Encimske Reakcije I Fermenti Deo 3

encimske reakcije i fermenti

encimske reakcije i fermenti

Encimske reakcije i fermenti igraju kljucnu ulogu u bioloskim procesima, ubrzavajuci hemijske reakcije i omogucavajuci funkcionisanje organizma.

Share this:

Table of Contents

Encimske reakcije i fermenti

Encimske reakcije i fermenti igraju kljucnu ulogu u bioloskim procesima, ubrzavajuci hemijske reakcije i omogucavajuci funkcionisanje organizma.

Vec dosta dugo se zna da se encimske reakcije , kao u ostalom i vrlo veliki broj hemijskih reakcija u prirodi , odigravaju po zakonu o dejstvu aktivnih masa , tj. da izmedju koncetracije slozenog jedinjenja koje se razlaze pod uticajem nekog fermenta i koncetracija njegovih proizvoda razlaganja postoji odredjeni odnos ciji je izraz konstanta razvnoteze .

Encimske reakcije i fermenti . Za razlaganje laktoze pod uticajem encima beta-galaktozidaze ta jednacina , po zakonu o dejsvu aktivnih masa glasi :

$\frac{[\text{Laktoza}]}{[\text{Glukoza}][\text{Galaktoza}]} = K$

Encimske reakcije i fermenti . Fermenti ne menjaju konstantu ravnoteze , nego samo ubrzavaju njegovo uspostavljanje. Iz ovog zakona proizilazi da su encimske reakcije povratne- reverzivne. Gornji primer reverzivnosti moze se prikazati na sledeci nacin:

$\text{Laktoza} \underset{-\text{H}_2\text{O}}{\overset{+\text{H}_2\text{O}}{\xleftrightarrow{\text{}}}} \text{Glukoza} + \text{Galaktoza} \quad \text{(}\beta\text{-galaktozidaza)}$

Encimske reakcije i fermenti .Iz jednacine se moze zakljuciti da ce pravac reakcije , tj. proces sinteze ili razlaganja zavisiti od koncetracije slozenog supstrata ( laktoze) , odnosno njenih proizvoda razlaganja ( glukoze i galaktoze )

Preporuka knjige:

Pri visku laktoze ferment β-galaktozidaza pomaze njeno razlaganje , dok ce pri visku raspadnih proizvoda ( galaktoze i glukoze ) reakcija proticati u pravcu sinteze.

Encimske reakcije i fermenti . Novija ispitivanja su pokazala da se reverzivnost fermenata zavisi i od energijskog efekta encimske reakcije , tj. da li se u toku te reakcije oslobadja i vezuje energija , i od velicine tog efekta tj . kolicine energije koja se oslobadja odnosno veze.

Ako ste propustili :

Encimske reakcije i fermenti . Kod onih reackija pri kojima se oslobadja relativno mala kolicina energije u toku procesa razlaganja , za procese sinteze nece biti potrebna neka znacajnija kolicina energije spolja , te ce se i procesi sinteze pod uticajem tih fermenata odigravati relativno lako .

Encimske reakcije i fermenti . Kod tih fermenata ce reverzivnost biti izrazena i moze se dokazati i u reakciji in vitro.

Medjutim , ako su reakcije razlaganja jako egzoenergetske , kaoo stoje to slucaj sa vecinom oksidacionih reakcija , procesi sinteze ce biti jako endoenergetske reakcije i stoga se reverzibilnost nece lako primeniti , posto ce se reakcije sinteze biti potrebna veca kolicina energije spolja .

encimske reakcije i fermenti

Takve encimske sinteze ce biti moguce jedino ako se istvovremeno i na istom mestu ( tj. u celiji) odigrava neka druga egzoenergetska rakcija cija ce energija biti iskoriscena za proces sinteze pod uticajem prvog fermenta.

Prolazno jedinjenje ferment-supstrat. Danas postoji vise dokaza da pri dejstvu fermenata na neki supstrat dolazi do prolaznog vezivanja fermenata za supstrat .

U toku dalje reakcije ova veza se raskida , tako da na kraju reakcije nalazimo proizvode reakcije i supstrat .

