ELEC-C2210 Molekyyli- ja solubiologia

Samankaltaiset tiedostot
ENTSYYMIKATA- LYYSIN PERUSTEET (dos. Tuomas Haltia)

Biokemian perusteet : Hemoglobiini, Entsyymikatalyysi

Nimi sosiaaliturvatunnus. Vastaa lyhyesti, selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

Solun perusrakenne I Solun perusrakenne. BI2 I Solun perusrakenne 4. Entsyymit ovat solun kemiallisia robotteja

Biomolekyylit ja biomeerit

Nimi sosiaaliturvatunnus. Vastaa lyhyesti, selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

Biomolekyylit 2. Nukleotidit, aminohapot ja proteiinit

8. Chemical Forces and self-assembly

Kemialliset reaktiot ja reaktorit Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta I

Nimi sosiaaliturvatunnus. Vastaa lyhyesti, selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä

Luku 8. Reaktiokinetiikka

A - soveltaminen B - ymmärtäminen C - tietäminen 1 - ehdottomasti osattava 2 - osattava hyvin 3 - erityisosaaminen

Entsyymit ja niiden tuotanto. Niklas von Weymarn, VTT Erikoistutkija ja tiiminvetäjä

L7 Kaasun adsorptio kiinteän aineen pinnalle

PROTEIINIEN MUOKKAUS JA KULJETUS

sosiaaliturvatunnus Tehtävissä tarvittavia atomipainoja: hiili 12,01; vety 1,008; happi 16,00. Toisen asteen yhtälön ratkaisukaava: ax 2 + bx + c = 0;

Esimerkiksi ammoniakin valmistus typestä ja vedystä on tyypillinen teollinen tasapainoreaktio.

L7 Kaasun adsorptio kiinteän aineen pinnalle

Laskuharjoitus 3 palautus mennessä. Entsyymillä on seuraavanlainen reaktiomekanismi (katso oheista kuvaa):

Luku 2. Kemiallisen reaktion tasapaino

Kemiallinen reaktio

PROSESSITEKNIIKAN PERUSTA 2011 Bioprosessitekniikan mahdollisuudet. Biotekniikan määritelmä

Entsyymit kemian ja biologian opetuksen yhdistävänä tekijänä lukiossa

Laskuharjoitus 3 palautus mennessä

Tehtävä 1. Tasapainokonversion laskenta Χ r G-arvojen avulla Alkyloitaessa bentseeniä propeenilla syntyy kumeenia (isopropyylibentseeniä):

Vastaa lyhyesti selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

Lämpö- eli termokemiaa

Teddy 2. välikoe kevät 2008

Erilaisia soluja. Siittiösolu on ihmisen pienimpiä soluja. Tohvelieläin koostuu vain yhdestä solusta. Veren punasoluja

Luento 9 Kemiallinen tasapaino CHEM-A1250

Isomerian lajit. Rakenne- eli konstituutioisomeria. Avaruus- eli stereoisomeria. Ketjuisomeria Funktioisomeria Paikkaisomeria

Molekyyli- ja solubiologia ELEC-2210 Proteiinit

Henkilötunnus: - KOULUTUSOHJELMA Sukunimi: Etunimet: Nimikirjoitus: KEMIA. Kemian kuulustelu klo 9.00

Bioteknologian tutkinto-ohjelma Valintakoe Tehtävä 3 Pisteet / 30

Kemiallisen reaktion reaktiodiagrammi

KOTITEKOINEN PALOSAMMUTIN (OSA II)

Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe

Biologia. Pakolliset kurssit. 1. Eliömaailma (BI1)

Vitamiinien puutostilat: Christian Ejkman ( ) havaitsi ensimmäisenä vuonna 1888, että jonkin ravintotekijän puute aiheutti kanoilla

KEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET

Kondensaatio ja hydrolyysi

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

Luento Entrooppiset voimat Vapaan energian muunoksen hyötysuhde Kahden tilan systeemit

Luennon 5 oppimistavoitteet. Soluseinän biosynteesi. Puu Puun rakenne ja kemia. Solun organelleja. Elävä kasvisolu

Veden ionitulo ja autoprotolyysi TASAPAINO, KE5

REAKTIONOPEUS IHMISKEHOSSA TUTKIMUKSELLINEN TYÖ YLÄKOULULAISILLE

EPIONEN Kemia EPIONEN Kemia 2015

Ratkaisu. Tarkastellaan aluksi Fe 3+ - ja Fe 2+ -ionien välistä tasapainoa: Nernstin yhtälö tälle reaktiolle on:

