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

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