Encimske reakcije i fermenti .Za proces razlaganja supstancije AB ovo prolazno vezivanje moze se prikazati sledecom jednacinom:

I. AB+F—->ABF
II. ABF——–>A+B+F

Encimske reakcije i fermenti . Pri dejstvu encima na supstrat molekuli supstrata bivaju aktivisani tj. postaju znatno reaktivniji i lakse medjusobno reaguju .

Encimske reakcije i fermenti . O mehanizmu aktivisanja molekula supstrata moze se naci vise podata u udzbenicima biohemije i encimologijama .

Specificnost fermenata

Jos je L. Pasteur svojim klasicnim ogledima sa gljivicama budji ( Penicillium glaucum ) , koje su razlagale D- vinsku kiselinu (-+-) , a na njen L-oblik (–) nisu dejstvovale , dokazao opticku specificnost enzima ove gljivice , tj. sposobnost da dejstvuju samo na jednu opticku modifikaciju ovog aktivnog jedinjenja .

Specificnost fermenata. Kasnije je , s jedne strane , otkriven veci broj primera opticke specificnosti , a sa druge strane i druge specificnosti .

Specificnost fermenata je njihova osobina da dejstvuju na odredjene grupe jedinjenja ili na odredjena jedinjenja zavisno od njihove konfiguracije .

Specificnost raznih fermenata je razlicita . Tako su esteraze , koje dejstvuju na masti , na primer lipaza pankreasa , relativno specificne tj. dejstvuju , mada razlicitom brzinom , na veci broj estera , bez obzira na to koji alkohol odnosno koja kiselina ulazi u sastav tih estera.

Specificnost fermenata. S druge strane , fermenti koji ucestvuju u razlaganju glikozoida , ili u sintezi nukleinskih kiselina i belancevina , strogo su specificni , tj. katalizuju razlaganje odnosno sintezu jedinjenja strogo odredjene strukture .

Aktivatori fermenata

Specificnost fermenata. Veci broj fermenata nalazi se u celijama ili telesnimm tecnostima odnosno sekretima u neaktivnom obliku kao profermenti. Za njihovo dejstvo je neophodno da najpre budu aktivirani pod uticajem odredjenih jedinjenja zvanih aktivatori.

Specificnost fermenata – aktivatori . Aktivatori mogu biti nespecificni ili specificni . Nespecificni aktivatori su oni koji dejstvuju na veci broj fermenata ili mogu biti zamenjeni drugimm jedinjenjima slicnih osobina , na primer kiseline , baze , soli i dr.

Specificni aktivatori su jedninjenja odredjenih hemijskih osobina ili strukture koji aktivisu samo odredjeni ferment .

Specificnost fermenata – aktivatori .Danas je za niz aktivatora poznat mehanizam dejstva . Oni se ili vezuju za molekul encima , na primer aktivatori metali , uticu na disocijaciju molekula fermenata – kiseline ili baze , ili odvajaju od profermenata odredjene hemijske grupe ( krace peptidne lance) koje su blokirale aktivne grupe fermenata .

Specificnost fermenata – aktivatori . Tako tromboplastin , koji postaje u samom pocetku procesa zgrusavanja krvi , razlaze proferment protombin na dva molekula trombina . U sledecoj tablici dacemo nekoliko primera aktivatora fermenata :

Aktivator	Ferment koji se aktivira	Reakcija aktiviranja	Mehanizam dejstva aktiviranja
HCL	pepsin	pepsinogen —>pepsin	odvajanje peptida iz profermenata
enterokinaza	tripsin	tripsinogen–>tripsin	odvaja tripsin-inhibitor
tromboplastin	trombin	protrombin–> trombin	razlaze protrombin na 2 molekula trombina

Inhibitori fermenata

Specificnost fermenata -Inhibitori fermenata. Postoji veci broj supstancija koje sprecavaju , tj. koce ili inhibisu dejstvo fermenata , a u mnogim slucajevima i razaraju fermente .

Te supstancije se nazivaju inhibitori ili paralizatori. Inhibitori incima se takodje dele na specificne i nespecificne . U nespecificne inhibitore spadaju : kiseline ( za fermente koje dejstvuju u baznoj sredini ) , soli teskih metala – zive , molibdena i dr. , arsen HCN i dr.

