Post on 31-Aug-2019
transcript
Enzimele – catalizatori biochimici
Procesele biologiceReactii chimice
Enzime
Aplicatii in
industrie
alimentara
detergentilorfarmaceutica
Shewale-Enzymes Everywhere-1996
Emil Duclaux (1883)
Prima nomenclatura a enzimelor
Substrat + aza
Enzima
Uree + aza
Ureaza
http://study.com/academy/lesson/
o Gabriel Gustav Valentin (1844)
sucul pancreatic descompune
alimentele in timpul digestiei
http://www.slideshare.net/SECBIO/
digestion-29026783
o Theodor Schwann (1836)
descopera pepsina
“Despre esenta digestiei”
Procesul de digestie
o E.F. Hoppe-Seyler
1862 hemoglobina cristalina
1871 descoperirea invertazei
1875 metoda de clasificare a proteinelor
Cristal de hemoglobina ovina
http://images.nigms.nih.gov/
Cristal de tripsina porcina
L. Pasteur (1876) descoperirea organismelor
anaerobe-Studii asupra berii, alterarea ei si cauzele
care o provoaca
Cai matabolice alternative care
preced procesul de glicoliza
Alba-Lois, L. & Segal-Kischinevzky, C. (2010)
Beer & Wine Makers. Nature Education 3(9):17
www.studyblue.com
Tipuri de microorganisme
Jokichi Takamine (1894)
Aspergillus oryzae
Taka-diastaza, amilaza (1894)
Alfa-amilaza (salivara)
PDB 1smd
o Eduard Buchner (1897)
descopera zimaza care
converteste zaharul in
alcool
o Fratii Buchner
drojdei uscata
fermentatia alcoolica
http://www.preproom.org/practicals
-1913-
ecuatia care cuantifica
cataliza enzimei
Leonor Michaelis Maud Leonora Menten
Dezvoltarea enzimologiei mecanistice
o James B. Sumner
1926 cristalizarea
ureazei
1946 premiul
NobelStructura ureazei
(fasole PDB4GY7)
Sir Arthur Harden
Premiul Nobel pentru chimie
fermentatia zaharului (1929)
Hans von Euler-Chelpin
Dezvoltarea enzimologiei mecanistice
o O. H. Warburg (1931)Premiul Nobel pentru fiziologie
si medicina - descoperirea
enzimelor respiratorii
J. D. Bernal (1934)
prima fotografie prin
difractie cu raze X (pepsina)
1924 “On metabolism of tumors,”
stated, “Summarized in a few words, the
prime cause of cancer is the replacement of
the respiration of oxygen in normal body
cells by a fermentation of sugar.”
Dezvoltarea enzimologiei mecanistice
o H. Theorell (1955)
Premiul Nobel pentru
fiziologie si medicina
studiul enzimelor de oxidare
o John H. Northrop (1946)
premiul Nobel
cristalizarea unor enzime
Dezvoltarea enzimologiei mecanistice
G. W. Beadle
Premiul Nobel pentru fiziologie
si medicina
gasirea unor corespondente
intre gene si enzime (1958)
E. L. Tatum
Bacillus licheniformis
Proteaze in industria detergentilor (1960)
o C. B. Anfinsen
1959 Fundamentul molecular
al evolutiei - bazat pe cercetarile
asupra enzimelor
1971 impreuna cu S. Moore si
W. H. Stein premiu Nobel
pentru chimie pentru
cercetarile
asupra enzimelor
1959- Premiul Nobel pentru
fiziologie si medicina
S. Ochoa W. Kornberg
Producerea acizilor nucleici cu ajutorul enzimelor
Premiul Nobel pentru chimie
studiul hemoproteinelor
difractie cu raze X (1962)
J. C. Kendrew M. F. Perutz
o Hamilton Othanel
Smith (1970) izoleaza
prima enzima de
restrictie
Producerea acizilor nucleici cu ajutorul enzimelor
1970 Virusii contin o ADN polimeraza
- dezvoltarea ingineriei genetice
H. M. Temin D. Baltimore
1975 P. Nobel pentru fiziologie si medicina
D. Nathans
1971 obtin diferite enzime de restrictie
1978 Premiu Nobel pentru fiziologie si
medicina
H. Smith
Folosirea enzimelor de restrictie
in ingineria genetica
Enzimele de restricție
H. W. Boyer
(1973)
Producerea
ADNului
in Ecoli
Exemple de inhibitori (medicamente)
Inhibitor/
Medicament
Boala/
contextul
Enzima
Inhibată
Acyclovir
Ciclosporina
DuP450
Fluorouracil
Phenelzine
Zileuton
herpes
transplant
de organe
SIDA
cancer
depresie
alergie
ADN polimeraza
Ciclofilina/
Calcineurina
proteaze HIV
timidilat sintaza
monoamin-oxidaza (creier)
5-lipoxigenaza
phenelzine
Monoamin oxidaza A
Inhibitori folositi drept medicamente
Ramsey, R.R:, Tipton, K. H.
