Biochemie I
Hoofdstuk 3: Enzymen
Inhoudsopgave
1 Wat zijn enzymen en hoe gaan ze te werk? ........................................................................................................ 2
1.1 De enzymologie bezit een rijke geschiedenis .............................................................................................. 2
1.2 Nagenoeg alle enzymes zijn eiwitten en worden onderverdeeld naargelang het soort reactie die ze
katalyseren................................................................................................................................................................ 2
1.3 Enzymen zijn uiterst specifieke katalysatoren die niet de ∆G, maar de snelheid van een reactie
beïnvloeden ............................................................................................................................................................... 4
1.4 Enzymen katalyseren reacties door specifieke en optimale interacties aan te gaan met de
transitietoestand....................................................................................................................................................... 6
2 Enzymekinetiek.................................................................................................................................................. 8
2.1 De kinetiek is de studie van reactiesnelheden ..................................................................................................... 8
2.2 De Michaelis-Menten vergelijking beschrijft de kinetische eigenschappen van veel enzymen ........................... 9
2.3 De Michaelis-Menten vergelijking kan op verschillende manier gelineariseerd worden .................................. 15
2.4 Enzymen kunnen geïnhibeerd worden door specifieke moleculen .................................................................... 17
3 Katalytische strategieën ................................................................................................................................... 22
3.1 Proteasen vergemakkelijken een van nature moeilijke reactie ......................................................................... 22
3.2 Het reactiemechanisme van enolase vereist metaalionen ................................................................................ 31
4 Regulatorische enzymen .................................................................................................................................. 31
4.1 De activiteit van enzymen kan op verschillende manier gereguleerd worden .................................................. 31
4.2 De activiteit van aspartaat transcarbamoylase wordt op allosterische wijze gereguleerd door het eindproduct
van haar metabolische pathway ............................................................................................................................. 33
,1 Wat zijn enzymen en hoe gaan ze te werk?
1.1 De enzymologie bezit een rijke geschiedenis
Een groot deel van de geschiedenis van de biochemie is de geschiedenis van de enzymologie (de
tak van de biochemie die zich bezighoudt met enzymen; enzymonderzoek)
Neem sucrose (een disacharide bestaande uit glucose en fructose; hoofdstuk 4)
De omzetting van sucrose in CO2 en H2O in aanwezigheid van zuurstof is een zeer exergetisch
proces (ΔG < 0), waarbij energie vrijkomt die een organisme nodig heeft om te leven. Een zak
suiker kan echter jarenlang op de plank blijven liggen zonder enige duidelijke omzetting in CO2
en H2O
Hoewel dit chemische proces thermodynamisch gunstig is, is het zeer langzaam! Maar wanneer
sucrose door een organisme wordt geconsumeerd, geeft het zijn chemische energie in enkele
seconden vrij. Het verschil is katalyse!
1.2 Nagenoeg alle enzymes zijn eiwitten en worden onderverdeeld naargelang het soort
reactie die ze katalyseren
Met uitzondering van enkele katalytische RNA-moleculen zijn alle enzymen eiwitten. Daarom
hangt hun katalytische activiteit af van de integriteit van hun oorspronkelijke eiwitconformatie.
Als een enzym wordt gedenatureerd of uiteenvalt in zijn subeenheden, gaat de katalytische
activiteit gewoonlijk verloren (vgl. het Anfinsen-experiment).
De primaire, secundaire, tertiaire en quaternaire structuren van enzymen zijn essentieel voor
hun katalytische activiteit!
• Enzymen binden substraten met een hoge stereospecificiteit en voeren een chemische
reactie uit waarbij ze worden omgezet in producten
• De plaats waar het substraat wordt gebonden is de plaats waar de chemische reactie
plaatsvindt en wordt de actieve plaats van het enzym genoemd (ook wel katalytische
plaats genoemd)
, • De actieve plaats houdt gewoonlijk het substraat uit de oplossing
vast om een zeer gecontroleerde gekatalyseerde reactie te
garanderen
• De meeste enzymen hebben een cofactor (of co-enzym) nodig
voor hun activiteit
• Het enzym in afwezigheid van zijn cofactor wordt het apo-enzym
genoemd, terwijl het enzym in aanwezigheid van zijn cofactor het
holo-enzym wordt genoemd
• Cofactor: een anorganisch ion of een co-enzym dat nodig is voor enzymactiviteit
• Co-enzym: een organische cofactor die nodig is voor de werking van bepaalde enzymen
(vaak als vitaminebestanddeel)
De meeste in wateroplosbare vitaminen fungeren als cofactor, terwijl in vet oplosbare vitaminen
dat niet doen (maar wel betrokken zijn bij andere fysiologische functies). Zonder deze cofactoren
zouden enzymen niet in staat zijn metabolische reacties te katalyseren (cfr. lezingen van Prof.