Specificnost fermenata -Inhibitori fermenata. U specificne inhibitore se ubrajaju oni koji su specificni prema odredjenim fermentima .

Neki od njih su vezani sa molekulom fermenta u njihovim ne aktivnim oblicima – profermentima . Na taj nacin tripsin-inhibitor je vezan sa tripsinom u profermentu tripsonogenu .

Specificnost fermenata -Inhibitori fermenata. Kao specificne inhibitore pomenucemo : antitrombin , tripsin-inhibitor iz soje ,koji inhibise tripsin pankreassa , i dr. Vrlo specificni inhibitori encima su antifermenti , koji se dobijaju imunizovanjem zivotinja ubrizgavanjem odredjenih encima.

Podela fermenata

Podela fermenata. Sve do nedavno postojaloje vrlo veliko sarenilo kako u pogledu nomenklature (naziva) , tako i u pogledu klasifikacije (podele) fermenata i sve veci broj naucnih radnika koji se bave proucavanjem fermenata , ukazala se potreba za usvajanjem zajednickih naziva za pojedine encima i za jedinstvenom podelom , kako registrovanje i klasifikovanje sve brojnije literature iz ove naucne oblasti .

Podela fermenata. Stoga je Medjunarodna unija za biohemiju izabrala komisiju strucnjaka iz raznih zemalja koja je dala novu podelu fermenata i niz preporuka o nazivima fermenata .

Podela fermenata. Ova nova podela izlozena je u vecem broju udzbenika koji su se pojavili poslednjih godina .

Osnovni princip podele fermenata koji je primenjen u novoj sistematizaciji je podela prema tipu biohemijske reakcije koje pojedini encimi katalizuju . Po toj podeli fermenti se dele na 6 osnovnih grupa :

oksido-reduktaze
transferaze
hidrolaze
lijaze
izomeraze
ligaze ( sintetaze)

Uporedi li se ova podela sa dosadasnjom podelom , koje smo drzali u predavanjima , i do sada objavljenim udzbenicima , moze se zapaziti da su fermenti naseg dela “Fermenti oksido -redukcije i dezmolaze” koje je sadrzalo vrlo hetegorene encime , s obzirom na mehanizam dejstva i supstrate na koje dejstvuju , podeljeni u 5 grupa , od kojih dve – transferaze i izomeraze – cine nasoj ranijoj podeli posebne podgruipe .

Podela fermenata. Posle ovih napomena dacemo sasvim ukratko osobine ojedinih fermenata i nabrojati najvaznije .

Podela fermenata – oksido-reduktaze

Podela fermenata . Ova grupa obuhvata vrlo veliki broj fermenata , cija je zajednicka odlika da katalizuju oksidacione procese u organizmu ,tj. omogucuju bioloske oksidacije i celicno disanje .

Podela fermenata. U originalnoj podeli ti fermenti su dalje svrstani prema hemijskim grupama koje ne dejstvuju .

Njihovo proucavanje na taj nacin zahtevalo bi mnogo prostora , te cemo stoga samo izloziti osobine najvaznijih encima ove grupe koji ucestvuju u oksidaciono-redukcionim procesima u celijama sisara i ptica.

Podela fermenata – oksido-reduktaze (dehidroganeze) sa NAD- koencimima

Najkarakteristicna odlika ove grupe oksido-reduktaza je to sto su to slozeni proteid-encimi koji kao koferment sadrze dinukleoid , cija je aktivna grupa nikotin-amid (amid nikotinske kiseline) ili vitamin PP.

Podela fermenata. Prema blizoj strukturi nikotin-amid-dehidrogeneze dele se u dalje dve podgrupe: 1) nikotin-amid-hidrigogeneze ciji je koencim NAD ( bivsi DPN) ,tj. nikotin-amid-dinukleotid , koji se sastoji od adenina , nikotin-amida, dva molekula fosforne kiseline i dva molekula D-riboze i 2) NADF ,-nikotin-amid-dinukleoid-fosfat , koji se od prvog razlikuje po tome sto sadrzi , umesto 2 , tri molekula fosforne kiseline .

