Enzymkinetikk I

Ikke alle enzymer er proteiner; noen er RNA.
Hvorfor RNA?
Fordi RNA er en enkel kjede som kan folde og danne bindinger (basepar) med “seg selv” (egne baser).

Enzymer er involvert i alt. De funker ved at substrater fester seg til spesielle områder på enzymet (v/ svake krefter, hydrogenbindinger) og danner et enzym-substrat-kompleks. Denne prosessen 1) senker aktiviseringsenergien for reaksjonen mellom substrater og 2) øker sannsynlighet for at substrater møter hverandre. Enzymer er svært selektive.

  • Lås-og-nøkkelmodell (lock and key model)
    Gammel modell
    Bilderesultat for Lock and key model
  • Indusert-tilpasningsmodell (induced fit model)
    Ny modell
    Bilderesultat for Induced fit model

Enzymer trenger koenzymer og kofaktorer (vanskelig å skille, selv foreleser er usikker) for funksjonen. De kan enten være bundet løst: koenzym, kofaktor, eller sterkt: prostetisk gruppe.

  • Et inaktivt enzym uten kofaktor kalles et apoenzym
  • Et aktivt enzym med kofaktor kalles et holoenzym

Koenzymer er kofaktorer som endres i løpet av en reaksjon (e.g. NADPH, NADH, ATP). De er som substrater.

Enzymer er tilpasset omgivelsene sine (optimumstemperatur: fysiologisk 37, pH usw.). Hvordan overlever noen bakterier i 100 grader celsius? Mutasjoner i enzymene (e.g. aminosyrer) som motvirker de ekstreme forholdene,

Masseproduksjon av enzymer er en revolusjon. I vaskepulver er det mye av enzymet protease (fordi det er protein i mat). Hva kan du ikke vaske ull (eller e.g. silke) fordi ull består av proteiner.

Hva er den viktigste evolusjonære fordelen ved å ha magesyre?
Å drepe organiske organismer, uskaddeliggjøre fremmede agenser. I magesyren finner vi enzymer med lavere optimumspH (e.g. pepsin).

Glukokinase er et enzym som katalyserer reaksjonen fra glukose til glukose-6-fosfat. Vi finner det hovedsakelig i leveren, hypothalamus, og betacellene i bukspyttkjertelen. Heksokinase er et høyaffinitetsenzym (lav Km, Michaeliskonstant). Glukokinase er et lavaffinitetsenzym.

Jo høyere affinitet et enzym har til substratet, jo sterkere binding og kjappere reaksjon (bedre katalysator).


Foreleser: Sandip Kanse

Ressurser
Presentasjon

Aminosyrer og proteinstruktur

Proteinstruktur
I mennesker og i naturen er alle aminosyrer i L-form (stereoisomer). Vi skiller aminosyrer alltid ved R-gruppen (sidegruppen). Aminosyrer og proteiner kan virke som buffere rundt deres respektive pKa-verdier. Histadin har en pKa-verdi ~6 (nær nøytral pH). 

Hvor bindes aminosyrene sammen?
I ribosomene. Reaksjonen minker kaoset i systemet (entropien) betydelig. Aminosyrene går fra å flyte fritt i cytosol til å bli satt sammen i en spesifikk sekvens. Vi trenger energi og enzymer for at reaksjonen skal gå.

Enzymer katalyserer andre enzymer er ikke proteiner. Vi har tre enzymer i kroppen som er RNA-enzymer (trolig rester fra tidligere evolusjonær historie).

Peptidbindingen er en resonnerende “1.5”, delvis dobbeltbinding. Dette begrenser bevegeligheten til bindingen (derfor rett). Reaksjonen er en kondensasjonsreaksjon som spalter av et H2O-molekyl.

Naturens prinsipp: maksimering av stabilitet.

Proteiner kan denatureres av bl.a. temperatur, pH, og saltkonsentrasjon. Proteinets egenskaper er avhengig av foldningen. Små dipolkrefter samles i en slags “borrelåseffekt”: Van der Waal, hydrogenbindinger, polare samhandlinger, (disulfidbindinger, kovalente) usw.

  • Primærstruktur
    Aminosyrenes rekkefølge
  • Sekundærstruktur
    Alfaheliks, betaflak
    Hydrogenbindinger inni, hydrogenbindinger mellom
  • Tertiærstrukturen
    Komplekser av sekundærstrukturen
  • Kvartærstrukturen
    Flere polypeptider samler seg og danner multimerte proteiner

Sigdcelleanemi skyldes mutasjon i en aminosyre i hemoglobin (små forskjeller, store virkninger).


Foreleser: Sandip Kanse

Ressurser
Presentasjon

Enzymer

Katabolismen gir energi.

