Bioorganische ChemieEnzymatische Katalyse 2011
Prof. Dr. A. Jäschke
INF 364, Zi. 308, Tel. 54 48 51 [email protected]
Ringvorlesung Chemie B - Studiengang Molekulare Biotechnologie
Lehrziele I
Kenntnis und Beherrschung der grundlegenden Konzepte, Kinetik und Energetik der EnzymkatalyseVerständnis der verschiedenen Arten von EnzymhemmungDetailliertes, anwendungsbereitesVerständnis katalytischer Strategien und enzymatischer MechanismenKenntnis der wichtigsten Coenzyme und Cofaktoren sowie ihrer Mechanismen
Lehrziele II
Beherrschung der wichtigsten Typen der Regulation enzymatischer Reaktionen
Kenntnis von Ribozymen und DNAzymen
Anwendungsbereites Wissen sowohl über die experimentellen Techniken zur Untersuchung enzymatischer Reaktionen also auch über die mathematischen Formalismen.
Dozenten
Prof. Dr. A. Jäschke
Dr. R. Wombacher
Detaillierte Themenliste: Website
Literatur
Berg, Tymocko, Stryer: Biochemie, Spektrum Verlag, Kapitel 8-10.
Bruice: Organische Chemie, Pearson Verlag, Kapitel 24 (Coenzyme)
Ribozyme: Literatur gemäß Website
Gliederung
Allgemeine Eigenschaften, Nomenklatur
Enzymkinetik
Enzyminhibition
Katalytische Strategien & EnzymatischeMechanismen
Ribozyme
Coenzyme
Enzymregulation und -kontrolle
Enzyme – Einführung
Was sind Enzyme?
Welche Rolle(n) spielen sie?
Wie arbeiten Katalysatoren?
Setzen Energiebarriere herab,
Arbeiten nach unterschiedlichenMechanismen,
Anordnung funktioneller Gruppen
Allgemeine Eigenschaften von Enzymen
Höhere Reaktionsgeschwindigkeiten
Mildere Reaktionsbedingungen
Große Reaktionsspezifität
Regulationsmöglichkeit
Enzyme sind leistungsstarke und hochspezifische Katalysatoren
DNA-Polymerase I: weiterer hochspezifischer Katalysator
Die Spezifität eines Enzyms hängt von der präzisen Wechselwirkung des Substrats mit dem Enzym ab. Diese Spezifität resultiert aus der 3D-Struktur des Enzyms.
Cofaktoren
Apoenzym, Cofaktor, Holoenzym
Unterscheidung 2 Gruppen von Cofaktoren: Metalle und Coenzyme
Coenzyme, Cosubstrate, prosthetischeGruppen
Vitamine
Klassifizierung von Enzymen
Ca. 2500 verschiedene Reaktionen durch Enzyme katalysiert.Strukturelle Varianten von Enzymen, die die selbe Reaktion katalysieren.Über 1.000.000 Enzyme existentTrivialnamen können diese Diversitätnicht adäquat beschreiben.Standardisierte Prozedur zur Bezeichnung von Enzymen benötigt.
Die sechs Hauptenzymklassen
Thermodynamik
ΔRG liefert Informationen über die Spontaneität einer Reaktion, nicht über ihre Geschwindigkeit.
ΔRG hängt von der Gleichgewichtskonstanten ab
Enzyme können nur die Reaktionsgeschwindigkeit, nicht aber die Lage des Gleichgewichts verändern
Enzyme beschleunigen Reaktionen durch Erniedrigung der Aktivierungsenergie
Das Wesen der Katalyse besteht in der spezifischen Bindung des Übergangszustandes
Die Bildung eines Enzym-Substrat-Komplexes ist der 1. Schritt der enzymatischen Katalyse
Substrate in günstiger räumlicher Anordnung zusammengeführt
Spezifische Region des Enzyms: aktives Zentrum.
Welche Beweise gibt es für die Existenz von Enzym-Substrat-Komplexen?
3. Änderung spektroskopischer Eigenschaften bei Bildung des ES-Komplexes
Tryptophan-Synthetase, PLP als prosthetischeGruppe fluoresziert
Andere Spektroskopische Techniken: NMR, EPR
Was haben die aktiven Zentren von Enzymen gemeinsam?
Ist die Region, die Substrat und ggf. Cofaktor bindet und gleichzeitig die Aminosäurereste bereitstellt, die direkt an der Reaktion teilnehmen.
Katalytische Gruppen
Ww im aktiven Zentrum begünstigt die Bildung des Übergangszustandes
1. Das aktive Zentrum ist eine dreidimensionale Spalte, die von vielen Gruppen aus verschiedenen Abschnitten der Aminosäuresequenz gebildet wird.
Lysozym
2. Das aktive Zentrum stellt nur einen kleinen Teil des Gesamtenzyms dar
Rolle der restlichen Aminosäuren?
3. Aktive Zentren sind höhlen- oder spaltenförmig
Ausschluß von Wasser
Aber auch polare Gruppen
4. Substrate werden durch viele schwache Kräfte an das Enzym gebunden
Elektrostatische Ww.
H-Brücken,
Van der Waals
Hydrophobe Interaktionen
Etwa Faktor 10 schwächer als kovalente Bindungen
Ribonuclease
Die Bindungsspezifität ist von der definierten Anordnung der Atome im aktiven Zentrum abhängig
1. Schlüssel-Schloss-Prinzip
1890 Emil Fischer
Die Bindungsspezifität ist von der definierten Anordnung der Atome im aktiven Zentrum abhängig
1. Induced Fit
Koshland 1958
Das Michaelis-Menten-Modell erklärt die kinetischen Eigenschaften vieler Enzyme
Vereinfachung
Reaktionsgeschwindigkeit läßt sich ausdrücken:
Annahme eines Fließgleichgewichtes (steady state – Vereinfachung!)
Ergibt:
Fließgleichgewicht – steadystate kinetics
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