Energi, Enzymer & enzymkinetik.metabolisme

Transkript

1 (gruppeopgaver i databar 152 (og 052)) Energi, Enzymer & enzymkinetik.metabolisme Tirsdag den 17. september kl (ca) Auditorium 53, bygning 210 Susanne Jacobsen sja@bio.dtu.dk Enzyme and Protein Chemistry, building 224 Department of Systems Biology DTU

2 Energi, Enzymer og Metabolisme

3 Definitioner Energi: evnen til at udføre arbejde Enzymer: Protein molekyler der fungerer som katalysatorer Metabolisme (stofskifte): al kemisk omsætning i en organisme

4 Energi- evnen til at udføre arbejde Energi omdannes mellem forskellige former lys varme elektrisk lys varme kemisk potentiel kinetisk potentiel

5 Energi- evnen til at udføre arbejde kemisk energi = potentiel energi Potential energi oplagres eller frigives I biokemi: energi frigives i fx nerveimpulser, muskelarbejde, varme

6 Metabolisme (stofskifte) Kemisk omsætning = katabolisme + anabolisme Molekyler fra fødevarer Cellens molekyler Anabolisme: opbygning Kataboliske reaktionsveje Brugbare energiformer Mistet energi (varme) Anaboliske reaktionsveje Katabolisme: nedbrydning Byggesten til biosyntese

7 Anabolisme Syntese af biomolekyler Fedtstoffer Aminosyrer/proteiner Nucleinsyrer Kulhydrater RNA protein amylose lipid

8 Katabolisme Molekyler nedbrydes til mindre molekyler Frigør ofte kemisk energi Adenosintrifosfat

9 Termodynamik Energi omdannes mellem forskellige former Energien er bevaret Termodynamikkens 1. lov Ikke al energi er lige omsættelig Termodynamikkens 2. lov Entropien stiger: ΔS >0 Brugbar energi Ubrugelig energi

10 Fri Energi Al energi Ubrugelig energi H = G+ TS Gibbs Fri energi Under en kemisk omsætning: G = H -T S Spontane kemiske reaktioner frigiver energi (er exergone) Dvs G er negativ

11 Kemisk ligevægt Exergonisk reaktion G < 0 Kemiske reaktioner er reversible Endergonisk reaktion G > 0 A B Ved kemiske ligevægt G = 0

12 Kemisk ligevægt bestemmes afδg G afhænger af den karakteristiske ΔG 0 for reaktionen samt reagens og produkt koncentrationer phosphoglucomutase Reaktionen kan løbe begge veje Reaktionen fortsætter indtil kemisk ligevægt, G = 0

13 Adenosin trifosfat er cellens energivaluta ATP + H 2 O ADP + Pi G = -30 kj mol -1

14 Endergoniske og eksergoniske reaktioner kan kobles

15 ATP recirkulering

16 Energibarrieren skal overkommes før reaktionen kan foregå E a ΔG Aktiveringsenergi E a er uafhængig af ΔG

17 Enzymer katalyserer reaktioner ved at sænke aktiveringsenergien

18 Aktiveringsenergien sænkes ved at bringe reaktanter tæt ved hindanden Active site Specificitet S + E ES E + P Enzymet er uændret efter katalysen

19 Katalytiske mekanismer Substrat fikseres og orienteres optimalt Strækning af bindinger, evt konformations-ændringer Midlertidige modifikationer af substratet: syre-base kovalent redox

20 Induced fit Ændring i enzymets konformation efter substratbinding I hexokinase ved en konformationsændring udelukkes vand fra det aktiv site, så vand ikke bliver fosfat acceptor Glucose + ATP Glucose + ATP + H 2 O Glucose-6-fosfat + ADP Glucose + ADP + P i

21 Mange enzymer kræver cofaktorer, coenzymer eller prostetiske grupper for aktivitet

22 Reaktionshastighed er afhængig af substratkoncentrationen Enzym er mættet med substrat Turnover number måler effektiviteten af et enzym: Lysozym: 0.5 substratmolekyler omdannet per sekund Catalase: substratmolekyler omdannet per sekund

23 Reaction rate v Enzymaktivitet kan beskrives af Michaelis-Menten modellen V max ½ V max K m Concentration of substrate [S]

24 Regulering af enzym aktivitet Homeostasis: Opretholdelse af konstante forhold Inhibitorer Allosterisk regulering Omgivelserne

25 Irreversibel inhibering Enzymet inhiberes irreversibelt og bliver katalytisk inaktivt Inhibering er ofte en kovalent modifikation af aminosyrerester DIPF reagerer med OH-gruppen af serin i trypsin s aktiv site

26 Reversibel inhibering kan være kompetitiv eller non-kompetitiv Hæmmeren konkurrerer med substratet for bindingssite

27 Reversibel inhibering kan være kompetitiv eller non-kompetitiv Hæmmeren binder til et andet sted på enzymet og forhindrer katalyse

28 Allosteri Enzymet kan skifte mellem en aktiv og en inaktiv form Den inaktive form kan stabiliseres af inhibitor Den aktive form kan stabiliseres af aktivator Allosteriske inhibitorer og aktivatorer binder et andet sted end til aktiv site

29 Allosteri Allosteriske enzymer viser S-formede reaktionskurver (dvs de følger IKKE Michaelis-Menten modellen) Konsekvens: Reaktionshastighed er ekstremt følsom over for substratkoncentrationer. Allosteriske enzymer er ofte vigtige regulatorer af metaboliske reaktionsveje

30 Feedback inhibering Det typiske reguleringspunkt er commitment step - Det afgørende trin af en bestemt reaktionsvej Commitment step Slut produktet hæmmer commitment step i reaktionsvejen

31 Effekt af ph ph optimum

32 Effekt af temperatur

33 Tak for jeres opmærksomhed Susanne Jacobsen Enzyme and Protein Chemistry, building 224 Department of Systems Biology DTU