KOMISSION ASETUS (EU) /, annettu , asetuksen (EY) N:o 847/2000 muuttamisesta vastaavanlaisen lääkkeen käsitteen määritelmän osalta

NON-CODING RNA (ncrna)

KE Johdatus prosesseihin, 2 op. Aloitusluento, kurssin esittely

Kemian koe, Ke3 Reaktiot ja energia RATKAISUT Perjantai VASTAA YHTEENSÄ KUUTEEN TEHTÄVÄÄN

Biopolymeerit. Biopolymeerit ovat kasveissa ja eläimissä esiintyviä polymeerejä.

KE03. Kurssikalvot. Tuomas Hentunen. Kevät Tuomas Hentunen KE03 Kevät / 26

Ma > GENERAL PRINCIPLES OF CELL SIGNALING

MAA2.3 Koontitehtävät 2/2, ratkaisut

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 VESI

Tuma - nucleus. Tumahuokonen nuclear pore samanlaisia kasveilla ja eläimillä. Tuman rakenne. Solubiologian luennot 2003, kasvitiede

Entrooppiset voimat. Entrooppiset voimat Vapaan energian muunnoksen hyötysuhde Kahden tilan systeemit

Oksidatiivinen fosforylaatio = ATP:n tuotto NADH:lta ja FADH2:lta hapelle tapahtuvan elektroninsiirron ja ATP-syntaasin avulla

LUENTO Kyösti Ryynänen

Oulun yliopiston biokemian koulutusohjelman valintakoe

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

Törmäysteoria. Törmäysteorian mukaan kemiallinen reaktio tapahtuu, jos reagoivat hiukkaset törmäävät toisiinsa

Termodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään usein kuvaajina, joissa:

TKK, TTY, LTY, OY, TY, VY, ÅA / Insinööriosastot Valintakuulustelujen kemian koe

KERTAUS KERTAUSTEHTÄVIÄ K1. P( 1) = 3 ( 1) + 2 ( 1) ( 1) 3 = = 4

Soluhengitys + ATP-synteesi = Oksidatiivinen fosforylaatio Tuomas Haltia Elämälle (solulle) välttämättömiä asioita ovat:

Tutkimuksellisia töitä biologian opetukseen

HEIKOT VUOROVAIKUTUKSET MOLEKYYLIEN VÄLISET SIDOKSET

Mitä teollinen biotekniikka oikein on?

Hyötyosuus. ANNOS ja sen merkitys lääkehoidossa? Farmakokinetiikan perusteita. Solukalvon läpäisy. Alkureitin metabolia

Reaktiokinetiikka katalyytin vaikutus reaktionopeuteen

Amylaasi ja tärkkelyksen hydrolyysi Pauliina Lankinen, Antti Savin ja Sari Timonen

Luku 5: Diffuusio kiinteissä aineissa

Reaktiotekniikka. Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta Teema 4 Kaisa Lamminpää

Solun toiminta. II Solun toiminta. BI2 II Solun toiminta 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

Selluloosan rakenne ja ominaisuudet

DNA RNA proteiinit transkriptio prosessointi translaatio regulaatio

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

Plasmidi-DNA:n eristys bakteerisoluista DNA:n geelielektroforeesi (Proteiinien geelielektroforeesi)

Vanilliini (karbonyyliyhdiste) Etikkahappo (karboksyyliyhdiste)

Lääketieteen ja biotieteiden tiedekunta Sukunimi Bioteknologia tutkinto-ohjelma Etunimet valintakoe pe Tehtävä 1 Pisteet / 15

b) Laske prosentteina, paljonko sydämen keskimääräinen teho muuttuu suhteessa tilanteeseen ennen saunomista. Käytä laskussa SI-yksiköitä.

