1 Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας - Ένζυμα: υπεροξειδάση, Τμήμα Τεχνολόγων γεωπόνων, ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ - Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας Ενότητα 6: Ένζυμα: υπεροξειδάση Γεώργιος Παπαδόπουλος Ελληνική Δημοκρατία Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Ηπείρου

2 Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας - Ένζυμα: υπεροξειδάση, Τμήμα Τεχνολόγων γεωπόνων, ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ - Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας Ενότητα 6: Ένζυμα: υπεροξειδάση Γεώργιος Παπαδόπουλος Καθηγητής Άρτα, 2015 Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου

3 Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας - Ένζυμα: υπεροξειδάση, Τμήμα Τεχνολόγων γεωπόνων, ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ - Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 3

4 Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας - Ένζυμα: υπεροξειδάση, Τμήμα Τεχνολόγων γεωπόνων, ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ - Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Χρηματοδότηση Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Ηπείρου» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα.

5 Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας - Ένζυμα: υπεροξειδάση, Τμήμα Τεχνολόγων γεωπόνων, ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ - Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Υπεροξειδάση Η μελέτη του ενζύμου της υπεροξειδάσης θα μας φέρει μνήμες από τα παιδικά μας χρόνια όπου σε κάθε μικρή πληγή μας κάποιος έτρεχε να μας βάλει οξυζενέ (υπεροξείδιο του υδρογόνου, Η 2 Ο 2 ). Μόλις έπεφτε η πρώτη σταγόνα οξυζενέ στην πληγή, μας έτσουζε και βλέπαμε να ξεπετούν φυσαλίδες μέσα από τη πληγή. Οι φυσαλίδες δεν ήταν τίποτε άλλο από το αέριο οξυγόνο που παράγεται από την υπεροξειδάση και την καταλάση, ένζυμα που υπάρχουν σε μεγάλες ποσότητες σε ανθρώπινους ιστούς, αλλά όχι σε μικρόβια. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι πολύ αντιδραστική ένωση και τροποποιεί όποια ουσία έρχεται σε επαφή μαζί του. Στα μικρόβια, μπορεί να τροποποιήσει μόρια της μεμβράνης τους έτσι ώστε να απενεργοποιηθούν. Είναι λοιπόν ένα πολύ καλό αντι-μικροβιακό αντιδραστήριο. 5

6 Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας - Ένζυμα: υπεροξειδάση, Τμήμα Τεχνολόγων γεωπόνων, ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ - Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Υπεροξειδάση Ο λόγος που το υπεροξείδιο του υδρογόνου έχει μικρή μόνον επίδραση στα ζώα ή στα φυτά είναι ότι αυτά διαθέτουν ένζυμα (υπεροξειδάσες, καταλάσες) τα οποία καταλύουν τη μετατροπή του σε νερό και αέριο οξυγόνο, ουσίες που είναι αβλαβείς και για τα ζώα και για τα φυτά: Τα ένζυμα αυτά ανήκουν στην κατηγορία των οξειδοαναγωγασών Η αντίδραση είναι μια οξείδωση του ενός μορίου υπεροξειδίου σε αέριο οξυγόνο, Ο 2, με παράλληλη αναγωγή του δεύτερου μορίου υπεροξειδίου, από τη μεταφορά των δύο ατόμων υδρογόνου από το πρώτο μόριο υπεροξειδίου στο δεύτερο, ώστε να προκύψουν δύο μόρια ύδατος. 6