  • 1 etanol
    ~14 ATP
  • 1 glukose
    ~30 ATP

    GLU(C6H12O6) + 6O2 6CO2 + 6H2O
    dG = -2880 kJ/mol
    ADP + P(a) → ATP
    dG = 30 kJ / mol
    Teoretisk ville vi kunne fått ~100 ATP-molekyler fra ett glukose, dvs. at kroppen er ~30% effektiv. 

Ingen gjetning, vi vet så og si nøyaktig.

dG = dH – T*dS
dG change in available energy (free)
dH change in enthalpy of heat
T absolute temperature
dS change in entropy

G0: G under standard betingelser
G0′: G under standard fysiologiske / biokjemiske betingelser (e.g. pH 7)

dG0 = -RT*ln(Keq)
Keq likevektskonstant

Keq = [B]eq / [A]eq
[X]eq: likevektskonsentrasjon av X

Når konsentrasjonene ikke er ved likevekt:
dG = dG
0 + RTln([B]/[A])

ADP + P → ATP (atpsyntase)
Ved likevekt: 10 000 ADP og 1 ATP fordi ADP er mer stabilt (termodynamisk gunstig) enn ATP. Vi kan påvirke likevekten ved å hele tiden fjerne ATP fra systemet. 

Enzymer funker ikke ved å endre på en reaksjons iboende termodynamiske egenskaper (f.eks. G), men ved å bl.a. senke aktiveringsenergi eller øke sannsynlighet for fordelsaktige kollisjoner. Termodynamikk i seg selv kan ikke forutse reaksjonens hastighet, men den kan måles (eksperimentelt).

V: d[B] / dt = -d[A] / dt
V = k1 * [A]n – k-1*[B]n
k reaksjonskonstant

Hastigheten avhenger av mellomstadiumsbarrieren. Mellomstadiet har høyere energi enn både produkter og reaktanter (toppen av aktivasjonsenergikurven).

Fosforylering av glukose (glukose til glukose-6-fosfat) er den første reaksjonen i glykolysen og ikke-spontan. Energien for å overkomme aktiveringsenergien kommer fra ATP (koblede reaksjoner).

Ved koblede reaksjoner kan dG-verdiene adderes.

|G + P: ikke-spontan
|ATP: spontan
||G + ATP: spontan (men fortsatt behov for litt aktiveringsenergi og kan videre katalyseres av enzymer)

Hvorfor har vi enzymer som metaboliserer etanol?
Vi produserer tusenvis av molekyler i kroppen vår. Enzymene er en del av andre metabolske stier. Fermentering av mat i tarmen.


Foreleser: Sandip Kanse

Ressurser
Presentasjon

 

Karbohydrater og lipider

Skiller mellom karbohydrater

  1. Antall C
  2. Type karbonylgruppe
  3. Isomerer, epimerer: forskjell rundt ett c-atom, enantiomerer: speilbilde
  4. Et, to, flere monomerer

Syklisering
Når monosakkarider danner syklus, reagerer hydroksylgruppen i den ene enden med aldehydgruppen i andre. Disse sykliske molekylene kommer i alfa- eller betaform (anomerer) avhengig av posisjonen til hydroksylgruppen (over eller under). Noe tilsvarende skjer for ketoser.

Reduserende sukker
Dette kommer av karbonylgrupper.

Modifiserte karbohydrater (gjerne heksoser)
Eksempler:

Hvordan lenkes karbohydrater sammen?
Reaksjonene (glykosidbinding) som skjer katalyseres av enzymer (glykosyltransferaser). 

  • To monosakkarider
    Disakkarid
  • 3-10 monosakkarider
    Oligosakkarid
  • >10 monosakkarider
    Polysakkarid

Homopolymerer: samme monosakkarider
Heteropolymerer: ikke samme monosakkarider (viktig for ekstracellulær matriks)

Karbohydrater kan kobles med ikke-karbohydrater og reagere med andre typer molekyler som puriner og pyrimidiner i DNA.

  • Aromatiske ringer
    Steroider, bilirubin
  • Proteiner
    Glykoproteiner, GAG
  • Lipider
    Glykolipider

Fettmolekyler er hydrokarboner med (ofte) lange hydrofobe kjeder og hydrofile hoder med karboksylgrupper (lengde mellom 2-40, i celler ~14-24). 

Umettede fettsyrer
Disse kan være CIS og TRANS på grunn av de(n) rigide dobbeltbindingene. En trans-umettet fettsyre har nesten samme struktur som en mettet en i at den er linjær. CIS-umettede fettsyrer er ikke linjære og tar derfor mer plass. Denne egenskapen er viktig for f.eks. cellemembraner (e.g. fosfolipider) (mer rom til bevegelse: hvordan få linjære molekyler til å danne en sirkulær membran?). 

I cellemembranen finner vi to typer fosfolipider:

Den generelle strukturen til fosfolipider er:

  • Hydrofilt hode
    Fosfat, alkohol, støtte
  • Hydrofobisk del
    Hydrokarbonkjede

Altså, amfipatiske. Typen fosfolipid avhenger av støttegruppen (glyserol eller sfingosin).


