ENZIM MODULÁCIÓ ENZIM MODULÁCIÓ

(1)

ENZIM MODULÁCIÓ

ENZIM MODULÁCIÓ ₂₀₀₁

(2)

INHIBÍCIÓ

INHIBÍCIÓ ^{BIM SB}₂₀₀₁

V_max

E_O KONTROLL +REVERZIBILIS INHIBITOR

+IRREVERZIBILIS INHIBITOR

REVERZIBILIS IRREVERZIBILIS

E + S ES E + P +

I E I DINAMIKUS EI ^KOMPLEX

(3)

1. KOMPETITÍV

1. KOMPETITÍV INHIBÍCIÓ 1.INHIBÍCIÓ 1. ₂₀₀₁

VERSENGÉS S ÉS I KÖZÖTT AZ E AKTÍV HELYÉÉRT, VAGY...

KÖLCSÖNÖS KIZÁRÁS

I szubsztrát analóg alternatív szubsztrát termék

MODELLEK

S I

1. MODELL: Klasszikus kompetitív inhibíció

Az I verseng S-sel ugyanazon aktív hely elfoglalásáért

(4)

1. KOMPETITÍV INHIBÍCIÓ 2.

1. KOMPETITÍV INHIBÍCIÓ 2. ^{BIM SB}₂₀₀₁

MODELLEK I S

2. MODELL: sztérikus gátlásA : I kötődése egy másik kötő helyhez térbelileg gátolja S-nek az aktív helyhez kötését.

(5)

1. KOMPETITÍV INHIBÍCIÓ 3. 2001

MODELLEK

3. MODELL: sztérikus gátlás B : I és az S verseng egy közös kötő helyért.

I S

(6)

BIM SB 2001 BIM SB

MODELLEK

4. MODELL: átlapoló helyek esete :1 és 3 kötő hely képes az i, a 2 és 4 kötő hely pedig az S

megkötésére, de egymást kölcsönösen kizárják

I S

1 2 3 4

(7)

5. MODELL: I kötõdése az enzimhezkonformáció változást okoz az enyimenés ez megakadályozza S-nek az aktív

centrumhoz kötõdését. Ilyen a végtermék gátlás (feed back inhibíció) is.

MODELLEK

I

I S

I

S S

(8)

1. KOMPETITÍV INHIBÍCIÓ 5. ^{BIM SB}

2001

(9)

2001

(10)

1. KOMPETITÍV INHIBÍCIÓ 8. ^{BIM SB}₂₀₀₁

HC C NH2H H

H

C HO O

L-alanin

O C

H H

NH2 HC C

O NH

cikloszerin

COOH

CH2 CH2 COOH

COOH

CH

COOH borostyánkõsav fumársav

S P I

COOH

CH2

COOH

malonsav

szukcinát-de- hidrogenáz

2H

ALTRNATÍV SZUBSZTRÁTOK : HEXOKINÁZ: glükóz, fruktóz

S- analógok

KEMOTERÁPIA

(11)

1. KOMPETITÍV INHIBÍCIÓ 8. ₂₀₀₁

p-NH

₂

-benzoesav

PABA átalakulás fólsavvá

FÓLSAV

(baktérium számára szükséges)

PABA analóg blokkolja a fólsav szintézist

szulfa-

metoxazol

KEMOTERÁPIA

(12)

K S 1 I

K V S

V

i s

max

÷÷ + ø çç ö

è æ +

=

K S 1 P

K V S

V

P s

max

÷÷ + ø çç ö

è æ +

=

2 1 S 1 2

S

1 1max

1

K S 1 S

K V S

V

÷÷ + ø çç ö

è æ +

=

kompetitiv inhibició

termék inhibició

alternativ v. versengő szubsztrátok

1 2 S 2 1

S

2 2max

2

K S 1 S

K V S

V

÷÷ + ø çç ö

è æ +

=

ANALÓGIÁK

(13)