7 Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας - Ένζυμα: υπεροξειδάση, Τμήμα Τεχνολόγων γεωπόνων, ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ - Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Υπεροξειδάση Η παρακολούθηση της αντίδρασης είναι άμεση, παρατηρώντας την ύπαρξη φυσαλίδων στο διάλυμα. Εναλλακτικά, θα μπορούσε με πιο πολύπλοκο τρόπο να μετρηθεί ποσοτικά η παραγωγή οξυγόνου (π.χ. με ηλεκτρόδιο οξυγόνου). Τα ένζυμα αυτά έχουν ως προσθετική ομάδα ένα μόριο αίμης, με σίδηρο (Fe 2+ ) ως το κεντρικό μεταλλικό κατιόν. Ο σίδηρος συμμετέχει στη κατάλυση όντας ουσιαστικό μέρος του ενεργού κέντρου (Εικόνα 1). Αρκετά από αυτά, όπως εκείνο της Εικόνας 1 (υπεροξειδάση από φλοιό σπόρου σόγιας) περιέχουν επίσης και δύο ιόντα ασβεστίου ανά μόριο ενζύμου. Αυτά τα ιόντα δεν συμμετέχουν στη κατάλυση, διαμορφώνουν όμως το περιβάλλον του ενεργού κέντρου, έτσι ώστε αυτό να έχει τη συγκεκριμένη γεωμετρική διάταξη που ευνοεί την πολύ αποτελεσματική κατάλυση. Οι υπεροξειδάσες και οι καταλάσες, επειδή έχουν προσθετική ομάδα αίμης που συμμετέχει στη κατάλυση, αναστέλλονται ειδικά από ένα ισχυρό δηλητήριο, το αζίδιο του νατρίου, NaN 3. Θα χρησιμοποιήσουμε αυτό το αντιδραστήριο με προσοχή, ώστε να δούμε πώς επιτυγχάνεται η αναστολή ενός ενζύμου. 7

8 Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας - Ένζυμα: υπεροξειδάση, Τμήμα Τεχνολόγων γεωπόνων, ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ - Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Υπεροξειδάση Απεικόνιση της τριδιάστατης δομής του ενεργού κέντρου και των θέσεων δέσμευσης ιόντων ασβεστίου της υπεροξειδάσης από τον φλοιό του σπόρου σόγιας. Το ενεργό κέντρο αποτελείται από ένα μόριο αίμης (απεικονίζεται ως χωροπληρωτικό μοντέλο, με το ιόν σιδήρου, Fe 2+, ως σκούρο μπλέ, τα άτομα άνθρακα ως γκριζομαύρα, οξυγόνου ως κόκκινα, αζώτου ως ανοιχτά μπλε και υδρογόνου ως γκριζοάσπρα), τα κατάλοιπα αργινίνης 38 +, ιστιδίνης 42 και προλίνης 139 (εμφανίζονται ως σκελετικά μοντέλα), και διάφορα μόρια ύδατος (W1 έως W6, ως χωροπληρωτικά μοντέλα). 8

9 Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας - Ένζυμα: υπεροξειδάση, Τμήμα Τεχνολόγων γεωπόνων, ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ - Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Βιβλιογραφία 1. John Clark, Robert Switzer. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ. Παν/κές Εκδόσεις Κρήτης, Ηράκλειο, 1992, 2 η εκτύπωση, ΙΓ Γεωργάτσου, Δ. Κυριακίδης, Τ. Γιουψάνης, κ.ά. Εργαστηριακές Ασκήσεις Βιοχημείας. Εκδόσεις Ζήτη. Θεσσαλονίκη, Jeremy M. Berg, John L. Tymoczo, Lubert Stryer, ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, 5 η έκδοση, Α τόμος, Παν/κές Εκδόσεις Κρήτης, Ηράκλειο, Βλέπε και διαδικτυακό τόπο του βιβλίου Προσεχώς κυκλοφορεί η 7 η έκδοση Διαμαντίδη Γρ., ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, 3 η έκδοση, University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2007/ Campbell NA, Reece JB. Βιολογία, τόμος Ι. 8 η έκδοση, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, Ηράκλειο, 2010.

1010 Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας - Ένζυμα: υπεροξειδάση, Τμήμα Τεχνολόγων γεωπόνων, ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ - Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου 10 Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη Δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.

1 Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας - Ένζυμα: υπεροξειδάση, Τμήμα Τεχνολόγων γεωπόνων, ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ - Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου 11 Σημείωμα Αναφοράς Παπαδόπουλος, Γ. Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας. Τεχνολογικό Ίδρυμα Ηπείρου. Διαθέσιμο από:

1212 Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας - Ένζυμα: υπεροξειδάση, Τμήμα Τεχνολόγων γεωπόνων, ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ - Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 4.0 Διεθνές [1] ή μεταγενέστερη. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, Διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

1313 Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας - Ένζυμα: υπεροξειδάση, Τμήμα Τεχνολόγων γεωπόνων, ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ - Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Τέλος Ενότητας Επεξεργασία: Αντώνιος Σακελλάριος Άρτα, 2015

1414 Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας - Ένζυμα: υπεροξειδάση, Τμήμα Τεχνολόγων γεωπόνων, ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ - Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Τέλος Ενότητας Ένζυμα: υπεροξειδάση