Proteiner, Enzymer

Biologisk kemi, 7,5p, KTHVt 2010

Märit Karls

Länk till sida med enzymer

Proteinstruktur

• Primärstruktur

• Sekundärstruktur

• Tertiärstruktur

• Kvartärstruktur

Så här bildas tertiär struktur

Fiberprotein

• Olösliga i vatten– Kollagen i bindväv, brosk, ben, ligament– Elastin, brosk, blodkärlsväggar– Keratin, hår, naglar, många S-S bryggor– Myosin, i muskler– Fibrin, behövs för koagulation

Globulära protein

• Vattenlösliga• Albumin• Globulin• Hemoglobin, läs om till seminariet!• Insulin• Många olika enzymer

Hydrolys av protein

• Bryter ned primärstruktur• Proteaser, peptidaser är enzym som

hydrolyserar peptidbindningar• Inaktiva förstadier kallas zymogener• Endopeptidaser, olika specificitet

– Pepsin, trypsin

• Exopeptidaser– Karboxy- eller aminopeptidaser

Denaturering av protein• Bryter bindningar i tertiär-och

kvartärstruktur, se tab. 20.2, s. 587• Rymdstrukturen förstörs,

primärstruktur oförändrad• Vilken typ av bindning påverkas av:• Värme?• Vispning?• Syra eller bas?• Organiska lösningsmedel?

Proteiner i cellmembran

• Funktion• Transport

– Jonkanaler– Gap junctions

• Fig. 20.12

– ”Carrier”

• Receptorer– ”recognition”

http://sun.menloschool.org/~cweaver/cells/c/cell_membrane/ Se även fig. 20.13 Holum

Transport genom membranJonpumpar

• Funktion: Att upprätthålla en koncentrationsgradient över membranet

• Ex. Natrium-kalium ATPas• Na+-konc.: i celler: 10 mmol/L• i plasma: 140 mmol/L

• K+-konc. i celler: 125 mmol/L• i plasma: 4 mmol/L

Transport genom membranfaciliterad diffusion, ”carrier”

• Ex.: Glukostransportörer

– I cellmembranet på muskel- och fettceller finns protein som underlättar för glukos att ta sig in i cellerna.

– Insulin krävs för att glukostransportörerna skall bildas cellmembranet.

Titta på glukostransportör!

Receptorer på cellytan

Förmedlar signaler in i cellernaGlykoproteiner, kolhydrater känner igen molekylerVarje celltyp har specifika receptorer

Ex. Insulinreceptorn

http://en.wikipedia.org/wiki/Insulin_receptor

Enzym

• Vad är ett enzym?– En molekyl som påskyndar biologiska

reaktioner, en katalysator

• Vad består ett enzym av?– Apoenzym, oftast ett protein – Cofaktor,

Vissa enzymer består av RNA, ovanligt

Cofaktor

• Coenzym,– Organisk förening ej kovalent bunden– Ofta vitamin– Ex. NAD+, NADP+, FAD s.604 ”monstrous

structures”

• Prostetisk grupp– Kovalent bunden till proteinet– Ex. Hem-grupp i hemoglobin

• Metalljon, Zn2+, Fe2+, Fe3+ mm

Exempel på typer av enzym

• Hydrolas– Proteas, peptidas– Amylas, 1,6-glukosidas

• Oxidoreduktas• Lipas (esteras)• Transferas

– Aminotransferas flyttar aminogrupp– Kinaser flyttar fosfatjon

Ex. GPDH• Glycerol Phosphate

DeHydrogenasei elektrontransportkedjan

• Cofaktor FAD• Ett av kroppens

”hushållsprotein”, finns i alla celler

• House-keeping gene, ”påslagen” i alla celler

http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255atp/255makeatp.htm

Dehydrogenaser

• En typ av oxidas• Kräver alltid ett coenzym• NAD+ + AH2 ↔ A +NAD:H + H+

• NAD+ tar emot ett par elektroner, blir reducerad form

• NAD+ + H:- NAD:H skrivs oftast NADH

• Andra ”elektronbärare”: NADP, FAD

NADP

http://www.bio.davidson.edu/courses/Bio111/NADPH.html

Enzymer = biokatalysatorer

• Får reaktionen att ta en annan väg, med lägre Ea

• Snabbare reaktion• ex. karboanhydras• 107 ggr snabbare

än utan enzym!

