Enzymologie

Dëse Biologiesartikel ass eréischt just eng Skizz. Wann der méi iwwer dëst Thema wësst, sidd der häerzlech invitéiert, aus dëse puer Sätz e richtegen Artikel ze schreiwen. Wann der Hëllef braucht beim Schreiwen, da luusst bis an d'FAQ eran.

D'Enzymologie ass d'Wëssenschaft déi sech mat den Enzymer (Definitioun just ennendrënner) beschäftegt, ënnert verschiddenen Aspekter, z. B. de molekularen Mechanismen an de formalen Modeller zur Erklärung vun de observéierten kineteschen Parameteren.

Definitiounen

En Enzym (v. gr.: εν - "an", ζύμη - "Sauerdeeg") ass e biologescht Molekül (meeschtens e Protein) dat eng chemesch Reaktioun katalyséiert. Et ass e Biokatalysator deen, ewéi e chemesche Katalysator och, d'Vitesse vun der Reaktioun vergréissert, selwer net verännert gëtt an en eventuelle Gläichgewiichtszoustand net déplacéiert.

Substrat heescht déi Molekül déi vun engem Enzym verännert gëtt. De Produkt ass déi Molekül déi dobäi entsteet.

E Kofaktor ass en Atom oder eng Molekül (keng Protein) déi onerlässleg fir de Fonktionnement vun engem Enzym ass; et ass entweder e Metallion oder eng Koenzym. Eng Koenzym ass e Molekül (dacks en Derivat vun enger Vitamin) déi fest mat dem Enzym verbonnen ass (prosthetesch Grupp) oder nëmme während der Katalys present ass (Kosubstrat)

Klassifiktioun vun den Enzymer

All Enzym huet en Numm dee mat -as ophält an e EC-Code (EC fir enzym commission) aus 4 Zuelen de se beschreift. Déi éischt Zuel steet fir d'Klass. Där ginn et der 6 fir 6 verschidde Reaktiounstypen. Déi 2. Zuel preziséiert méi genee de Reaktiounstyp. Déi 3. Zuel beschreift de Kofaktor an déi 4. d'Reiefolleg vun der Entdeckung. Déi 6 Klasse sinn:

• Oxydoreduktasen

Des Enzymer katalyséieren Redoxreaktiounen $A_{\rm red}+B_{\rm ox} \;\overrightarrow{\leftarrow}\; A_{\rm ox} + B_{\rm red}$ z. B.: Cytochrome c Oxydas

• Transferasen

D'Transferasen erlaben d'Iwwerdroen vun engem Deel vun enger Molekül op eng aner $AB + C \;\overrightarrow{\leftarrow}\; AC+ B$

• Hydrolasen

D'Hydrolasen deelen eng Molekül an 2 a gebrauchen dofir eng Waassermolekül (Hydrolys)$AB+{\rm H_2 O}\;\overrightarrow{\leftarrow}\; A{\rm OH}+B{\rm H}$ z. B.: Serinproteinas

• Lyasen, (Synthasen)

$A+B\;\overrightarrow{\leftarrow}\; AB$

• Isomerasen

Des Enzymer isomeriséieren Molekülen $A\;\overrightarrow{\leftarrow}\; isoA$ z. B.: Phosphofructosisomeras

• Ligasen, (Synthetasen)

$A+B+{\rm NTP} \;\overrightarrow{\leftarrow}\; AB+{\rm NDP+P_{\rm i}}$

Formal Enzymologie

Michaelis-Menten-Equatioun

Bei enger enzymatescher Reaktioun ensteet fir d'éischt en Enzym-Substrat-Komplex ES an dësem gett de Substrat S an de Produkt P verwandelt $\rm E+ S\;\overrightarrow{\leftarrow}\; ES\rightarrow E+ P$ D'Formatioun vum Enzym-Substrat-Komplex as eng Gläichgewichtsreaktioun, mat enger Gläichgewietskonstant (Michaeliskonstant) $K_{\rm M}$ (an Richtung vun der Dissoziatioun). $K_{\rm M}=\frac{\rm [E]\cdot[S]}{\rm[ES]}$ Et gëtt weider ugeholl datt d'Verwandelung vun ES an E+P irreversibel ass (dat ass och meeschtens de Fall), fir dës Deelreaktioun gett et dann eng Vitesskonstant 1. Uerdnung $k_{\rm cat}$ an d'Vitess $v$ vun dëser Deelreaktioun hänkt vun der Enzym-Substrat-Komplex-Konzetratioun [ES] of.$v=k_{\rm cat}\cdot\rm[ES]$ Well [ES] awer nëmmen schwéier ze ermëttelen ass, stellt en dat ganzt a Funktioun vun $\rm [E]_0$. $\rm [E]_0$ ass déi initial (total) Enzym-Konzentratioun, an dësem Fall $\rm [E]_0=\rm [E]+ [ES]$. Dobäi kënnt en op folgend Equatioun $v=\frac{k_{\rm cat}\cdot\rm[E]_0\cdot[S]}{K_{\rm M}+\rm [S]}$. Déi gréisst méiglech Vitess $V_{\max}$ gëtt erreecht wann all Enzymmolekül ënnert der From ES ass (also bei ganz grousse Wäerter vun [ES]) an $V_{\max}=k_{\rm cat}\cdot\rm[E]_0$. Dohier gëtt d'Equatioun vu virdrun dann $v=\frac{V_{\max}\cdot\rm[S]}{K_{\rm M}+\rm [S]}$. Dat ass d'Michaelis-Menten-Equatioun fir Enzymer mat engem Substrat. Et ass eng Hyberbol déi duerch (0,0) geet an där hir Limit (bei $+\infty$) $V_{\max}$ ass.