Nina Hermans)
Tabellen niet kennen!
• Veel enzymen hebben hun naam gekregen door het achtervoegsel "-ase" toe te voegen
aan de naam van hun substraat of aan een woord of zin die hun activiteit beschrijft
• Enzymen worden ingedeeld op basis van de reacties die zij katalyseren
• De nomenclatuur van enzymen is over de hele wereld sterk georganiseerd en
gestandaardiseerd
• Nomenclatuurcomité van de Internationale Unie voor Biochemie en Moleculaire Biologie
( www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme )
, Het feit dat de natuur een beperkt aantal enzymtypes gebruikt, suggereert dat de natuur een
beperkt aantal reactietypes en geconserveerde katalytische strategieën gebruikt!
De natuur is geëvolueerd om efficiënt te zijn: "Als het niet kapot is, waarom het dan
repareren?"
1.3 Enzymen zijn uiterst specifieke katalysatoren die niet de ∆G, maar de snelheid van een
reactie beïnvloeden
• De meeste reacties in biologische systemen verlopen niet met waarneembare snelheid
bij afwezigheid van enzymen
• Enzymen versnellen reacties met factoren van wel een miljoen of meer
• Zonder katalyse zouden biochemische reacties niet op een bruikbare tijdschaal kunnen
plaatsvinden en dus geen leven in stand kunnen houden
Belangrijk is dat het enzym onveranderd blijft nadat de reactie heeft plaatsgevonden!
Een eenvoudige enzymreactie waarbij één substraat wordt omgezet in een product kan als volgt
worden geschreven:
waarbij;
- E: enzym
- S: substraat
- X‡: overgangstoestand
- P: product
- ES: enzym-substraatcomplex
- EP: enzym-productcomplex
- EX‡: complex enzym-overgangstoestand
- Omdat het enzym niet verandert als gevolg van de reactie, zou
men kunnen schrijven;
• Een zorgvuldige analyse van de reactie in thermodynamische termen zal veel informatie
• Vergelijking van de Gibbs vrije energieën van substraat en product geeft informatie over
de spontaniteit ("drijvende kracht") van de reactie
• Een gunstige ΔG (exergetisch) betekent niet dat de omzetting van S naar P met een
detecteerbare snelheid zal plaatsvinden
Hoofdstuk 3: Enzymen
Inhoudsopgave
1 Wat zijn enzymen en hoe gaan ze te werk? ........................................................................................................ 2
1.1 De enzymologie bezit een rijke geschiedenis .............................................................................................. 2
1.2 Nagenoeg alle enzymes zijn eiwitten en worden onderverdeeld naargelang het soort reactie die ze
katalyseren................................................................................................................................................................ 2
1.3 Enzymen zijn uiterst specifieke katalysatoren die niet de ∆G, maar de snelheid van een reactie
beïnvloeden ............................................................................................................................................................... 4
1.4 Enzymen katalyseren reacties door specifieke en optimale interacties aan te gaan met de
transitietoestand....................................................................................................................................................... 6
2 Enzymekinetiek.................................................................................................................................................. 8
2.1 De kinetiek is de studie van reactiesnelheden ..................................................................................................... 8
2.2 De Michaelis-Menten vergelijking beschrijft de kinetische eigenschappen van veel enzymen ........................... 9
2.3 De Michaelis-Menten vergelijking kan op verschillende manier gelineariseerd worden .................................. 15
2.4 Enzymen kunnen geïnhibeerd worden door specifieke moleculen .................................................................... 17
3 Katalytische strategieën ................................................................................................................................... 22
3.1 Proteasen vergemakkelijken een van nature moeilijke reactie ......................................................................... 22
3.2 Het reactiemechanisme van enolase vereist metaalionen ................................................................................ 31
4 Regulatorische enzymen .................................................................................................................................. 31
4.1 De activiteit van enzymen kan op verschillende manier gereguleerd worden .................................................. 31
4.2 De activiteit van aspartaat transcarbamoylase wordt op allosterische wijze gereguleerd door het eindproduct
van haar metabolische pathway ............................................................................................................................. 33
,1 Wat zijn enzymen en hoe gaan ze te werk?
1.1 De enzymologie bezit een rijke geschiedenis
Een groot deel van de geschiedenis van de biochemie is de geschiedenis van de enzymologie (de
tak van de biochemie die zich bezighoudt met enzymen; enzymonderzoek)
Neem sucrose (een disacharide bestaande uit glucose en fructose; hoofdstuk 4)
De omzetting van sucrose in CO2 en H2O in aanwezigheid van zuurstof is een zeer exergetisch
proces (ΔG < 0), waarbij energie vrijkomt die een organisme nodig heeft om te leven. Een zak
suiker kan echter jarenlang op de plank blijven liggen zonder enige duidelijke omzetting in CO2
en H2O
Hoewel dit chemische proces thermodynamisch gunstig is, is het zeer langzaam! Maar wanneer
sucrose door een organisme wordt geconsumeerd, geeft het zijn chemische energie in enkele
seconden vrij. Het verschil is katalyse!