Ovde cemo sematski prikazati strukturu ova oba koencima:

$\begin{array}{c} \text{Adenin} \rightarrow \text{D-riboza} \rightarrow \text{Fosforna kiselina} \\ \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \downarrow \\ \text{Nikotinamid} \rightarrow \text{D-riboza} \rightarrow \text{Fosforna kiselina} \\ \\ \textbf{NAD} \end{array}$

$\begin{array}{c} \text{Fosforna kiselina} \\ \text{Adenin} \rightarrow \text{D-riboza} \rightarrow \text{Fosforna kiselina} \\ \text{Nikotinamid} \rightarrow \text{D-riboza} \rightarrow \text{Fosforna kiselina} \\ \\ \textbf{NADF} \end{array}$

U NADF treci molekul fosforne kiseline vezan je za treci C-atom D-riboze , koja je u susestvu sa adeninom.

Podela fermenata. Nikotin-amid-dinukleotid-dehidrogenaze ucestvuju u oksido-redukciji velikog broja organskih jedinjenja na taj nacin sto pri oksidaciji od njih oduzima po dva vodonika , a pri redukciji im predaje vodonike.

Podela fermenata. Pri oduzimanju vodonika vodonici bivaju aktivisani , tj. odvajaju se u obliku aktivnog vodonika ili protona , posto je svaki vodonik izgubio po jedan elektron .Dejstvo se sematski moze prikazati:

$\begin{array}{c} \text{X} - \text{H}_2 + \text{enc.} \xrightarrow{\hspace{2cm}} \text{X} + \text{enc.} - \text{H}_2 \\ \phantom{\text{X} - \text{H}_2 + \text{enc.}} \xleftarrow{\hspace{2cm}} \phantom{\text{X} + \text{enc.} - \text{H}_2} \end{array}$

Podela fermenata. Redukovani oblik nikotin-amid-dehidrogeneza predaje vodonike ili drugim organskim jedinjenjima koja se redukuju , ili drugim encimima prenosiocima vodonika i elekrona iz grupe flavin-oksido-reduktaza pomenucemo:

Podela fermenata. Alkohol-nikotin-amid-oksido-reduktazu ( dehidrogenazu ) , glicerin-aldehid-dehidrogenazu, dehidrogenaze mlecne ,beta-oksibuterne , izolimunske kiseline itd.

Podela fermenata. Flavin -dehidrogeneze (oksido-reduktaze)

Podela fermenata. Drugu grupu dehidrogenaza cine flavin-dehidrogenaze , koje su u sastavu svog kofermenta kao aktivnu grupu sadrze derivat izoaloksazina laktoflavin (riboflavin) , tj. vitamin B2 .

laktoflavin (vitamin B2)

Podela fermenata. Prema sastavu koencima , flavin-dehidrogenaze se dele u dve grupe:

a) flavin-dehidrogenaze sa koencimom flavin-mononukleotidom- FMN i
b) flavin-dehidrogenaze sa koencimom flavin-adenin-dinukleotidom- FAD

Prvi koencim se sastoji od izoaloksazina , petohidroksilnog alkohola ribitola i jednog molekula fosforne kiseline , a drugi izoaloksazina , ribitola , dva molekula fosforne kiseline , jednog molekula riboze i jednog molekula adenina .

Podela fermenata. Mnogi od flavin encima u svom molekulu sadrze i neki teski metal , kao na primer gvozdje , bakar ili molibden.

Podela fermenata. Prema svojoj ulozi grupan flavin-encima takodje se deli u dve grupe: na prave flavin-dehidrogenaze ( oksido-reduktaze) i na flavin-encime prenosioce elektrona .

Podela fermenata .Prave flavin-dehidrogenaze reaguju sa supstratima , raznim organskim jedinjenjima , kao na primer cilibarnom kiselinom , amino kiselinama i acil-koencimima A ( derivatima visih masnih kiselina sa koencimom A ), i oksidisu ih oduzimajuci im po dva atoma aktivisanih vodonika i po dva elektrona .

