ENCIMATIKA - Department of Biochemistry and Molecular Biology

ENCIMATIKA
prof.dr. Brigita Lenarčič
Cesta v Mestni log 88A
2. nadstropje
tel.: 01 2419 484
e-naslov: brigita.lenarcic@fkkt.uni-lj.si
http://bio.ijs.si/~brigita/

http://www.fkkt.uni-lj.si/si/?2763

8.10. FKKT odpade ?????

ENCIMATIKA 2012/13
Predavanja:
Literatura:
Izpit:
Steven & Price: Fundamentals of Enzymology
(1999)
Cornish-Bowden: Fundamentals of Enzyme
Kinetics (2004)
5 vprašanj za obkrožit (1 točka)
3 vprašanja za krajši odgovor (3točke)
2 esejski vprašanji (5 točk)
∑ 24 točk
Roki izpitov: Datumi bodo objavljeni v sklopu ostalih predmetov.
Ocena: 60 % končne ocene (80 % pisni izpit, 20 % seminar)

Seminarji: število študentov 42 (5+5+5+6)
Prisotnost je obvezna, izostanek je mogoč ob ustreznem opravičilu.
Zbirni članki (vsaj 8 strani dolgi). Del podrobno po članku, ki je
naveden v literaturi zbirnega članka.
Predstavitev: mini konferenca
- Za 20 min predstavitev (15 min + 5 min diskusije) pripravite
15-20 prikazov v Power Point sistemu.
- dan pred vašo predstavitvijo pošljete predstavitev
priimek_ime.ppt na naslov:
- brigita.lenarcic@fkkt.uni-lj.si ali
- brigita.lenarcic@gmail.com
Diskusija:
- trije študenti vodijo seminarje
- v diskusiji pričakujem/ocenjujem sodelovanje vseh prisotnih
- razne pisne dejavnosti, kot npr. pisanje dnevnikov iz drugih vaj in
podobno, v času seminarjev niso dovoljene

Vaje:
Prisotnost je obvezna, izostanek je mogoč ob ustreznem opravičilu.
Vaje so sestavljene iz dveh delov:
- kinetika reakcije z dvema substartoma
- določanje konstante inhibicije
Na vaje prinesite:
-delovni zvezek
-kalkulator
-vodoodporni flomaster (tanek)
Poročil o delu na vajah ne oddajate, pač pa vodite delovni zvezek na
način, da se opravljeni eksperimenti lahko ponovijo in da so dobljeni
rezultati pregledni.
Asistent mora vsak trenutek iz dnevnika razbrat vaše delo.
Ocena: 40% končne ocene: kolokvij (50%) + poster (25%) + zagovor (25%)
Poster: Oddani poster je predpogoj za opravljanje kolokvija.
Kolokvij: Datumi bodo objavljeni v sklopu ostalih predmetov.
Ustni zagovor: Po opravljenem kolokviju je zagovor.

končna ocena 100 %
izpit 60 %
vaje 40 %
20 % seminar
80 % pisni izpit
50 % kolokvij
25 % poster
25 % zagovor

Encimi so molekule, ki katalizirajo biokemijsko
reakcijo.
• 3D struktura
• katalitične sposobnosti
• specifičnost
• prisotni v vseh fazah ivljenja
65 % vseh proteinov predstavljajo encimi

Literatura
• Fundamentals of Enzymology: The Cell and Molecular Biology of
Catalytic Proteins
Nicholas C. Price and Lewis Stevens
Oxford University Press, 3 rd edition, 1999
Dodatna literatura
Structure and Mechanism in Protein Science
A Guide to Enzyme Catalysis and Protein Folding
A. Fersht
W.H. Freeman and Company,1998
Fundamentals of Enzyme Kinetics
Athel Cornish-Bowden
Portland Press, 2004
Understanding the Control of Metabolism
David Fell
Portland Press, 1997

Vsebina knjige: Fundamentals of Enzymology
• Uvod
• Čiščenje encimov
• Struktura encimov
• Uvod v encimsko kinetiko
• Mehanizmi delovanja encimov
• Kontrola encimske aktivnosti
• Encimi v organiziranih sistemih
• Encimi v celici
• Pretvorba encimov

Zgodovinski pregled
• 1878 Kuhne encim
• 1897 Buchner filtrat kvasovke*
• 1894 Fischer ključ ključavnica
• 1920 Svedberg ultracentrifuga
• 1926 Sumner kristal encima
• 1946 vsi proteini niso encimi
• 1950 encimi fleksibilne molekule
• 1960 ak sekvenca (ribonukleaza)
• 1965 3D struktura (lizocim)
• 1950-1960 Koschland, teorija induciranega prileganja
• 1963-1965 Monod, alosterični model
• 1969 kemijska sinteza proteina
• 1970 rekombinantna DNA tehnologija
• 2000 človeški genom (proteomika, degradomika
metabolomika, strukturna genomika,
interaktomika...)

