Volledige samenvatting van het van enzymologie

Samenvatting Enzymologie 2020-2021



1 Enzymatische analyse
Enzymen (E) katalyseren een reactie waarbij een substraat (S) wordt omgezet in een product (P)
Enzymen = biologische katalysatoren
 37° - pH 7 – ATM
 Hoge specificiteit voor binden substraat
 Mogelijkheid tot regulatie
 Blijven onveranderd na reactie
 Verhogen snelheid van reactie
 Wijzigen de natuur van de reactie niet
 Verlaagt activeringsE (∆G’0ǂ ) van een reactie

∆G = ∆H – T ∆S
 G = Gibbs vrije E
 H = enthalpie (interne E)
 S = entropie (graad van wanorde)
 T = temperatuur (Kelvin)
Indien: ∆G = positief  endergonische reactie = E nodig  niet spontaan
∆G = negatief  exergonische reactie = E komt vrij  gebeuren spontaan

Evenwichtsconstante Keq
c d
[ C ] eq [ D ] eq
Keq = a b
[ A ]eq [ B ] eq
 Hoe groter Keq hoe mee reagentia worden omgezet naar producten om chemisch evenwicht
te bereiken.
c d
[C ]i [ D ]i
 ∆G = ∆G° + R.T ln a b
[ A ]i [ B ]i
o ∆G° = standaard vrije E onder standaard condities (25°C en 101,3kPa, pH = 7)
o R = gasconstante
o i staat voor initiële concentraties
 Chemisch evenwicht als ∆G = 0

 ∆G0’ = - R.T ln Keq
 ∆G°’ = constant voor elke chemische reactie, met of zonder katalysator
 ∆G = variabel afhankelijk van conc reagentia en prod

Reactiesnelheid
 Verandering van conc van stof gedurende bepaalde tijd
 rR + sS → pP + qQ
 V = k . [R]^ ρ [S]^σ
o k = snelheidsconstante
o σ en ρ bepalen de orde van de reactie
 Is afhankelijk van:
o De concentratie (of activiteit) van de reactanten
o De temperatuur
o De druk
o De aanwezigheid van een katalysator
o De aanwezigheid van straling, bijvoorbeeld fotokatalyse



1

,Samenvatting Enzymologie 2020-2021


1.1 Transitiestaat
= Hoog energetische tussenvorm = geactiveerde complex
 vluchtig moleculair moment  moeilijk te synthetiseren
Vereiste minimum E om transitiestaat te bereiken is de activerings E v/d reactie  uitgedrukt als ǂ
Katalysatoren verlagen de vrije energie Gǂ van de
transitietoestand en dus ook de activeringsenergie van
een reactie  snelheid van de reactie stijgt

Reactie intermediair = elke molecule die tijdens de
reactie gevormd wordt met een chemische levensduur
langer dan een moleculaire vibratie (10 -13 sec)

Reactie intermediair is NIET hetzelfde als transitiestaat
ǂ ΔSǂ/R
[AB ] = [A][B] e e-ΔHǂ/RT

Reactiesnelheid
RT
V=( ) K ǂ[A][B]= k [A][B]
NA h
 h: constante van Plack
 NA : getal van Avogadro
Kleine veranderingen in ∆Gǂ geven een grote
verandering in k.




 Enzym doet de snelheid van een reactie toenemen door de snelheidsconstante k te verhogen
door stijging van Kǂ (evenwichtsconstante) of verlaging van DGǂ
 ∆G0’ en K van de reactie blijven onveranderd!

Activeringsenergie: ∆G’0ǂ = ∆H’0ǂ - T∆S’0ǂ

De standaardeenheid (unit) is de hoeveelheid enzym dat de omzetting katalyseert van 1µmole
substraat per minuut onder welbepaalde voorwaarden van pH, temperatuur en ionensterkte.
SI eenheid voor katalytische activiteit: katal (kat) is de hoeveelheid activiteit nodig om 1 mol
substraat om te zetten per seconde.

Induced-fit model: actieve site veranderd van conformatie waneer het substraat eraan bindt  gaan
transitietoestand stabiliseren.
bv: binding van glucose aan hexokinase

Binding van het substraat:
De initiële fase van substraatbinding verloopt via niet-covalente verbindingen tussen substraat en
enzyme.
5 types niet-covalente bindingen die complex stabiliseren:
1. Waterstofbrug
o Polysacharide aan lysozyme
o Zwakke E
2. Elektrostatische interactie
o Geladen AZ oefenen een kracht uit op elkaar door de wet van Coulomb:


2

, Samenvatting Enzymologie 2020-2021


q1 q2 1
 F= k=
Dr 2 4 πε 0
 K = Constante van Coulomb
 D = diëlektriciteitsconstante
o vb: acetylcholine esterase heeft als substraat acetylcholine en katalyseert de reactie
acetylcholine naar choline

3. Hydrofobe interactie
o Niet-polaire AZ kunnen geen H-bruggen vormen met water  ontstaan hydrofobe
micro-omgeving.
o Geen netto lading, maar verdeling van elektronen kan leiden tot vorming dipool en
inductie van complementaire dipool (met aantrekkingskrachten: dispersiekracht van
London)
4. De overdracht van lading
o Ontstaan wanneer een molecule elektronen (mobiele pi-elektronen) gaat overdragen
naar een elektronen-arme omgeving  gepolariseerd geheel ontstaat.
5. De coördinatieve binding
o Metaalbinding
o Voor eiwitten zijn de elektronendonoren O-carboxyl, N-imidazole, N-peptidebinding,
N-aminogroep.
o Metaalionen welke coördinatieve bindingen vormen met atomen van enzymen zijn
Mn, Fe, Co, Ni, Cu en Zn.

Bindingsenergie = vrije energie die vrijkomt na binden van substraat aan enzym dmv
niet-covalente bindingen (∆GB). Deze energie zal helpen om de transitiestaat te bereiken, het zal de
∆H’0ǂ verkleinen, en hierdoor dus ook de ∆G’0ǂ .

2 Enzymkinetiek
2.1 Initiële snelheid van de enzymatische reactie
Omzetting van substraat in product is niet altijd lineair met tijd, snelheid van productvorming is
raaklijn aan curve en daalt met de tijd doordat:
 Het enzym zijn activiteit verliest bij temperatuur en pH van reactie
 Er terugvorming is van S uit P bij hoge productconcentraties
 Enzym geïnhibeerd wordt door gevormde producten
Om effecten uit te sluiten: initiële snelheid gebruiken  snelheid op t=0
2.1.1 Tijdsverloop van enzymatische reactie
Steady-state: vorming ES = afbraak ES
 Specificiteit van enzymatische reactie wordt bepaald door
vorming van complex van Michaelis. Veranderingen in
concentraties tijdens reactie  figuur
 Prestationaire fase: vorming van ES en omzetting naar product,
duur in orde van ms
 Stationaire fase waar ES concentratie en vorming van product
per tijdseenheid constant is, duurt zolang substraatconcentratie
enzym kan verzadigen
2.2 Enzymkinetiek
2.2.1 Effect van enzymconcentratie




3