2. NEMKOMPETITÍV INHIBÍCIÓ

2. NEMKOMPETITÍV INHIBÍCIÓ ^{BIM SB}

2001

K_s

k_p

E + S ES E + P

+ +

I I

K_i K_s

EI + S ESI

K_i

K E.S

ES

EI.S

ESI és K E.I EI

ES.I

s = = i = = ESI

V V

ES

E ES EI ESI

max

= + + +

V = kp(ES) K_S

K_S K_I

K_I

(14)

2. NEMKOMPETITÍV INHIBÍCIÓ 2.

2. NEMKOMPETITÍV INHIBÍCIÓ 2. ^{BIM SB}₂₀₀₁

V V

ES

E ES EI ESI

max

= + + +

V V

S K

1 S

K

I K

S.I K K vagy

V V

S

K 1 I

K S 1 I

K illetve

V = V 1

1 I

K

S

K S

max

s

s i s i

max

s

i i

max

i

s

=

+ + +

=

æ +

èç ö

ø÷ + æ +

èç ö

ø÷

æ +

èç ö

ø÷ +

V V S

K S ahol V V 1 1 I

K

maxi s

maxi max

i

= + =

+

Az inhibitor a látszólagos V_max értéket változtatja meg, K_s (illetve K_m) értékét nem befolyásolja. A

(15)

2001

V 1/V

0 1/S

} ¹

Vmax 1

Vmaxi

1 I Ki Vmax

=

+ K

V 1 I K

m

max i

æ + èç ö

ø÷

K V

m max

I

V_max V_maxi

I

K_m S

(16)

Példák: H⁺ ionok hatása a kimotripszin esetében. Itt az aktív centrumban egy proton akceptor hely van, amely

inhibeálható növekvő H⁺-ion koncentrációval.

(A L-B ábrázolás tiszta nemkompetitív inhibíciót mutat, azonban ne feledkezzünk meg a pH-nak komplex

enzimbefolyásoló hatásáról ).

nehézfém molekulák (-SH reagensek), vagy cianidok.

Ezeknél azonban a hatás gyakran irreverzibilis

Mekkora I duplázza meg a L-B egyenes meredekségét?

Mekkora I okoz 50%-os inhibíciót? I = K_I

Kreatinkináz (2.7.3.2) S= kreatin/ATP inhibitor: ADP K_i =2.10^-3 Fruktóz-bifoszfatáz (3.1.3.11) S=Dfr-1,6biP AMP K_i =1,1.10^-4

(17)

ALMASZELET levegőn barnulás:o-diphenol oxidase katechin → o-kinon (hasonló enzim: tyrosinase tyrosine → melanin.)

ez tovább oxidálódik barna termékekké kompetitiv inhibitor: para-hydroxybenzoesav (PHBA)

ugynoda kötődik,mint a katechin nonkompetitive inhibitor: phenylthiourea rézhez kötődik,

ami elengedhetetlen az enzimműködéshez

(18)

3. UNKOMPETITÍV INHIBÍCIÓ 1

3. UNKOMPETITÍV INHIBÍCIÓ 1 ^{BIM SB} 2001

Ks kp

E + S ES

K_s k_p

E + P +

I

ESI

I csak az ES-hez kötődik

I kötő hely

„nem kész”

I kötő hely

„ kész”

S kötő hely eltorzult

(19)

LINEÁRIS KEVERT TIP. INHIBICIÓ LINEÁRIS KEVERT TIP. INHIBICIÓ

2001

( ) ( )

K 1

K K

1

K K

eq

s i i s

= =

a a

I JELENLÉTE MÓDOSITJA S-NEK ES-RŐL TÖRTÉNŐ DISSZOCIÁCIÓJÁT

l. nemkomp!!!