1 Ensimmäisen asteen polynomifunktio

GLUTEENIANALYTIIKKA KELIAKIAN KANNALTA. Viljateknologien Helmikollokvio Hartwall, Lahti Päivi Kanerva

Luku 21. Kemiallisten reaktioiden nopeus

8. Alkoholit, fenolit ja eetterit

Mitä elämä on? Astrobiologian luento Kirsi

Vanhoja koetehtäviä. Analyyttinen geometria 2016

Lectio Praecursoria: Epälokaali epälineaarinen potentiaaliteoria ja fraktionaaliset integraalioperaattorit

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

MAIDON PROTEIININ MÄÄRÄN SELVITTÄMINEN (OSA 1)

Antibody-Drug conjugates: Basic consepts, examples and future perspectives

Formiaattimolekyylin dissosiaation määritys platina- ja rodiumpinnoilla laskennallisesti

Suora. Hannu Lehto. Lahden Lyseon lukio

DNA:n informaation kulku, koostumus

Perunan tummuminen. Pohjoisen Kantaperuna Paavo Ahvenniemi

Fysiikan, kemian ja matematiikan kilpailu lukiolaisille

Transkriptio:

ELEC-C2210 Molekyyli- ja solubiologia Entsyymikatalyysi Vuento & Heino ss. 66-75 ECB: Luku 3, s. 90-93 & luku 4, s. 144- Dos. Tuomas Haltia, Biotieteiden laitos, biokemia ja biotekniikka

Miten entsyymit toimivat? Spesifisyys: katalysoivat vain tiettyä reaktiota Nopeuttavat reaktiota tyypillisesti miljardikertaisesti tai enemmän Toimivat fysiologisissa oloissa (ph, lämpötila, ionivahvuus)

Tässä luennossa: Entsyymit = Proteiineja, jotka katalysoivat kemiallisia reaktioita Eivät itse kulu reaktiossa Nopeuttavat reaktioita ratkaisevasti Sitovat reaktantit katalyysin aikana Eivät voi muuttaa reaktion termodynamiikkaa eli sitä, onko reaktio energeettisesti suotuisa vai ei Vain energeettisesti suotuisa (= alamäkeen oleva ) reaktio voi tapahtua (muttei välttämättä tapahdu!)

Entsyymit määräävät, mitä solussa tapahtuu

Aineenvaihdunta (metabolia) riippuu siitä, mitkä entsyymit ovat aktiivisia

Entsyymit keskeisiä Geneettisissä taudeissa (tietty entsyymi inaktivoitunut mutaation seurauksena) Häiriötiloissa, joissa syynä on liiallinen entsyymiaktiivisuus (esim. tupakoitsijan keuhkolaajentuma; elastaasin inhibiittorin inaktivoituminen)) Lääkkeiden kohdemolekyyleinä (aspiriini, protonipumpun estäjät ) Diagnostiikassa (kudosspesifit isoentsyymit), esim. sydäninfarktin jälkeen Biotekniikassa

Entsyymikatalysoitu reaktio

Ei-katalysoitu reaktio on hidas, koska Lähtöainetta ja tuotetta erottaa toisistaan korkea energiavalli Alhaisessa lämpötilassa vain pienellä osalla lähtöainemolekyyleistä on riittävästi energiaa energiavallin ylittämiseen Energiavalli = Korkeaenerginen tila, siirtymätila, johon pääsemiseen tarvitaan aktivaatioenergia; jos aktivaatioenergiaa pystytään alentamaan reaktio nopeutuu

E+S ES EP E+P Reagoivat molekyylit eli substraatit (S) sitoutuvat entsyymin aktiiviseen keskukseen Sitoutumisenergia ( katalyysi!) Syntyy ES-kompleksi Aktiivisessa keskuksessa substraatti muuttuu tuotteeksi P Aktiivinen keskus on spesifinen osa entsyymin 3-ulotteista rakennetta

ES-kompleksi perustuu heikkoihin sidoksiin joita on paljon

ENTSYYMIKATALYYSI PERUSTUU AKTIVAATIOENERGIAN ALENTAMISEEN Entsyymit EIVÄT vaikuta reaktion tasapainovakioon eli entsyymit nopeuttavat vain reaktioita joiden energetiikka on suotuisa (reaktiot alamäkeen ) MITEN aktivaatioenergiaa alennetaan? Käyttämällä sitoutumisenergiaa siirtymätilan stabiloimiseen

Aktivaatioenergia johtuu lähtöainetta ja tuotetta erottavasta korkeaenergisestä siirtymätilasta. Aktivaatioenergian alentaminen = siirtymätilan stabilointi; entsyymin aktiivinen keskus on komplementaarinen siirtymätilalle Siirtymätila = reaktiopolun energiaprofiilin korkeimmassa kohdassa esiintyvä hyvin lyhytikäinen molekyylirakenne

Entsyymit alentavat aktivaatioenergiaa Sitomalla substraatin spesifisesti kuitenkin siten, että kaikkein tiukimmin sitoutuu siirtymätila Käyttämällä sitoutumisenergiaa substraatin vääntämiseen reaktiolle otollisempaan konformaatioon Orientoimalla substraatin ja katalyyttiset ryhmät optimaalisesti Pitämällä veden poissa reagoivilta pinnoilta Keskeisin tekijä on sitoutumisenergia!