Molecules 2017, 22(7), 1192aadrenalina
Viagra inhiba fosfodiesteraza PDE5
Inhibitori enzimatici - medicamente
Guazzi, M., Circ Heart Fail. 2008;1:272-280
Sildenafil
(Viagra)
En = in zima = drojdie
Enzime -Terminologie
Enzima + Substrat Enzima + Produs
25000 de enzime
3000 caracterizate
300 cristalizate
https://cdn.thinglink.me/
Enzimele Proteine
Proprietati importante
Puterea catalitica
Specificitate
Activitate controlata
Compusi naturali
http://book.bionumbers.org/
Puterea catalitica
Cresterea vitezei de reactie Ordin de
magnitudine
Creatin kinaza 4
Alcool dehidrogenaza 8
Hexokinaza 10
Fosforilaza 11
Ureaza 14
Orotidin-5-fosfat decarboxilaza 17
Ureaza este prima enzimă izolată în stare
pură cristalină;
J.B. Sumner (1926) a izolat ureaza din
fasole (Canavalia ensiformis)
Helicobacter pyloriPhaseolus vulgaris
este produsă de o serie de plante, fungi şi bacterii:
Ureaza
• Obtinerea extractelor enzimatice
Sursa Mojarare Sonicare
CentrifugareFiltrareExtractul
enzimatic
Tampon
1,3- control;
2-extract din fasole verde;
4-extract din seminţe de pepene roşu;
Ureaza
Specificitate
Fosforilarea
aldozelor
de grup
Hexokinazele
absoluta
endonucleazele
GAATTC
CTTAAG
5’
5’
3’
3’
EcoR I
AGGCCT
TCCGGA
5’
5’
3’
3’
Stu I
http://www.namrata.co/ http://hawaiireedlab.com/
Stereospecificitatea
Recunoastere
Izomer optic
Izomer geometric
Lactobacillus plantarum
Ecoli LDHDym et al., PNAS, 2000
Lactat dehidrogenaza
distributia izoenzimelor in organe/tesuturi
Stereospecificitatea
http://vignette3.wikia.nocookie.net/
Metalul Enzima
Na
K
Mg
Fe
Zn
Mo
Cu
-D-glucohidrolaza din intestin
Piruvat kinaza
Hexokinaza, Piruvat-kinaza,
Adenozintrifosfataza
Catalaza, Peroxidaza,
Nitrogenaza
Alcooldehidrogenaza,
Carboxipeptidaza
Xantinoxidaza, Nitrogenaza
Citocrom c oxidaza, Amin-
oxidaza
Influenta unor factori asupra activitatii catalitice
Ionii metalici
Centru catalitic al
Carboxipeptidazei A
http://www.mun.ca/biology
Cofactorii organici
biotina
piridoxal
Acid lipoic
Tiamin difosfat
Structura succinat dehidrogenazei
https://openi.nlm.nih.gov/
Clasificarea enzimelor
3 paliere
Denumire uzuala
Denumire stiintifica
EC
1. Denumire uzuala
enzima “galbena”
catalaza
papaina
tripsina
rodanazaStructura 3D a enzimei “galbene”
Williams & Bruce, Microbiology,
2002, 148, 1607
Aox + Bred Ared + Box
donor:acceptor-oxidoreductaza
Oxidoreductazele
Gliceraldehidfosfat-dehidrogenaza
2. Denumire stiintifica
PDB:2CZC
vLCAD-2 (ACAD-9)
C16:0 ; cis-9-C16:1 ; cis-9,12-C18:2
Gel filtrareDimer
Ensenauer, R. et al.