DE

E + S ES E + P + +

I I

EI + S ESI K_S

aK_S

K_I aK_I

k_P

ahol K_S=E.S/ES, aK_S=EI.S/ESI

K_I=E.I/EI

aK_I=ES.I/ESI

E ES ESI E EI ESI

(20)

SZUBSZTRÁT INHIBICIÓ SZUBSZTRÁT INHIBICIÓ

n

n ---- A szubsztrátnak ahhoz, hogy termékképzőA szubsztrátnak ahhoz, hogy termékképző átmeneti komplex jöjjön létre, két vagy több átmeneti komplex jöjjön létre, két vagy több helyen kell, hogy az enzimhez köt

helyen kell, hogy az enzimhez kötőődjék. Ha djék. Ha sok S molekula van jelen, el

sok S molekula van jelen, előőfordulhat, hogy fordulhat, hogy egy S molekula az egyik, egy másik S

egy S molekula az egyik, egy másik S molekula pedig egy másik köt

molekula pedig egy másik kötőőhelyhez helyhez

kapcsolódik s így inaktív komplexek jönnek kapcsolódik s így inaktív komplexek jönnek létre (lássuk be, hogy ez is reverzibilis

létre (lássuk be, hogy ez is reverzibilis inhibíció).

inhibíció).

BIM SB 2001

E

-OOC

CH₂ CH₂

-OOC

E

-OOC

CH CH

-OOC

Succinate Malonate

E

-OOCCH2CH2COO^-

Normal S inhibition

(21)

■ 2001

■---- Nagy S koncentrációnál egy S molekula olyan kötõhelyhez Nagy S koncentrációnál egy S molekula olyan kötõhelyhez is kapcsolódhat az enzimen, amely nem az aktív centrum része, is kapcsolódhat az enzimen, amely nem az aktív centrum része, az ilyen köt

az ilyen kötőődés mintegy dés mintegy NEMKOMPETITIVNEMKOMPETITIV (v. (v.

unkompetitiv)

unkompetitiv)módon megakadályozza a normális S kötmódon megakadályozza a normális S kötődést.ődést.

■--■--Az enzim mAz enzim működéshez szükség lehet egy aktivátor űködéshez szükség lehet egy aktivátor

molekulára. Ha ez kapcsolódni képes a szubsztráttal, sok S molekulára. Ha ez kapcsolódni képes a szubsztráttal, sok S molekula "elvonja" az enzimt

molekula "elvonja" az enzimtőől az aktivátort, így csökkentve l az aktivátort, így csökkentve annak tényleges aktivitását.

annak tényleges aktivitását.

■--■--Két (vagy több) szubsztrátos reKét (vagy több) szubsztrátos reaakciók esetén az egyik kciók esetén az egyik szubsztrát feleslege lekötheti a másik szubsztrát köt

szubsztrát feleslege lekötheti a másik szubsztrát kötőő helyeit, helyeit,

megakadályozva a szükséges második szubsztrát kapcsolódását, megakadályozva a szükséges második szubsztrát kapcsolódását, így megintcsak inaktív komplexek jönnek létre.

így megintcsak inaktív komplexek jönnek létre.

■--■-- NNagy S koncentráció aspecifikus módon is gátolhatja a agy S koncentráció aspecifikus módon is gátolhatja a reakciót, például az ioner

reakciót, például az ionerőősség megnövekedése miatt.sség megnövekedése miatt.

(22)

BIM SB 2001

K a

S S

1 K V 1

= V abc

1 K

S c

1 b 1 1 K 1 S

K S V

V

s s

2 max

s s

s max

+ *

÷÷ + ø çç ö

è +æ

÷ø ç ö

è

æ + + +

=

V V_max

1 1 1 1 V_max æ + +a b

èç ö

ø÷

1 V_max

1 1 1 1 V_max æ + +a b

èç ö

ø÷

K_m/V_max

(23)

2001

V

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4

0 50 100 150 200 250 300

µmax=0.9,Ks=50,Ki=10 µmax=0.9,Ks=50,Ki=50

µmax=0.9,Ks=50,Ki=100

Szubstrát koncentráció (mg/L)

(24)