Entsyymit stabiloivat siirtymätilaa Substraattien keskinäinen asema eri mekanismein Varausten liikuttaminen Substraatin vääntäminen

STIKKAASI! Pelkkä substraatin sitominen ei johda katalyysiin, vaan päinvastoin substraatin stabiloitumiseen!

ENTSYYMIT Katalyyttejä joissa Aktiivinen keskus joihin Substraatit sitoutuvat Tämä johtaa Siirtymätilan stabiloitumi-seen ja edelleen Aktivaatioenergian alenemiseen Tuloksena on reaktionopeuden kasvu Huom. entsyymi ei vaikuta reaktion tasapainotilaan eli lähtöaineen ja tuotteen määrään tasapainotilassa! (Mutta nopeuttaa tasapainon saavuttamista.)

AKTIIVINEN KESKUS JA SATURAATIOKINETIIKKA Michaelis-Mentenin yhtälö: V o = V max [S] / K M + [S] V max Nopeus kun entsyymi on saturoitunut substraatilla K M = se substraattikonsentraatio jossa v = ½ V max

Lineweaver-Burk -kuvaaja Saadaan Michaelis- Mentenin yhtälöstä 1/V 0 = (K M /V max ) 1/[S] + 1/V max On muotoa y = ax + c eli suoran yhtälö.

Kilpaileva inhibitio Inhibiittori tyypillisesti muistuttaa substraattia ja sitoutuu siis aktiiviseen keskukseen Lineweaver-Burk: K M kasvaa

Lineweaver-Burk kompetitiivisen inhibiittorin läsnäollessa Kulmakerroin muuttuu, leikkauspiste ei vain K M muuttuu

Ei-kilpaileva (unkompetitiivinen) inhibiittori sitoutuu vain ES-kompleksiin Leikkauspisteet akseleilla muuttuvat, mutta kulmakerroin ei K m ja V max alenevat kummatkin samaan tahtiin

Erään entsyymin mekanismi Esimerkki: http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/ch ymotrypsin.html Chymotrypsin Mechanism Kymotrypsiini: rakenne, aktiivinen keskus, sitoutumisenergian käyttö, siirtymätila, kovalenttisesti sitoutunut välituote

Kymotrypsiinin spesifisyys (proteaasi joka katkaisee peptidisidoksen ison hydrofobisen ah:n karboksipuolelta)

Tasomainen peptidisidos on inertti (vaikka hydrolyysireaktio on vesiliuoksessa termodynaamisesti alamäkeen)

Kymotrypsiinin sekvenssi (primaarirakenne)

KYMOTRYPSIINI ja sen AKTIIVINEN KOHTA Punainen = aktiivinen keskus Vihreä = substraatin sivuketjun sitoutumiskohta

KATALYYTTINEN TRIADI Vetysidos vahvistuu substraatin sitoutuessa muuttuu reaktiivisemmaksi! Ser-195

Kymotrypsiinin reaktiiviinen seriini: katalyyttisen triadin merkitys

KYMOTRYPSIININ MEKANISMI

Toinen esimerkki: lysotsyymi Puolustusentsyymi: pilkkoo bakteerin soluseinää reikä bakteerin kuolema Hydrolysoi soluseinän polysakkaridin tietyn glykosidisen sidoksen Reaktion vapaan energian muutos on negatiivinen, mutta ilman entsyymiä reaktion tapahtuminen kestää vuosia

Katalysoimaton reaktio on usein hyvin hidas!

Lysotsyymi sitoo kuuden sokerin pätkän ja pilkkoo sen kahteen osaan

Lysotsyymin ES-kompleksi

Lysotsyymin mekanismi: sitoutumisenergia vääntö kohti siirtymätilaa & Glu-35 ja Asp-52