2. Enzymes: Basic Concepts and Kinetics. Chapter 8

3. Inhoud. Inleiding enzymen. Thermodynamische grootheden als vrije energie die bepalen of een reactie verloopt. Transition state. Bepalen van de snelheid van een enzym gekatalyseerde reactie

4. Enzymen. Enzymen katalyseren reacties Ze zijn zeer specifiek. Meeste enzymen zijn eiwitten. Er zijn echter ook RNA-moleculen die enzymatische activiteit bezitten. Enzymen versnellen reactie. Veel enzymen bevatten cofactoren voor activiteit

5. Many enzymes require cofactors for activity. De activiteit van vele enzymen hangen af van de aanwezigheid van kleine moleculen (cofactoren) Apoenzym + cofactor = Holoenzym. Twee groepen cofactoren. Metalen Kleine organische moleculen (coenzymen). Prosthetic (sterke interactie); Co-substraten (zwakke interactie)

6. Proteolytische enzymen. Hydrolyse peptidebinding. Voorbeelden: Papain hydrolyseert iedere peptidebinding Trypsine: hydrolyseert peptidebinding aan de carboxylkant van lysine en arginine

7. Exotherme reactie Endotherme reactie ∆ G < 0 spontane reactie

8. Verandering van activeringsenergie

11.  G van een reactie. Concentraties 1 M  G =  G 0  G 0 is de vrij energie verandering van deze reactie onder standaard condities . A + B C + D  G =  G 0 + RT ln[C][D]/[A][B]

12.  G 0’ is de standaard vrije energie verandering bij pH=7 Bij evenwicht  G =0  G 0’ = -RT.ln[C][D]/[A][B]  G 0’ = -RT.ln K  G 0’ = -2,303 RT.log K K=10 -  G0’/2,303RT

13. Relatie tussen Δ G 0’ en K ’ K=10 -  G0’/2,303RT Bij verandering van de evenwichtsconstante met een factor 10 verandert Δ G 0’ met 5,69kJ/mol

14. Voorbeeld. Reactie in de glycolysis. Bij evenwicht [GAP]/[DHAP]=0.0475 bij 25 0 C R=8.315. 10 -3 KJ/mol 0 K Bereken de standaard vrije energie verandering.  G 0’ = -RT.ln[GAP]/[DHAP]

15.  G 0’ = -RT.ln[C][D]/[A][B] Antwoord; 7.53 kJ/mol Deze reactie is dus onder deze condities endotherm. Bereken nu wat de Δ G van de reactie is wanneer de concentratie van DHAP is 2. 10 -4 M en van GAP is 3 10 -6 M  G = 7.53 + RT.ln[GAP]/[DHAP] =-2.89 kJ/mol

16.  G =  G 0’ + RT ln[C][D]/[A][B] Antwoord: Δ G = -2,89 kJ/mol De negatieve waarde voor Δ G geeft aan dat de reactie exotherm is bij de boven gegeven concentraties.

17. Enzymen veranderen reactie- snelheid maar niet het evenwicht. S P K = [P]/[S]= k f /k r = 100. De evenwichtsconcentratie van P is een factor 100 groter dan van S. Door een enzym wordt evenwicht eerder bereikt, maar verschuift niet. 10 -6 s -1 10 -4 s -1

18. 8.3 Enzymes accelerate reactions by facilitating the formation of the transition state S X # P X# is transition state Δ G# = Gx# - Gs Δ G# is activatie energie.

19. Toename van reactie snelheid door enzym. S X# P Stel het enzym en substraat zijn in evenwicht (K # ). De snelheid (v) van productvorming is afhankelijk van de concentratie van X# De overall snelheid van de reactie is dan: V=v[X#]= kT/h [S] e - Δ G#/RT k is boltzmann constante h is constante van Planck. v

20.  G 0’ is de standaard vrije energie verandering bij pH=7 Bij evenwicht  G =0  G 0’ = -RT.ln[C][D]/[A][B]  G 0’ = -RT.ln K  G 0’ = -2,303 RT.log K K=10 -  G0’/2,303RT

21. Toename van reactie snelheid door enzym. S X# P Stel het enzym en substraat zijn in evenwicht (K # ). De snelheid (v) van productvorming is afhankelijk van de concentratie van X# De overall snelheid van de reactie is dan: V=v[X#]= kT/h [S] e - Δ G#/RT k is boltzmann constante h is constante van Planck. v

22. Voorbeeld. Stel de vrije activeringsenergie is 28,53 kJ/mol. Zie tabel 8.3 [X#]/[S] = 10 -5 Stel [S]=1 M V= 6,6 10 7 sec -1 Verandert de activeringsenergie bijv. met een waarde van 5,69, dan [X#]/[S] = 10 -4 De reactiesnelheid wordt een factor 10 hoger.

23. Samenvatting. Enzymen versnellen de reactie door afname van de activeringsenergie. De combinatie van substraat en enzym zorgt voor een reactie-pathway waarbij de transition state-energie lager is dan zonder enzym.

24. Vorming Enzym-substraat (ES) complex is eerste stap.

25. De active site is een 3 dimensionale ruimte (scheur) gevormd door groepen die komen van verschillende delen van de aminozuur volgorde.

26. Active site enzym. De active site is maar een klein onderdeel van het totaal volume van enzym. Active sites zijn unieke micro-omgevingen. Substraten zijn gebonden aan enzymen door een aantal zwakke interacties. De specificiteit van binding hangt af van de rangschikking van atomen in actieve site.

27. Vorming enzym-substraat complex. Lock and key model.

28. Induced fit model