1.2 Nagenoeg alle enzymes zijn eiwitten en worden onderverdeeld naargelang het soort
reactie die ze katalyseren
Met uitzondering van enkele katalytische RNA-moleculen zijn alle enzymen eiwitten. Daarom
hangt hun katalytische activiteit af van de integriteit van hun oorspronkelijke eiwitconformatie.
Als een enzym wordt gedenatureerd of uiteenvalt in zijn subeenheden, gaat de katalytische
activiteit gewoonlijk verloren (vgl. het Anfinsen-experiment).
De primaire, secundaire, tertiaire en quaternaire structuren van enzymen zijn essentieel voor
hun katalytische activiteit!
• Enzymen binden substraten met een hoge stereospecificiteit en voeren een chemische
reactie uit waarbij ze worden omgezet in producten
• De plaats waar het substraat wordt gebonden is de plaats waar de chemische reactie
plaatsvindt en wordt de actieve plaats van het enzym genoemd (ook wel katalytische
plaats genoemd)
, • De actieve plaats houdt gewoonlijk het substraat uit de oplossing
vast om een zeer gecontroleerde gekatalyseerde reactie te
garanderen
• De meeste enzymen hebben een cofactor (of co-enzym) nodig
voor hun activiteit
• Het enzym in afwezigheid van zijn cofactor wordt het apo-enzym
genoemd, terwijl het enzym in aanwezigheid van zijn cofactor het
holo-enzym wordt genoemd
• Cofactor: een anorganisch ion of een co-enzym dat nodig is voor enzymactiviteit
• Co-enzym: een organische cofactor die nodig is voor de werking van bepaalde enzymen
(vaak als vitaminebestanddeel)
De meeste in wateroplosbare vitaminen fungeren als cofactor, terwijl in vet oplosbare vitaminen
dat niet doen (maar wel betrokken zijn bij andere fysiologische functies). Zonder deze cofactoren
zouden enzymen niet in staat zijn metabolische reacties te katalyseren (cfr. lezingen van Prof.
Nina Hermans)
Tabellen niet kennen!
• Veel enzymen hebben hun naam gekregen door het achtervoegsel "-ase" toe te voegen
aan de naam van hun substraat of aan een woord of zin die hun activiteit beschrijft
• Enzymen worden ingedeeld op basis van de reacties die zij katalyseren
• De nomenclatuur van enzymen is over de hele wereld sterk georganiseerd en
gestandaardiseerd
• Nomenclatuurcomité van de Internationale Unie voor Biochemie en Moleculaire Biologie
( www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme )
, Het feit dat de natuur een beperkt aantal enzymtypes gebruikt, suggereert dat de natuur een
beperkt aantal reactietypes en geconserveerde katalytische strategieën gebruikt!
De natuur is geëvolueerd om efficiënt te zijn: "Als het niet kapot is, waarom het dan
repareren?"
1.3 Enzymen zijn uiterst specifieke katalysatoren die niet de ∆G, maar de snelheid van een
reactie beïnvloeden
• De meeste reacties in biologische systemen verlopen niet met waarneembare snelheid
bij afwezigheid van enzymen
• Enzymen versnellen reacties met factoren van wel een miljoen of meer
• Zonder katalyse zouden biochemische reacties niet op een bruikbare tijdschaal kunnen
plaatsvinden en dus geen leven in stand kunnen houden
Belangrijk is dat het enzym onveranderd blijft nadat de reactie heeft plaatsgevonden!
Een eenvoudige enzymreactie waarbij één substraat wordt omgezet in een product kan als volgt
worden geschreven:
waarbij;
- E: enzym
- S: substraat
- X‡: overgangstoestand
- P: product
- ES: enzym-substraatcomplex
- EP: enzym-productcomplex
- EX‡: complex enzym-overgangstoestand
- Omdat het enzym niet verandert als gevolg van de reactie, zou
men kunnen schrijven;
• Een zorgvuldige analyse van de reactie in thermodynamische termen zal veel informatie
• Vergelijking van de Gibbs vrije energieën van substraat en product geeft informatie over
de spontaniteit ("drijvende kracht") van de reactie
• Een gunstige ΔG (exergetisch) betekent niet dat de omzetting van S naar P met een
detecteerbare snelheid zal plaatsvinden