Bedeitung vun $K_{\rm M},\ k_{\rm cat} \ \rm an\ \it k_{\rm cat}/K_{\rm M}$

• Wat de $K_{\rm M}$ méi kleng ass, wat d'Affinitéit fir de Substrat méi grouss ass. D'Affinitéit däerf awer ni ze grouss ginn, well soss den ES-Komplex an esouengem $\Delta G$-pëtz ass datt en ni méi erauskënnt.
• D'Vitessekonstant $k_{\rm cat}$ ass ofhängeg vun der néideger Aktivéierungsenergie vum ES-Komplex zum $\rm ES^\neq$-Komplex. Wat dësen $\Delta G^\neq$ méi kleng ass, wat $k_{\rm cat}$ méi grouss ass.
• De Rapport $k_{\rm cat}/K_{\rm M}$ stellt also d'Verbindung vun den 2 virege Gréissten duer, wat dëse Rapport méi grouss ass, wat eng Enzym méi efficace ass.

Lineariséierung vun der Michaelis-Menten-Equatioun

D'Michaelis-Menten-Equatioun kann en lineariséieren fir esou de $K_{\rm M}$ an de $V_{\max}$ ze ermëttelen (falls e keng Méiglechkeet huet fir eng net-linear Upassung ze maachen). Eng méiglech Linéariséierung ass déi vun Lineweaver a Burk, déi $\frac{1}{v}=f(\frac{1}{[\rm S]})$ duerstellt. $\frac{1}{v}=\frac{K_{\rm M}}{V_{\max}}\cdot\frac{1}{[\rm S]}+\frac{1}{V_{\max}}$ Déi gemoossen an ëmgewandelt Wäerter vu v an [S] stellen eng Droite duer där hir Ordonnée à l'origine $\frac{1}{V_{\max}}$ ass an déi duerch de Punkt $(-\frac{1}{K_{\rm M}},0)$ geet.

Inhibitoren

Verschidde Substanze kënnen de Fonktionnement vun Enzymer beaflossen, meeschtens gëtt op déi eng oder aner Manéier d'Efficacitéit ($k_{\rm cat}/K_{\rm M}$) erofgesat, d.h. entweder gëtt d'Vitess méi kleng oder d'Affinitéit geet erof oder béides. Déi Substanze sinn Inhibitoren. (Et ginn och Aktivatoren, kuckt bei Allosterie.)

Kompetitiv Inhibitioun

An dësem Fall hu Substrat an Inhibitor eng ähnlech Struktur. Doduerch passt den Inhibitor an den aktiven Zentrum vum Enzym an kann dee blockéieren an esou kann keng Substratmolekül méi an den aktiven Zentrum komme fir do katalyséiert ze ginn (dohier och den Numm 'ompetitiv Inhibitioun', well Inhibitor an Substrat an Kompetitoun sinn fir an den aktiven Zentrum ze gelaangen). Déi blockéiert Enzymmoleküle sinn net méi fräi fir Substrat opzehuelen an esou ass et ewéi wann d'Konzentratioun vum Enzym also den $[\rm E]_0$ géif méi kleng ginn; doduerch gett forcément den $V_{\max}$ méi kleng.

Onkompetitiv Inhibitioun

Onkompetitiv Inhibitoren hunn eng Struktur déi där vum Substrat net gläicht. Si fixéiere sech net am aktiven Zentrum. Hir Fixatioun huet als Folleg datt dem Enzym seng Affinitéit fir de Substrat méi kleng gëtt. Also bléift $V_{\max}$ onverännert dofir gëtt $K_{\rm M}$ méi grouss.