Summary
Samenvatting Enzymatische en Biochemische toepassingen
- Course
- Institution
Samenvatting van 58 pagina's voor het vak Enzymatische en biochemische toepassingen aan de UGent (Cursus + slides)
[Show more]
Seller
Follow
Studente02
Content preview
HOOFDSTUK 1ENZYMEN, ENZYMKINETIEK EN BIOKATALYSE
1. KATALYSE EN ENZYMEN
1.1. Inleiding
Een katalysator is een stof die de snelheid van een chemische reactie verhoogt, zonder zelf te
worden verbruikt. De meeste biologische reacties worden gekatalyseerd door eiwitenzymen, deze
enzymen zijn veelal glycoproteïnen, met uitzondering van ribozymen (autokatalytische RNA-
moleculen – splicing) en katalytische antilichamen (abzymen).
1.2. Nomenclatuur en classificatie
Een nieuw systeem verdeelt de enzymen in 6 klassen, elk op hun beurt onderverdeeld in subklassen
en sub-subklassen. Ieder enzym krijgt een identificatienummer en een systematische naam,
steunend op de reactie die het enzym katalyseert. De voorgestelde systematische nomenclatuur is
goed voor een juiste classificatie van het enzym, maar echter te lang geworden voor praktisch
gebruik, zodat in de praktijk nog steeds de triviaalnamen worden gebruikt.
De zes klassen, met bijhorend E.C. (Enzyme Commission)-nummer zijn de volgende:
1. De oxidoreductasen 4. De lyasen
2. De transferasen 5. De isomerasen
3. De hydrolasen 6. De ligasen
Klasse Klassificatie Biochemische eigenschappen
1 Oxidoreductases Werkt op verschillende groepen voor het toevoegen
en verwijderen van H-atomen.
Routinematig gebruikte naam: dehydrogenase.
Reactie: Sred + S 'ox <-> Sox + S ' red
2 Transferasen Overdragen van een functionele groep (G, andere
dan H-atomen) tussen een paar substraten S en S’.
Kinasen: gespecialiseerde transferasen die het
metabolisme reguleren door het transfereren van
fosfaat van ATP naar andere moleculen.
Reactie: S - G + S ' <-> S + S ' - G
3 Hydrolasen Versnellen hydrolyse van verschillende soorten
bindingen.
4 Lyasen Verwijderen groepen substraat langs niet-
hydrolytische weg met vorming van dubbele
binding.
Reactie: CS - CS ' <-> S - S ' + C = C
5 Isomerases Voeren verschillende soorten isomerases uit: L- naar
D-isomerisaties, mutase reacties (verplaatsen van
chemische groepen).
Reactie: S <-> S '
6 Ligasen Katalyseren van reacties waar 2 moleculen worden
verbonden (of geligeerd) met de hulp van energie uit
ATP.
Reactie: S + S ' + ATP <-> S - S ' + ADP + Pa
1
,Enzymen worden ook ingedeeld op basis van hun samenstelling. Biokatalysatoren zijn zuivere
proteïnen (“simple enzymes”) of verbindingen van een proteïne met een vreemde (niet-aminozure)
groep (“complex enzymes” of holo-enzymen). In het laatste geval speelt de vreemde groep (co-
enzym of prosthetische groep) een essentiële rol bij de katalyse en vormt samen met het
apoproteïne het volledig actieve enzym. Beiden zijn dan afzonderlijk niet werkzaam. Bij een
covalente binding tussen de kleine organische molecule en het apoproteïne -> prosthetische groep.
Wanneer binding tussen apoproteïne en molecule niet covalent is -> co-enzym.
Vele prosthetische groepen en co-enzymen zijn wateroplosbare afgeleiden van vitaminen. Vele
klinische symptomen van vitamine insufficiëntie zijn grotendeels afkomstig door het niet
functioneren van enzymen, waar de cofactoren afkomstig van vitamines ontbreken, om de
homeostase te onderhouden. De niet-proteïne component van een enzym kan een metaal zijn of een
klein niet-proteïne organische molecule. Enzymen die een metaal nodig hebben in hun enzym,
noemt men metallo-enzymen als ze hun metaalionen binden met hoge affiniteit onder alle condities.
Deze die een lagere affiniteit hebben voor metaalionen, maar nog steeds het metaalion nodig
hebben voor hun activiteit, worden metaal-geactiveerde enzymen genoemd.
