Biomérnöki m ű veletek és folyamatok Biomérnöki BSc
1 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék
Enzimek 4.
5. TÖBBSZUBSZTRÁTOS REAKCIÓK
Eddig csak egyszubsztrátos enzimes reakciókkal foglalkoz- tunk, de sok reakcióhoz több szubsztrát is kell. Ezeknek két típusa van:
A.)Termékképzéshez egyszerre több különböző szubsztrát kell (sztöchiometrikus arányban). Pl.: hexokináz
glükóz + (Mg)ATP glükóz-6-foszfát + (Mg)ADP foszforilezés
két szubsztrát két termék
1
TÖBBSZUBSZTRÁTOS REAKCIÓK
B.) A másik esetben a reakció keverékben több hasonló, lé- nyegében alternatív szubsztrát van jelen.
Példák: a legtöbb biopolimer-hidrolizáló enzim:
amiláz, amilo-glikozidázok, cellulázok
proteinázok.
Függetlenül attól, hogy ezekben az esetekben exo- vagy en- do-enzimekről van-e szó, a reakció-keverékben egyidejűleg több, különböző polimerizációs fokú szubsztrát van (lesz) je- len.
2
KÉT KÜLÖNBÖZŐ SZUBSZTRÁT
bi-bi reakciók = mind S mind P oldalról BIMOLEKULÁRIS Típusai:
Random bi-bi reakciók: a két S belépésének sor- rendje véletlenszerű
Határozott sorrendű bi-bi reakciók: a sorrend kötött
Ping-pong mechanizmus: a szubsztrátok nem is találkoznak, az enzim két állapot között alternál.
3
Random bi-bi reakciók
E mechanizmus nagyon hasonlít a lineáris kevert típusú in- hibícióra, azzal a különbséggel, hogy itt a ternér EAB komp- lexből lesznek termékek, nem az EA-ból.
4
Random bi-bi reakciók
A szokásos módon felírva a rapid ekvilibrium kinetikáját a kettős szubsztrát limitáció felírható:
α = · α = ·
=∝· = ·
∝
= ·
= · = ·
=E +EA+EB+EAB
=
· ·
∝ + ·
+ ·
+ · ·
∝
= · = ·
5
Random bi-bi reakciók
A szokásos módon felírva a rapid ekvilibrium kinetikáját a kettős szubsztrát limitáció felírható:
Átrendezve az egyenlet analóg a kevert inhibíciónál ka- pottal:
=
·
∝ 1 + + 1 +
∝
=
·
∝
1 + + + ·
∝
6
1
2
3
4
5
6
Biomérnöki m ű veletek és folyamatok Biomérnöki BSc
2 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék
Enzimek 4.
Határozott sorrendű bi-bi reakciók
az EAB EPQ lépés a sebesség meghatározó
Rapid ekvilibriummal felírva a reakcióse- besség:
V V
A B K K 1 A
K
A B
max K K
A B
A A B
=
⋅
+ + ⋅
7
Ping-pong mechanizmus
A lépések sorrendje meghatározott, de az első lépés, EA ⇋EP után P leválik, és csak ezután léphet be a másik szubsztrát, majd átalakul Q termékké.
A hexokináz esetében ATP hatásá- ra az enzim foszforilálódik, az ADP leválik, ekkor kapcsolódik a glükóz, átveszi a foszfát csoportot és kilép.
8
Ping-pong mechanizmus
A Haldane (kvázi steady state) levezetéssel megkapjuk
Illetve rögzített B értéknél:
Az egyenlet szimmetrikus, A és B felcserélhetők.
V V
A B K A K B A B
max mB mA
= ⋅
+ + ⋅
V V
A K A 1 K
B
max mA mB
=
+ +
9
Ping-pong mechanizmus
Lineweaver-Burk ábrázolásban rögzített B koncentrációk mel- lett egyeneseket kapunk. B növelésével egyre közelebb kerül az enzim maximális kapacitásához.
KmA/Vmax
B B= ∞
1/Vmax 1/V
1/A
1 1
V
K B
app V
mB
max max
= +
− 1 = −1+ K
K B
mAapp K
mB
mA
De: a hexokináz még- sem jó példa! Nem ka- punk ilyen ábrát = nem ping-pong mechaniz- musú a foszforiláció.
→tovább kell vizsgálni.
10
Ping-pong mechanizmus
Formális hasonlóság!
többszubsztrátos unkompetitív
Vmax/2 Vmaxi/2
Vmax
Vmaxi
I
V V
1 I
K
maxi max
i
= +
K K
1 I K
mi m
i
= +
Km
V
S
I
nem inhibeált
1/S 1/V I
I=0 Km/Vmax
1/Vmax
1 1
V I K i V
i
max max
= +
− + 1 I
K K
i m
1/Km KmA/Vmax
B B= ∞
1/Vmax 1/V
1/A
1 1
V K
B app V
mB
max max
= +
− 1 = −1+ K
K B mAapp K
mB mA
11
TÖBBSZUBSZTRÁTOS REAKCIÓK – alternatív szubsztrátok
Sok enzim képes egynél többféle szubsztrát átalakítására is.
Ilyen esetekben a különféle alternatív szubsztrátokversenge- nek egymással az enzim aktív helyé(i)ért. Ilyenek pl. a Hidrolitikus depolimerázenzimek: sok azonos kötésre hatnak, pl.
lizozim: komplex muko-poliszacharidokat, a sejtfal mureinjét bontja (a Gram+ baktériumokat elpusztítja).
celluláz komplex, pektinázok, amilázok
12
7
8
9
10
11
12
Biomérnöki m ű veletek és folyamatok Biomérnöki BSc
3 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék
Enzimek 4.
TÖBBSZUBSZTRÁTOS REAKCIÓK – alternatív szubsztrátok
Az ilyen polimerekben a monomereket összekapcsoló kon- denzációs kötések úgy viselkednek, mint egy-egy különálló szubsztrát.
Az ilyen polimerek abban az értelemben sem tekinthetőek közönséges egyszerűszubsztrátoknak, hogy általában már eleve különbözőlánchosszúságú polimerek keverékei.
A hidrolitikus enzimek némelyike szelektivitást mutat asze- rint, hogy a polimer mely részét bontja:
exo-hidrolázok - láncvégi vagy közel láncvégi kötéseket endo-hidrolázok - láncon belüli kötéseket statisztikusan
13
TÖBBSZUBSZTRÁTOS REAKCIÓK – alternatív szubsztrátok
→ a kompetitív inhibíciónál szerepeltek.
Ha kétféle szubsztrátból kétféle termék lesz (pl. alkohol-de- hidrogenáz):
Kompetitív inhibitorként gátolják egymást:
E + S1 ES1 E + P1
E + S2 ES2 E + P2
K1
K2
k1
k2
1
1 1max
2
S1 1
S2
V V S
K 1 S S
K
=
+ +
14
TÖBBSZUBSZTRÁTOS REAKCIÓK – alternatív szubsztrátok
A másik szubsztrátra:
2
2 2max
1
S2 2
S1
V V S
K 1 S S K
=
+ +
15
TÖBBSZUBSZTRÁTOS REAKCIÓK – alternatív szubsztrátok
Ha minden szubsztrátból ugyanaz a termék lesz: pl.
keményítőből, dextrinekből → β-amilázzal→ maltóz
→ össze kell adni reakciósebességeket.
1 1 2 2 n n
0
1 2 n
T 1 2 n
1 2 n
1 2 n
k S k S k S
E ...
K K K
V V V ... V
S S S
1 ...
K K K
+ + +
= + + + =
+ + + +
16