• Påverkar inte jämviktsläget

http://www.columbia.edu/cu/biology/courses/c2005/purves6/figure06-14.jpg

Enzymer är specifika, passar bara “sitt” Substrat

Substratet inducerar en förändring i aktiva ytan, ett aktiverat komplex kan bildas

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/724/741576/

Instructor_Resources/Chapter_24/Ch24MR.ppt#291,29,Bild 29

Se även fig. 21.2 s.606

Här i den aktiva ytan sker reaktionen!

Så här fungerar enzym

Titta på animering!

Pyruvatdehydrogenaskomplex

Hexokinas: Röd = innan substratet binds

Grön= när substratet har bundit

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/724/741576/

Instructor_Resources/Chapter_24/Ch24MR.ppt#292,30,Bild 30

Induced-fit model

Varför passar substratet i den aktviva ytan?

• Sidogrupper på aminosyror i enzymet och substratet kommer i rätt position – Geometriskt, passar steriskt– Kemiskt, hydrofob, vätebindning, jonbindning

• Grupper i enzymet kan stabilisera det aktiverade komplexet

• Flera enzymer innehåller metalljoner som katalysatorer

• Ofta är både enzym och substrat kirala– Vänster eller höger isomer (spegelbildsisomeri)

Trypsin binder långa basiska a.s.t.ex.:

Chymotrypsin binder flata, opolära a.s.t.ex.:

Elastas binder små a.s.t.ex.:

Exempel på aktiva ytan i tre olika enzym. Alla klyver peptider, men de Föredrar olika substrat

Carboxypeptidase A katalyserar hydrolys av C-terminal peptid

OBS! Zn2+

Vad händer vid pH-förändring?

Enzymer är temperaturberoende

• Varför går reaktionen snabbare mellan 0-40 ºC?

• Vad händer efter 40 ºC?

http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/chemistry/chemicalreactions/5enzymesrev4.shtml

Enzymaktivitet är pH-beroende

• Vilka sidokedjor ändras vid olika pH?

• Vad händer med laddningar på sidokedjorna när pH sänks?

• Vad händer med laddningar på sidokedjorna när pH höjs?

• Rätt laddning vid opimalt pH

• Fig. 21.1 s.602

Enzymaktivitet beror av substratkoncentration

• Fig. 21.4 s. 608

• Enzymmättnad

• Alla platser på enzymet är upptagna

• Mer substrat får vänta på sin tur

http://www.steve.gb.com/science/enzymes.html

Reglering av enzymAllosterisk aktivering

• Vissa enzymer aktiveras inte förrän det finns tillräckligt med substrat

• Allosterisk betyder: aktiveringen sker på annat ställe än den aktiva ytan

• Jmf syre binder till Hb

Sigmoidal kurva

Fig. 21.5 s. 612

Allosterisk aktivering

Substrat

Effektor

Fig. 21.6 s. 613

Feedback inhibering

• Vanlig mekanism i naturen

• Ett sätt för kroppen att hushålla med resurser

• När tillräckligt mycket av en amino-syra bildats, stoppas syntesen av nya molekyler

http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255atp/ecb4x38.jpg

Kompetitiv inhibering

• Fig. 21.7 b s. 614• Behöver inte vara

feedback mekanism• Andra ex. • Antibiotika

– Sulfa blockerar syntes av folsyra i bakterier

• Gifterhttp://student.ccbcmd.edu/courses/bio141/lecguide/unit6/genetics/protsyn/regulation/u4fg5a.html

Icke-kompetitiv inhibering

• Ex. Cu2+, Ag+, Hg2+, Cd2+

• Tungmetaller binder till SH-grupper i enzymets proteinkedja (inte till aktiva ytan), enzymets tredimensionella struktur ändras, substratet passar inte till aktiva ytan

Förbered seminarium

• Sickle cell anemi• Syfte: Få insikt om hemoglobinets

funktion, samt om hur mutationer i vår arvsmassa kan orsaka sjukdomar

• Läs kap. 23.3 s. 651-5!