicase.pbworks.com 5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza nucleofila gruparea -OH tirozinica topoizomeraze Topoisomerase IB situs activ (PDB 1A36)

21 5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza nucleofila gruparea -OH tirozinica glutamin sintetaza Homodecamer 2 x pentamer Spodenkiewicz, M. et al, Biology 2016, 5(4), 40

22 5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza nucleofila glutamin sintetaza deficiență Reprezentarea schematică a fiziopatologiei deficientei GS: scăderea detoxifierii NH3 și împiedicarea reaprovizionării ciclului Gln-Glu-GABA Spodenkiewicz, M. et al, Biology 2016, 5(4), 40

5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza nucleofila gruparea -OH tirozinica Glutamat-cistein ligaza (γ-glutamilcistein sintetaza, EC 6.3.2.2) William B.

23 5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza nucleofila gruparea -OH tirozinica Glutamat-cistein ligaza (γ-glutamilcistein sintetaza, EC ) William B. Musgrave et al. Biochem. J. 2013;450:63-72 Anemie hemolitică moderată 3 surori Biosinteza glutationului Almuafri, F., et al., Blood Cells, Molecules and Diseases 2017;65:73-77

papaina ficina Yao, Q. et al., PNAS, 2009.

24 5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza nucleofila Gruparea -SH a cisteinei - tiol proteaze papaina ficina Yao, Q. et al., PNAS, (10) Papaina situs activ

5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza nucleofila tiol proteaze (bromelaina) gliceraldehid 3-fosfat dehidrogenaza www.studyblue.

25 5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza nucleofila tiol proteaze (bromelaina) gliceraldehid 3-fosfat dehidrogenaza Influenta bromelainei asupra unor mediatori care intervin in inflamatia acuta Srivastava, AK et al., Braz. Arch. Biol. Technol., 59, 2016

26 5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza nucleofila imidazolul din histidina cresterea nucleofilicitatii gruparilor -OH si -SH Freeman and co, Biochemistry, 2007 Ash, E. L., et al., H-bond: Proposal for reaction-driven ring flip mechanism in serine protease catalysis, PNAS, 2000, 97(19)

27 5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza nucleofila imidazolul din histidina transferul grupei fosfat Fosfoglicerat mutaza Enzimă glicolitică 2,3-BPG eritrocite Controlul afinității Hb-O 2

28 5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza covalentă gruparea NH 2 (lizinica) - cataliza acetoacetat decarboxilazei Highbarger, L.A. and Gerlt, J.A, Biochemistry, 35, 41-46, 2016 Gerlt, J.A. Nature Chemical Biology 5, , 2009

29 5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza covalentă gruparea NH 2 (lizinica) - cataliza acetoacetat decarboxilazei Dovedirea intermediarului catalitic

30 5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza covalentă gruparea NH 2 (lizinică) - cataliza transladolazei; Transaldolaza situs activ chemwiki.ucdavis.edu

5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza covalentă Cataliza electrofilă în cazul piridoxal fosfatului PLP K145 Y31 E177 L201 Situs catalitic

31 5.4. Stabilizarea stării de tranziție Cataliza covalentă Cataliza electrofilă în cazul piridoxal fosfatului PLP K145 Y31 E177 L201 Situs catalitic DAAtransferazei Bacillus sp. YM-1 Richard, J.P. et al., Current Opinion in Chemical Biology, 13(4), 2009,

32 Cataliza nucleofila gruparea carboxilica (aspartat) - ATPaze (K + /Na +, Ca 2+ ). Structura Na,K-ATPazei cu ouabaina

33 Etape determinanta de viteza Reactia: R1 R2 P

34 Cinetica starii stationare Starea stationara Sistemele dinamice Populatia tarii Rata formare = rata distrugere

35 Sisteme biochimice X formare metabolit celula degradare Y v formare = v degradare S > E Stare stationara Stare prestationara Intelegere metabolism Analiza mecanisme de reactie

36 Ecuatia Michaelis-Menten K S k cat E + S ES P + E v = [E] 0[S]k cat K m + [S] Complex enzimasubstrat Leonor Michaelis (1913) [E] = constant rata de reactie creste cu cresterea [S] pana cand viteza maxima, Vmax, este atinsa

37 Experimentele starii de ne-echilibru [S] [P] Masurarea activitatii Discontinuu - indepartarea probei la intervale de timp timp - analiza chimica Continuu Modificarea absorbtiei cromoforului (S sau P) Reducerea NAD 340 nm

38 Masurarea activitatii Absenta cromofor Reactii cuplate Hexokinaza catalizeaza reactia glucoza + ATP glucoz-6-fosfat + ADP Cuplata cu reactia - glucoz-6-fosfat (G-6-P) dehidrogenaza: G-6-P + NAD ox 6-fosfogluconat + NAD red [NAD red ] cresterea DO 340

39 Reactia enzimei cu un singur substrat K S k cat E + S ES P + E K S = [E][S] [ES] v = k cat [ES] [E] = [E] 0 - [ES] [ES] = [E] 0 [S] K S + [S] v = [E] 0 [S]k cat K m + [S]

40 Cinetica reactiilor enzimatice -teoria starii stationare k 1 E + S ES P + E k -1 Michaelis-Menten - premiza: ES E + S k 2 << k -1 k 2 G. E. Briggs 1925 J. B. S. Haldane k 2 ~ k -1 [ES] cinetica stationara d[es]/dt = 0 = k 1 [E][S] - k 2 [ES] - k -1 [ES] v = [E] 0 [S]k 2 [S] + (k 2 + k -1 )/k 1 (k 2 + k -1 )/k 1 = K m k 2 << k -1 K m = K s

41 [S] < < K m v = k cat [E] 0 [S] K m a) Enzima libera + substrat v = [E] 0[S]k cat K m + [S] v = [S] = K m k cat 2 [E] 0 b) Enzima saturata 50% cu substratul [S] >> K m v =k cat [E] 0 c) Enzima saturata cu substratul

Σχετικά έγγραφα

Tema 5 (S N -REACŢII) REACŢII DE SUBSTITUŢIE NUCLEOFILĂ. ŞI DE ELIMINARE (E - REACŢII) LA ATOMULDE CARBON HIBRIDIZAT sp 3

Tema 5 (S N -REACŢII) REACŢII DE SUBSTITUŢIE NUCLEOFILĂ. ŞI DE ELIMINARE (E - REACŢII) LA ATOMULDE CARBON HIBRIDIZAT sp 3 Tema 5 REACŢII DE SUBSTITUŢIE NUCLEOFILĂ (S N -REACŢII) ŞI DE ELIMINARE (E - REACŢII) LA ATOMULDE CARBON IBRIDIZAT sp 3 1. Reacții de substituție nucleofilă (SN reacții) Reacţiile de substituţie nucleofilă