JBC 90, Jun (2005)
vLCAD-1 / >C16
Gel filtrareDimer
Zhang, J. et al, BBRS
297, 1033-1042
ETF
ETF
DH
Lant respirator
i2VD (SBCAD) / iLeuCOSCoA
Uman+aceto-acetil-CoA
Tetramer, Res 2.6 Å
Preliminary data
i3VD / i3vCOSCoA
Tiffany, K. A. et al.
Biochemistry 36,
8455 (1997)
Tetramer, Res 2.6 Å
iBD / iBuCOSCoA
Uman + iBD-CoA
Battaile, K. P. et al.
JBC 279,
16526 (2004)
Tetramer, Res 1.8 Å
GD / GCOSCoA
Uman +4-NBCoA
Fu, Z et al.
Biochemistry 43,
9674 (2004)
Res 2.1 Å
e-
e-
2
e-
R3
|
R1— C=C—COSCoA
|
R2
+2H+
MCAD/C6—C10
S.s. +C8CoA
Kim, J.-J. et al.
PNAS 90, 7523
(1993)
Res 2.4 Å
SCAD/C4—C6
M.e. + 3-keto-C4CoA
Djordjevic, S et al.
Biochemistry 34,
2163 (1995)
Res 2.5 Å
LCAD/C10—C18; C12
Eder, M. et al, EJB,
245, 600-607
Gel filtrareTetramer
-oxidarea
mitochondriala
Catabolismul
aminoacizilor
Oxidarea acizilor grasi
Oxidoreductazele
0
20
40
60
80
100
120
4 6 8 10 12 14 16 18
rela
tive
activ
ity
substrate chain length
LCAD VLCADMCADSCAD
MCAD tetramer (D = 90 Å)
MCAD – enzima care catalizeaza prima
etapa din cadrul oxidarii acizilor grasi cu
lant mediu (C4-C16)
Mutatii punctiforme G985A sau K304E
la interfata dintre monomeri
Fro
m K
im, J.-J., S
., Miu
ra, R,
Eu
r. J.B
ioch
em.2
71
, 48
3-4
93 (2
00
4)
Proprietati selectate ale MCAD
Oxidoreductazele
Ghisla, S.& Thorpe, C.,J. Biochem. 271, 496 (2004)
Lehman, S.& Thorpe, C., Biochemistry 29, 10594 (1990)
Mecanismul de reactie si determinarea
activitatii enzimatice
Oxidoreductazele
CYP 1A1
Citocrom P450
familia
subfamilia
Primul membru
al subfamiliei
Nomenclatura
citocrom P450
Shewale – Enzyme everywere - 1996
Transferazele
Aminotransferazele
30% din totalul enzimelor
Alanil-aminotrasferaza umana 1 (EC 2.6.1.2) + piridoxal fosfat
http://www.thesgc.org/structures/3ihj
Aspartat-aminotransferaza
L-aspartat: -cetoglutarat- aminotransferaza
sau glutamat-oxaloacetat-trasaminaza, TGO
TGO: forma citozolica
forma mitocondriala
TransferazeleAminotransferazele
www.med4you.at
Atac de cord– TGO
Injurii musculare
alanin-aminotransferaza
(L-alanin--cetoglutarat- aminotransferaza
glutamat-piruvat transaminaza, TGP)
ficatul afectat – TGP
în sistemul sangvin
TransferazeleAminotransferazele
http://www.medicinenet.com/
liver_blood_tests
Hidrolazele-Amilazele
-amilaza salivara
umana
PDB 1SMD
E.C. 3.2.1.1
Ionul de Cl- (verde)
-amilaza
PDB 1BYA
EC 3.2.1.2
Izomerazele
Izomerazele
Racemaze
Epimeraze
Cis-Trans Izomeraze
Tautomeraze
Catalizeaza rearanjarea unor legaturi dintr-o molecula
Racemazele
Amino-acid racemazele
L-aminoacid D-aminoacid
Racemaze
Alanil-racemaza
Metionin-racemaza
Glutamat-racemaza
Structura alanil racemazei (S Aureus)Scaletti, Acta Cryst, D68, 82-92, 2012
Protein disulfid izomeraza
• >10 proteine de tip PDI in tesuturile umane
Gruber, CW et al. TIBS, 2006, 31: 455-464.