Podela fermenata. Od vodonike i elektrone flavin-dehidrogena za predaju bilo aktivisanom kiseoniku ili molekulskom kiseoniku (O2), ili drugim jedinjenjima ,, primaocima (akceptorima)vodonika, koji redukuju (na primer pod labaratorijskim uslovima metilenskom plavom koje redukuju u leuko-jedinjenje).

Podela fermenata. Druga grupa flavin-encima ,prenosioci elektrona , igra vaznu ulogu u lancu oksido-redukcijskih procesa u mitohondrijama celije , o cemu ce biti vise reci u posebnom delu o bioloskim oksidacijama .

Podela fermenata. Ovde samo napominjemo da flavin-encimi prenosioci elektrona primaju aktivisani vodonik i elektrone od redukovanih nikotin-amid-oksido-reduktaza (dehidrogeneza )- NAD i NADAF.

Podela fermenata. Potom oni predaju aktivisani vodonik aktivisanom kiseoniku , a elektrone sistemu citohroma . U toku ovog prenosenja elektrona vrsi se akumuliranje jednog dela energije oksido-redukcija , i to u obliku fosfatnih jedinjenja bogatih energijom , tj. adenozin-trifosfata koji se tom prilikom sintetise .

Poznato je vise flavin encima prenosilaca elektrona , od kojih su najpoznatiji dijaforaza i citohrom-c-reduktaza . Detalji o njima se mogu naci u udzbenicima biohemije .

Varburgov ferment disanja ili citohrom-oksidaza

Varburgov ferment disanja ili citrohrom-oksidaza nalazi se u mitohondrijama celija svih aerobnih organizama , tj. onih organizama za ciji je zivot neophodno prisustvo kiseonika .

Po svojoj strukturi je proteid-ferment – feroprotoporfirin . Novija ispitivanja su pokazala da se u celijama nalazi u vrlo maloj koncetraciji vezan za membransku strukturu mitohondrija za mitohondrijske kripte.

Osnovna funkcionalna odlika Varburgovog fermenta je da on autooksidabilan , tj. u prisustvu atmosferskog tj. molekulskog kiseonika , spontano se , bez drugih posrednika , oksidise u feri oblik , pri cemu predaju svoj elektron kiseoniku , koji time iz molekulskog prelazi u aktivni oblik :

4Enc. – Fe⁺⁺ +O₂ ——>4 Enc. -Fe⁺⁺⁺+20^—

Varburgov ferment se pod uticajem citohroma redukuje ponovo u fero-oblik i time ponovo postaje sposoban za aktivisanje novih molekula kiseonika .

Varburgov ferment disanja inhibisu ugljen-monoksid , koji sprecava njegovu oksidaciju , tj. prelak fero-gvozdja njegovog koencima u feri-oblik ,i cijanovodinicna kiselina , koja se veuje za feri-oblik njegovog koencima omogucujuci time njegovu redukciju u fero-gvozdje .

Varburgov ferment disanja – citohromi .

Varburgov ferment disanja – citohromi . su veca grupajedinjenja koja igra ulogu u oksidacionom lancu u celijama . Oni nisu fermenti , nego samo prenosioci elektrona .

Po strukturi su feroporferini , pri cemu postoje razlike izmedju strukture njihovog porfirinskog prstena , o cemu se mogu naci podaci u savremenim biohemijama .

Varburgov ferment disanja . Iz mitohondrija celija raznih organizama odnosno raznih organa istog organizma izolovan je veci broj citohroma .

Obelezavaju se malim slovima latinske azbuke : a, b , b1 , c itd. Ugljen monoksid i cijavodonicna kiselina ne inhibisu njihovo dejstvo .

Ostale oksido-reduktaze

U ovoj grupi pomenucemo nekoliko fizioloskih znacajnih oksido-reduktaza , koje su prema originalnoj podeli ovih encima razvrstanih u razlicite podgrupe , ali ih mi u cilju uproscavanja izlaganja dajemo zajedno.

Periksodaze ( davalac H2O2-oksido-reduktaze). Danas je poznato vise encimakoji dejstvuju na vodonik-superoksid na taj nacin sto ga razlazu na vodu i aktivni kiseonik .