1.3. Reactie-kinetiek
1.3.1. Eerste orde reacties
Eerste orde reacties verlopen bij een snelheid die proportioneel is met de concentratie van één
reactans, b.v. snelheid van de reactie A ->P is recht evenredig met de concentratie van A; de
reactiesnelheid v op elk tijdstip t wordt gegeven door de eerste-orde snelheidsvergelijking
met [A] molaire concentratie van A en snelheid v waarmee de concentratie van A
daalt; de evenredigheidsconstante k wordt de snelheidsconstante of de specifieke
reactiesnelheid genoemd (dimensie s-1). Na integratie volgt:
2
,1.3.2. Tweede orde reacties
Tweede orde reacties: verlopen bij een snelheid, die evenredig is met het product van de
concentratie van de 2 reactanten of met de 2e macht van 1 reactans. B.v. A + B -> P
Na integratie volgt:
• Snelheid enzym-gekatalyseerde reactie: mathematisch vastleggen?
• Kinetiek cfr. chemische reacties?
• Max. reactiesnelheid, hoe binding substraat (S), enzym (E) & inhibitoren (I) structureel &
chemisch => analyse reactiemechanisme => beter verstaan metabolisme
• Toepassing controle metabolische reacties: farmacie
1.4. Vrije energie van activatie ΔG*
Een chemische reactie (b.v. A -> P ) grijpt plaats, omdat een bepaalde fractie van A moleculen op een
intermediair ogenblik van de reactie voldoende additionele energie bezit om in een geactiveerde
toestand te verkeren (de transitietoestand*), waarbij de waarschijnlijkheid zeer groot is dat een
chemische binding gevormd of verbroken wordt om product P te vormen. Deze transitietoestand ligt
op de top van de energie-barrière die reactanten en producten scheidt. De snelheid van een
chemische reactie is evenredig met de concentratie van voornoemde “transitietoestandmoleculen”.
De vrije energie van activatie ΔG* is de hoeveelheid energie nodig om alle moleculen in 1 mol
product (bij bepaalde t°) in de “transitietoestand” te brengen (= op de top van de activatie-barrière).
De snelheid van chemische reacties kan op twee wijzen versneld worden:
• Hogere t° doet aantal moleculen, die in staat zijn de transitietoestand te bereiken, toenemen;
• Toevoegen van een katalysator: deze combineert tijdelijk met de reactanten en vormt aldus een
transitietoestand, met lagere activatie-energie G* en versnelt chemische reacties via verlaging
van de activatie-energie.
Katalysatoren:
• Regeneratie na iedere reactiecyclus • Geen effect op hoeveelheid vrije energie
• Steeds opnieuw gebruikt tussen A & P
3
, 2. REACTIEMECHANISMEN
2.1. Substraatspecificiteit van enzymen
Biokatalysatoren versnellen meestal slechts 1 reactie: ze zijn specifiek. Dit veronderstelt een enorm #
enzymen, dus proteïnen en co-enzymen. Door de mogelijke variatie in de primaire (en tertiaire)
structuur, is dit grote aantal biologische katalysatoren mogelijk, maar # co-enzymen is beperkt.
Specificiteit op het substraat is afhankelijk van het proteïnedeel: het substraat (S) bindt zich met het
proteïne (E) op de actieve plaats en vormt een enzym-substraatcomplex (ES).
Enzymen kunnen:
• Soms zeer substraatspecifiek en tevens regio- en enantiospecifiek zijn
• Ook een brede specificiteit vertonen en inwerken op vele structureel verwante substraten
Hieraan zijn twee voorwaarden verbonden:
• Substraat moet bepaalde, gevoelige chemische binding bezitten, die door het enzym kan
aangevallen worden.
• Substraat moet ander structuurkenmerk bezitten, vereist voor binding van substraat op actief
centrum van enzym (= geometrisch gunstig positioneren van substraatmolecule zodat gevoelige
binding kan aangevallen worden).
2.2. Functie van het proteïnedeel
2.2.1. Het actieve centrum
Tertiaire structuur enzym creëert door zijn ruimtelijke configuratie holte of spleet waarin substraat
gebonden wordt. Actieve plaats waar katalytisch proces zal plaatsgrijpen, wordt gevormd door
AZresidu's, vaak ver van elkaar verwijderd in primaire structuur, maar door opplooien dicht bij elkaar
gebracht. Vorming van reversibel ES-complex, gebruik maken van relatief zwakke (secundaire)
bindingen: H-bruggen, ionenbindingen, Van der Waalskrachten en hydrofobe interacties. Lage
bindingsenergie laat snelle vorming en afbraak van ES-complex toe. Bindingen in het substraat
worden gedestabiliseerd door zeer reactieve groepen b.v. AZresidu's van serine, cysteïne of histidine.
Zie afbeeldingen op ppt
2.2.2. Specificiteit
Enzymen zijn specifiek: ze gaan slechts 1 verbinding aan of beperkt # binden met welbepaald enzym.
Eigenschap wordt verklaard door 3e structuur proteïnedeel en unieke actieve plaats met
karakteristieke vorm, waarin substraat, door specifieke configuratie atomen, juist past.
4
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller Studente02. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $7.50. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
67474 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 14 years now