EGYÉB HATÁSOK AZ ENZIMAKTIVITÁSRA

EGYÉB HATÁSOK AZ ENZIMAKTIVITÁSRA ^{BIM SB}

2001

Ionerősség pH

Hőmérséklet Nyírás

Nyomás (hidrosztatikai) Felületi feszültség

Kémiai szerek (alkohol, urea, H₂O₂...) Fény, hang, ionizáló sugárzások

REVERZIBILIS

VÁLTOZÁSOK IRREVERZIBILIS

(25)

pH hatása 1

pH hatása 1 ₂₀₀₁

FEHÉRJÉK: + ÉS - TÖLTÉSŰ OLDALLÁNCOK

← pH

(jelentőségük az aktív centrumban...) ÁTTÖLTÉS

K₁= H⁺E^-/E

K₂= H⁺E^2-/E^- E₀=E+E^-+E^2-

E E^- E^2-

MODELL

-H⁺

+H⁺

-H⁺

+H⁺

E E^- + H⁺ E^- E^2- + H⁺

AKTÍV ENZIMHÁNYAD: Y^- = E^- / E₀

MICHAELIS – féle pH függvények: Y 1

1 H / K₁ K / H₂

-

+ +

= + +

Y= Y^2-=

(26)

BIM SB 2001

Y_i

pH 1

Y

Y^-

Y^2- Y 1

1 H / K₁ K / H₂

-

+ +

= + +

Y= Y^2-= pH hatása 2

pH hatása 2

( )

_optimum

(

₁ ₂

)

2 1 optimum

pK 2 pK

pH 1

K K H

+

=

+ =

!

(27)

pH hatása 2

pH hatása 2 ₂₀₀₁

(28)

Hőmérséklet hatása

Hőmérséklet hatása ^{BIM SB}

2001

÷ø ç ö

è

÷ æ D ø ç ö

è

æ D-

÷ = ø ç ö

è

æ D-

=

= R

exp S RT

exp H RT

exp G E K

E _d _d _d

d a

i

( ) ( )

E E

1 K é s V k T E ahol

k T k T

h e e

a

0 d

max 2 a

B S / R^* E/ RT

= + =

= æ èç

ö

ø÷ × ^-

2 b ^D

Kettős hatás

Reakciósebesség nő

Csökken: denaturálódás

irreverzibilis reverzibilis

E_a E_i K_d

Hd

D

Sd

D

280-310 kJ/mol 900 kJ/mol K

(H-híd 12,5-29,3 kJ/mol)

Nagy: kis hőfokváltozásra érzékenyen reagál

Mivel E₀ = E_a + E_i

V Te

1 e e

max

E/ RT

S / R^* H / RT_d

= + ×

- -

a

D D

a = kombináció (β,k_B,h,E₀,DS*) K_m is függ T-től!

(29)

1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6

2,9 3,1 3,3 3,5 3,7 V

Oxigén képzõdési sebesség cm³/min

1/T*10³

Hőmérséklet hatása

Hőmérséklet hatása ^{BIM SB}

2001

a

kE

dt

dE = -

Időtől is függ!

^E

_a

( ) ^t ⁼ ^E

_a₀

^e

^-^kt

β R

E tgb » DH^d -

a

R tg - E

» a

(30)

OPTIMÁLIS pH kapcsolata a STABILITÁSSAL OPTIMÁLIS pH kapcsolata a STABILITÁSSAL

BIM SB 2001

(31)

OPTIMÁLIS hőmérséklet kapcsolata a STABILITÁSSAL 2001 OPTIMÁLIS hőmérséklet kapcsolata a STABILITÁSSAL

ENZIM MODULÁCIÓ ENZIM MODULÁCIÓ

MODELLEK

MODELLEK I S

MODELLEK

I S

MODELLEK

I S

1 2 3 4

MODELLEK

p-NH

-benzoesav

K S 1 S

K V S

V

÷÷ + ø çç ö

è æ +

=

K S 1 S

K V S

V

÷÷ + ø çç ö

è æ +

=

V V

ES

E ES EI ESI

= + + +

V V

ES

E ES EI ESI

= + + +

( ) ( )

← pH

( )

(

)

( ) ( )

V Te

1 e e

= + ×

a

kE

dt

dE = -

E

( ) t = E

e

^E

( ) ^t ⁼ ^E

^e