H₂O₂——>H₂O+O^—

Ovaj aktivni kiseonik reaguje sa raznim vodonika od kojih oduzima vodonik gradeci sa njim vodu .Peroksidaze su po strukturi proteid-fermenti ciji su koencimi uglavnom feroporfirini (hemoproteidi).

Podela fermenata. Nalaze se u erotrocitima , jetri , i nizu drugih organa i u mnogim bakterijama .

Katalaze (H₂O₂-H₂O₂-oksido-reduktaze)dejstvuju na dva molekula vodonik-superoksida i razlazu ih na vodu i molekulski kiseonik :

H₂O₂ + H₂O₂ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ 2 H₂O + O₂
Enzim

Posto se u toku ove reakcije jedan molekul vodonik-superoksida oksidise – gubeci O₂ , a drugi redukuje – prelazeci u vodu primajuci jos dva vodonika , ferment se naziva H₂O₂-H₂O₂-oksido-reduktaza. I ovaj ferment po svojoj strukturi spada u feropofirin-fermente .

Podela fermenata. Urikaza (urat-O₂-oksido-reduktaza) nalazi se u organizmu vecine sisara , osimm coveka i antropoidnih majmuna . Dejstvuje na mokracnu kiselinu i oksidise je u alantoin.

Podela fermenata. Katehol-oksidaze (polifenol-oksidaze) dejstvuju na ortofenole i oksidisu ih u odgovarajuce fenole uz ucesce molekulskog kiseonika.

2o-fenola+O₂ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ 2 o-hinona +H₂O
Enzim

U sastavu ovog fermenta nalazi se bakar.

Podela fermenata. Tirozinaza (fenil-alanin-4-hidroksilaza) dejstvuje na fenil-alanin i oksidise ga tirozin . Reakcija se odigrava u prisustvu folinske kiseline .

Podela fermenata. Oksidaza L-askorbinske kiseline (L-askorbinska kiselina -O₂-oksido-reduktaza) nalazi se u mnogim organima. Oksidise L-askorbinsku kiselinu u dihidroaskorbinskukiselinu . Sadrzi u sebi bakar .

Transferaze

Podela fermenata. U ovu grupu spada veci broj veoma vaznih fermenata koje u toku procesa prometa materije prenose odredjene funkcionalne grupe (hemijske radikale) s jednog jedinjenja na drugo .

Podela fermenata. Transferaze – prenosioci C₁-grupe. U nizu metabolickih procesa sinteze i pretvaranja jednih organskih jedinjenja u druga u organizmu dolazi do prenosenja hemijskih grupa ( radikala)sa jednim ugljenikovim atomom :

Formilska, metilska , i oksimetilska grupa ,na primer pri sintezi kreatina , holina, serina , pirimidinskih baza , pri metilovanju nikotinske kiseline itd.

Kao davalac metil-grupa glavnu ulogu igra metionin , a kao vazan posrednik folna odnosno folinska kiselina . Fermenti transferaze katalizuju prenosenje svih pomenutih grupa .

Podela fermenata. Karbiksil-transferaze ucestvuju u procesima karboksilacije i dekarboksilacije , tj. vezivanja ugljen-dioksida pri sintezi , a njegovog izdvajanja iz karboksilne grupe pri razlaganju dikarbonskih kiselina .

Podela fermenata. Amino-transeraze katalizuju prenosenje amino-grupa sa davaoca – najcesce glutaminske kiseline na razne а-ketokiseline kao primaoce i na taj nacin ucestvuju u sintezi aminokiselina. Koencim ove grupe je derivat piridoksina (vitamina B₆) -piridoksal-fosfat.

Podela fermenata. Transveraze fosforne kiseline sa ATP (heksokinaze)katalizuju prenosenje molekula fosforne kiseline sa adenozin-trifosforne kiseline na druga jedinjenja .

Na taj nacinferment iz ove grupe glikokinaza kartalizuje prenosenje fosforne kiseline sa adenozin-trifosfata na glukozu , a time sintezu glukozo-6-fosfata.

Share this:

Tags: encimske reakcije i fermenti