ForeleserThomas Michel Kuntziger

Ressurser
Presentasjon
Opptak

Cellebiologi – introduksjon

En medisinsk nyvinning følger fasene: forskning → diagnostikk → terapi

Ulike typer infeksiøse agenser

  • Bakterier
  • Sopp
  • Protister
  • (Virus)
  • Prioner (proteiner)

DNA-funksjonen

DNA transkriberes til RNA som transleres til proteiner som gjennomgår post-translasjonelle-modifikasjoner.

Cytoskjelettet styrer bevegelser av ting inni cellen vha. proteiner.

DNAet har ~20 000 gener som koder for proteiner, men forholdet er ikke 1:1. På grunn av alternativ spleising kan 20 000 gener i DNA bli til 100 000 typer RNA. Post-translasjonelle modifikasjoner bidrar til enda større variasjon.

Mitokondrie-DNA (~16 000 proteiner) får vi bare fra mor og er veldig viktig for bl.a. nevrologiske sykdommer.

Natrium-kalium-atpase bruker ~1/3 av ATPen vi produserer til enhver tid.

Et eksempel på en post-translasjonell modifikasjon:
Hekte fosfat på aminosyrer: kalles fosforproteiner. Denne reaksjonen katalyseres ved proteinkinaseFosfatgruppen kan endre genekspresjon.

Aminosyrer bindes sammen til proteiner ved hjelp av peptidbindinger. En peptidbinding er en delvis dobbeltbinding uten fri rotasjon. Vi deler aminosyrer etter hvilke sidegrupper de har.

Relevant for histologieksamen
Det er viktig å kunne identifisere ulike typer vev med tilstrekkelig sikkerhet.

  • Epitelvev
  • Binde- og støttevev
  • Muskelvev
  • Nervevev

Ekstracellulær matriks binder cellene våre sammen. 

Kroppen reguleres (på makronivå) i all hovedsak av nerveceller og hormoner.

Lett for leger fordi:
Sykdom skyldes alltid (aldri si alltid tho) av arv eller miljø eller en kombinasjon. Binær kode er lett fordi den bare består av 0 og 1.


ForeleserTore Jahnsen

Ressurser
Presentasjon

Det endokrine system

Alt i kroppen er styrt av hormoner og nerveceller. Navn på hormonene er ikke viktig før modul 2.

Etymologi

  • Endo (inne)
  • Krino (utløse / frigjøre)
  • Logi (lære om)

Viktig å se på forskjell mellom eksokrin og endokrin. Pavlov var nevromaksimalist og mente bastant at alt var styrt av nerveceller. Signaler fra nerveceller kan ikke være langvarige, men det kan de fra hormoner. Secretin var det første hormonet som ble oppdaget. 

Alle reaksjoner som skjer lokalt som adrenalin, vasokonstriksjon kommer av nevroner i form av nevrotransmittere. Hormoner er stoff som frigjøres i blodet og virker på noe ikke-lokalt.

Dersom et hormon fra hypofysen skal til bukspyttkjertelen vet det ikke selv hvor målet er (en dum turist). Hormonet drar overalt, men det er bare i bukspyttkjertelen den finner de(n) riktige reseptoren(e). Endokrine celler produserer signalmolekyler som binder seg til spesifikke reseptorer i målcellene og gir en reaksjon. Ingen av hormonene fra hypofysen er fettløselige fordi ellers kunne de gått gjennom cellemembranene til alle typer celler og forårsaket diverse komplikasjoner. Det finnes fettløselige hormoner i kroppen, men disse er ofte uansett ment til å virke overalt (e.g. testosteron). 

Vi har to typer reseptorer:

  • Intracellulære
    Bindes bare til fettløselige hormoner fordi bare de kommer inn i cellen
  • Reseptorer på plasmamembranen
    Bindes til de vannløselige hormonene

Tre eksempler på endokrine kjertler:

  • Hypofysen
    Hypofysen er ikke beskyttet av hodeskallen. Den består av to deler, en anterior (forlapp) og posterior (baklapp).
    Forlapp
    Hormonkjertel som bl.a. produserer veksthormonet i kroppen. Disse binder seg til reseptorer i leveren og stimulerer en produksjon av vekstfaktor.
    Baklapp
    Hormoner fra hypothalamus transporteres til baklappen hvor de skilles ut. Den produserer ikke selv hormoner og kalles også for nevrohypofysen.
  • Skjoldbruskkjertelen
  • Eggstokken

Hormoner reguleres av nesten alt, f.eks.

  • Lys
  • Sukker
  • Stress (kortisol)
  • Søvn
  • Ioner
  • Andre hormoner

Vitamin D er ikke et vitamin, men et hormon (misnomer). Vitamin er et stoff vi ikke kan syntetisere selv. I mus er f.eks. vitamin C ikke et vitamin. 


ForeleserHesso Farhan

Ressurser
Presentasjon