ox
red
Izomerazele
https://www3.nd.edu/
Sintetaze (ligaze)
Acetil-CoA sintetaza
fiecare molecula ARNt
un aminoacid
Aminoacil-adenilat
(anhidrida mixta)
Aminoacil-ARNt
Aplicatii ale enzimelor in industrie
Enzimele din detergenti
Avantajele folosirii enzimelor
Concentratii
reduseActioneaza
la T mica
Biodegradabilitate
Amestecuri adaptate
de enzime hidrolitice
Marirea performantei
detergentilor moderni
Atuurile enzimelor
Activitate hidrolitica ridicata
Specificitate redusa
Functionali la pH alcalin/
prezenta inalbitorilor
Enzimele modificate:
activitate mare 20 – 40 C
www.kaolaundry.com.sg
ww
w.b
uyk
ore
a.o
rg
Enzimele in industria detergentilor
Conditiile de spalare
o Parametrii (T, pH, c)
Actiunea sinergetica a enzimelor + alte ingrediente
Amestecul
enzimatic
Proteaze
Amilaze
Lipaze
Indepartarea
particulelor de sol
murdariei din produsele naturale
http://biology-igcse.weebly.com/
Enzimele in industria detergentilor
Hidrolaze din detergenti
Proteazele alcaline
M ~ 24 KDa
Efectul: hidroliza legaturilor peptidice
indepartarea proteinelor de pe fibra
pHoptim = 10-11
Toptima = 60 oC
Functia: îndepărtarea resturilor de iarbă, mucus,
excremente, sânge, sos, spanac,
produselor alimentare (gălbenușului de ou)
Shawale-Enzyme Everywhere-1996
Enzimele in industria detergentilor
Hidrolaze din detergenti
Proteazele alcaline - subtilizina
Bacillus licheniformis
Structura cristalina a proteazei alcaline (B. lentus)
Triada catalitica Asp 32-His62-Ser215 (cian)
Galben: ioni de calciu
Goddette et al., J. Mol Biol. (1992) 228: 580-595
Enzimele in industria detergentilor
Hidrolaze din detergenti
Proteazele alcaline – subtilizina- serin proteaze
Reactia de hidroliza mediata de serin proteaze
Reactia de acilare – etapa determinanta de viteza
Reactia de dezacilare – viteza de 33 mai mare decat acilarea
Branden & Tooze (1999) Introduction to protein structure. Garland Publishing, Inc.
Enzimele in industria detergentilor
Hidrolaze din detergenti
-Amilaze
M ~ 40-50 KDa
Efectul: hidroliza legaturilor -1,4-glicozidice (polizaharide)
indepartarea amidonului
pHoptim = 8
Toptima > 60 oC
Functia: îndepărtarea pastelor, sosurilor (de carne),
budincii, cacao (ciocolată), alimentelor pentru
copii, cartofi
-Amilaza microbiana
de Souza, Br. J. Microbiol. (2010) 41: 850-861
Enzimele in industria detergentilor
Hidrolaze din detergenti
Celulazele
M ~ 52 KDa
Efectul: hidroliza legaturilor -1,4-glicozidice (din celuloza amorfa)
descompunerea microfibrilelor, îndepărtarea murdăriei solide
pHoptim = 7-10
Toptima = < 60 oC
Functia: Obtinerea de fibre fine proeminente;
Intensificarea culorii, previne albirea
Joana L. A. Brás et al. PNAS 2011;108:5237-5242
Enzimele in industria detergentilor
Hidrolaze din detergenti
Celulazele
descompunerea
microfibrilelor
Lanturi de celuloza (galbena) aflate in exteriorul microfibrilelor de celuloza cristalina
http://www.viostel.ro/pics/
Enzimele in industria detergentilor
Hidrolaze din detergenti
Lipazele
M ~ 52 - 67 KDa
Efectul: hidroliza gliceridelor
pHoptim = 10
Toptima = 60 oC
Functia: Indepărtarea uleiurilor, margarinei, grăsimilor, cosmeticelor
(make up, cremelor de soare, rujului)
Lipaza din P. mendocina
http://www.iitg.ernet.in/tldb/ P. mendocina si
particule de hematita
https://microbewiki.kenyon.edu