Abcimi
S → S # → P
Protitelesa, ki so se razvila
napram analogom
prehodnega stanja, lahko
tudi katalizirajo reakcijo.
Protitelo z aktivnostjo serinske proteaze.

Ribocimi
RNA deluje kot katalizator pri reakciji hidrolize RNA.
- samoizrezovanje
- tRNA procesiranje
- izrezovanje virusnega genoma
- hidroliza fosfodiestrske vezi, reakcije transesterifikacije,
izomerizacija
baza
kislina
___ vez, ki se cepi
- - - vez. ki nastane
RNA –fragmenti
(ribonukleaza P)
RNA/proteini
izrezovalni-povezovalni kompleks (spliceosome)
RNA v obliki
kladiva

Lastnosti encimov kot katalizatorjev
1. katalitična sposobnost
2. specifičnost
3. regulacija aktivnosti

1. Katalitična sposobnost
• povečajo hitrost do 10 21 krat v primerjavi z
nekatalizirano reakcijo
• optimalni pogoji za delovanje
– zmerna T
– pH okoli 7

2. Specifičnost
• majhna specifičnost (peptidaze, fosfataze, esteraze)
• grupna specifičnost (heksokinaze/aldoheksoze)
• absolutna specifičnost (restrikcijske endonukleaze)
• stereospecifičnost (dehidrogenaze)

3. Regulacija
• ioni
• spremembe v kovalentni strukturi
• specifični inhibitorji, regulatorji
• regulacija na nivoju sinteze

holoencim
aktiven
= apoencim
neaktiven
+ kofaktor
kovinski ion
organska molekula
-stalno vezana = prostetska skupina
-začasno vezana = kosubstrat

Primeri kovinskih ionov pri encimih
kovinski ion
encim
Na + a-D-glukohidrolaza
K + piruvat kinaza
Mg 2+ kinaze, adenozintrifosfataze
Fe 2+ katalaze, peroksidaze, nitrogenaze
Zn 2+ alkoholna-dehidrogenaza
karboksipeptidaza, karbonska-anhidraza
Mo 2+ ksantin oksidaza, nitrogenaza
Cu 2+ citokrom c oksidaza
Ni 2+ ureaza, hidrogenaza, superoksid-dismutaza
Mn 2+ histidin amoniak-liaza
V 2+ nitrogenaza

Kovinski ion v encimu:
karboksipeptidaza Zn 2+
Kovinski ion v substratu (kinaze):
MgATP 2-

Primeri organskih kofaktorjev
kofaktor vez z apoencimom vrsta reakcije, ki jo katalizira holoencim
CHO
HO
H 3 C
N
CH 2 OPO 3
2-
piridoksal fosfat
Schiffova baza transaminacija, dekarboksilacija
Lys racemizacija
S
H 2
C
H 2 C
S
C
H 2
CH
S
CH
H
N
CH
CH N
H
(CH 2 ) 4 COOH
C
O
biotin
(CH 2 ) 4 COOH
lipoična kislina
amidna vez z karboksilacija: acetilCoA-karboksilaza
Lys piruvat-karboksilaza
amidna vez z prenos acilne skupine: dehidrogenaze
Lys
N
H 3 C
H
N
O C
C
N
NH 2 CH 3
O O
CH 2 N
CH 2 CH 2 O P O P O
N
C
C
O
N
N
S
tiamin difosfat
CH 2 (CHOH) 3 CH 2
OR
O
O
nekovalentna vez dekarboksilacija
K d =10 -6 mol dm -3
nekovalentna (oksidaza) oksidacijsko-redukcijske reakcije
nekovalentna vez
ksantin-oksidaza (FAD)
(sukcinat-dehidrogenaza) NADPH-citokrom-reduktaza (FMN)
C
HC
C
H 3 C
C
CH
C
CH 3
flavin adenin dinukleotid (FAD)
flavin mononukleotid (FMN)

Nomenklatura
1. Trivialna imena
• v povezavi z reakcijo: laktat dehidrogenaza
• ime po substratu s končnico –aza: ureaza
• imena, ki nam praktično ničesar ne
povejo: katalaza, papain, tripsin

2. Sistematska imena
• Enzyme Commision (EC) 1955 (IUB)
• International Union of Biochemistry and Molecular
Biology (IUBMB)
http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/
• šest glavnih skupin glede na vrsto katalizirane
reakcije
• EC a.b.c.d.

EC a.b.c.d.
a.
b.
c.
d.
označuje vrsto reakcije, ki jo encim katalizira
zavzame lahko število od 1 do 6
predstavlja podrazred, ki ponavadi specificira vrsto
substrata ali vez, ki se bo cepila
predstavlja pod-podrazred, ki dovoljuje še bolj natančno
definicijo reakcije, v smislu donorja ali skupine, ki se bo
odstranila
predstavlja vrstno število encima v pod-podrazredu

3. Priporočljiva imena
• večina sistematskih imen je nerodnih in predolgih za
splošno uporabo
• za vsakdanjo uporabo so se uveljavila krajša,
priporočljiva imena
donor
elektronov
• (S)-laktat: NAD + oksidoreduktaza = laktat-dehidrogenaza
donor
fosfatne sk.
akceptor
elektronov
akceptor
fosfatne sk.
• ATP: D-heksoza 6-fosfotransferaza = heksokinaza
ATP je substrat, ki hidrolizira
• ATP fosfohidrolaza = adenozintrifosfataza
substrat D-fruktoza 1,6 difosfat se cepi v
D-gliceraldehid, kot enega izmed produktov
• D-fruktoza 1,6-difosfat D-gliceraldehid 3-fosfat-liaza = fruktozadifosfat-aldolaza
D-gliceraldehid izomerizira v dihidroksi aceton fosfat
• D-gliceraldehid 3-fosfat ketol-izomeraza = trioza fosfat-izomeraza
L-Ile se veža na tRNA, pri tem pride do cepitve ATP
• L-izolevcin: tRNA Ile ligaza (nastanek AMP) = izolevcin tRNA-ligaza

1. oksidacijsko-redukcijske reakcije
oksidoreduktaze (prenos elektronov)
1) dehidrogenaze
2) oksidaze
3) oksigenaze
alkohol
aldehid
dehidrogenaze
Oksidacija etanola z etanolnodehidrogenazo
oksigenaze
Kataliza inkorporacije O 2 v substrat
Hidroksilacija progesterona z monooksigenazo

2. reakcije prenosa funkcionalnih skupin
transferaze
1) aminotransferaze (transaminaze)
2) kinaze
3) glikozil-transferaze
transferaze
prenos aminske skupine
kinaze
kataliza prenosa
fosforilne skupine
glikozil-transferaza
prenos aktiviranega
glikozilnega ostanka na
glikogen

3. reakcije hidrolize hidrolaze
Splošna reakcija vključuje hidrolizo C-O, C-N, O-P in C-S vezi
O
R 1 C NH
O
R 2 + H 2 O R 1 C O - +
NH 3 R 2
peptidaza

4. reakcije eliminacije liaze
odstranjujejo vodo, amonjak, ogljikov dioksid
O
O
R C C
O - + H + R C H +
O
CO 2
dekarboksilaza
odstranitev CO 2 iz α- in β-keto kislin ali aminokislin

5. reakcije izomerizacije izomeraze
Prenos skupin znotraj molekule, do tvorbe izomerne oblike
Izomeraza, ki katalizira inverzijo na asimetričnem atomu ogljika.

6. reakcije združevanja ligaze
Vključuje sintezne reakcije, kjer se dve molekuli sklopita na
račun energije ATP.
piruvat-dekarboksilaza
Substrata bikarbonat in piruvat se povežeta in tvorita oksalacetat, molekulo s C4 atomi.

Izoencimi:
• katalizirajo isto reakcijo
• razlikujejo se v:
– ak zaporedju
– kovalentnih modifikacijah
– 3D strukturi
– afiniteti
• različne sekvence so genetsko pogojene
• poimenovanje temelji na migraciji v električnem
polju

Multiencimski sistemi
• encimi, ki izkazujejo več kot eno katalitično aktivnost
• EC priporoča poimenovanje sistem
• imajo pa tudi priporočljiva imena
• posedujejo več katalitičnih aktivnosti in s tem več EC števil
encim, ki katalizira cepitev 1,6 razvejanja v glikogenu
amilo-1,6-glukozidazna aktivnost EC 3.2.1.33
4-a-glukotransferazna aktivnost EC 2.4.1.25
maščobne kisline-sintaza EC 2.3.1.38
EC 2.3.1.39
EC 2.3.1.41
EC 1.1.1.100
EC 4.2.1.61
EC 1.3.1.
• multiencimski sistemi z več polipeptidnimi verigami,
asociranih z nekovalentnimi vezmi multiencimski kompleks
• multiencimski sistemi z eno polipeptidno verigo in več
katalitičnimi mesti multiencimski polipeptid (ciklosporin sintetaza)

Maščobne kisline sintetaza 272 kDa
Model 1

Maščobne kisline sintetaza
Model 2