Στρατηγικές κατάλυσης

Παρουσίαση με θέμα: "Στρατηγικές κατάλυσης"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Στρατηγικές κατάλυσης
ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014 Στρατηγικές κατάλυσης

2 ΕΝΖΥΜΑ Βιολογικοί καταλύτες: επιταχύνουν κατά πολύ (> 106) τη ταχύτητα των βιοχημικών αντιδράσεων χωρίς να αναλίσκονται σε αυτές. 99,9 % των ενζύμων είναι πρωτεΐνες και το υπόλοιπο 0,1 % είναι κυρίως ριβοσωματικό RNA. Δεν αλλοιώνουν την χημική ισορροπία μιας αντίδρασης, απλά συντομεύουν κατά 1 εκατομμύριο φορές και άνω, τον χρόνο επίτευξης αυτής της ισορροπίας Έχουν μεγάλη εξειδίκευση (κάθε μια από τις περ βιοχημικές αντιδράσεις έχει το δικό της ένζυμο που την καταλύει).

3 ΕΝΖΥΜΑ (συν.) Η εξειδίκευση των ενζύμων επεκτείνεται και στην απαίτηση που έχουν αρκετά από αυτά για κατάλυση παρουσία συνενζύμου (βιταμίνης ή παράγωγού της) ή/και μεταλλικού συμπαράγοντα. Η εξειδίκευση των ενζύμων μεσολαβείται από το ενεργό τους κέντρο, μια διάταξη μερικών αμινοξέων οι πλευρικές αλυσίδες των οποίων σχηματίζουν μια θήκη μέσα στην οποία δεσμεύονται τα υποστρώματα, με τους προς διάσπαση δεσμούς των να βρίσκονται υπό ένταση. Έτσι, διευκολύνεται η διάσπαση συγκεκριμένων δεσμών και η δημιουργία νέων, ώστε να έχουμε μετατροπή αντιδρώντων σε προϊόντα.

4 ΕΝΖΥΜΑ (συνέχεια) Η εξειδίκευση των ενζύμων, πέρα από τη συγκριμένη αντίδραση που καταλύουν, αφορά και τη βέλτιστη θερμοκρασία, και το βέλτιστο pH κατάλυσης. Η λειτουργία των ενζύμων αναστέλλεται από ειδικούς αναστολείς (π.χ. συναγωνιστικούς, μη συναγωνιστικούς, αυτοκτονίας (με ομοιοπολική σύνδεση με το ένζυμο)). Η μεγάλη πλειοψηφία των φαρμάκων είναι ενζυμικοί αναστολείς! Η βέλτιστη θερμοκρασία αφορά στο είδος του οργανισμού που το περιέχει (ποικιλόθερμος ή ομοιόθερμος κλπ). Το βέλτιστο pH συνήθως παραπέμπει σε συγκεκριμένο υποκυτταρικό διαμέρισμα όπου το ένζυμο βρίσκεται και λειτουργεί.

5 ΟΥΣΙΑ ΕΝΖΥΜΙΚΗΣ ΔΡΑΣΗΣ
1. Αποδιαλυτοποίηση υποστρώματος 2. Επαγόμενη προσαρμογή συμπλόκου ενζύμου-υποστρώματος 3. Μεγάλη μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης της αντίδρασης εξ αιτίας αυτού του συμπλόκου 4. Διάσπαση των υπό ένταση δεσμών και σχηματισμός νέων δεσμών, δηλ. των προϊόντων 5. Τα προϊόντα αποτελούν καλές απερχόμενες ομάδες, ώστε να έρθουν νέα αντιδρώντα.

6 Ουσία του κεφαλαίου για τις στρατηγικές κατάλυσης (φαινόμενο Κίρκης, κατά WP Jencks)
Το κάθε ένζυμο έχει τον δικό του μηχανισμό κατάλυσης Θα δούμε τρία από τα πιο κοινά παραδείγματα μηχανισμών: χυμοθρυψίνης, ανθρακικής ανυδράσης και αζωτάσης Τα δύο τελευταία είναι μεταλλοένζυμα, η αζωτάση με επιπλέον πολύπλοκους συμπαράγοντες Οι αντίστοιχοι μηχανισμοί δράσης, καθώς και οι αρχές της κατάλυσης, είναι κοινοί για μεγάλες κατηγορίες παρόμοιων ενζύμων Δεν περιμένουμε να θυμόσαστε τις χημικές λεπτομέρειες των μηχανισμών, μόνο την ουσία της ενζυμικής δράσης, όπως την αποτυπώνει η προηγούμενη διαφάνεια.

7 Χυμοθρυψίνη: ένα τυπικό πρωτεολυτικό ένζυμο.
ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014 Χυμοθρυψίνη: ένα τυπικό πρωτεολυτικό ένζυμο. Εκκρίνεται από το εξωκρινές πάγκρεας και βοηθά στην πέψη των πρωτεϊνών Πεπτίδιο Δύο μικρότερα πεπτίδια

8 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

9 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

10 Βολεύει πολύ η χρήση υποστρώματος που οδηγεί σε έγχρωμο προϊόν
ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014 Βολεύει πολύ η χρήση υποστρώματος που οδηγεί σε έγχρωμο προϊόν Στο εργαστήριο θα μελετήσουμε την αλκαλική φωσφατάση και την όξινη φωσφατάση, δύο ένζυμα που μπορούν να σχηματίσουν π-νιτροφαινολικό ανιόν.

11 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

12 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

13 Για την ενεργοποίηση της χυμοθρυψίνης στη διάλεξη για ενζυμική ρύθμιση
ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014 Για την ενεργοποίηση της χυμοθρυψίνης στη διάλεξη για ενζυμική ρύθμιση

14 Όλα πρωτεολυτικά ένζυμα με παρόμοια καταλυτική τριάδα στο
ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014 Όλα πρωτεολυτικά ένζυμα με παρόμοια καταλυτική τριάδα στο ενεργό τους κέντρο λέγονται σερινο-πρωτεάσες

15 Η «φιντέλεια» (fidelity) μηχανισμού Ακρίβεια θέσεων ενεργού κέντρου
ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014 Η «φιντέλεια» (fidelity) μηχανισμού Ακρίβεια θέσεων ενεργού κέντρου Διαφορετικότητα μικροπεριβάλλοντος Αφού γίνει η δουλειά, όλα είναι όπως πριν

16 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

17 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

18 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

19 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

20 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

21 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

22 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

23 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

24 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

25 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

26 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

27 Ανθρακική ανυδράση Στους περιφερικούς ιστούς  ↑  Στους πνεύμονες
ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014 Ανθρακική ανυδράση Στους περιφερικούς ιστούς  Διοξείδιο του άνθρακα ↑  Στους πνεύμονες

28 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

29 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

30 Το μόριο ύδατος δίπλα από το ιόν Zn2+ γίνεται σχεδόν τόσο ισχυρό
ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014 Το μόριο ύδατος δίπλα από το ιόν Zn2+ γίνεται σχεδόν τόσο ισχυρό οξύ όσο η δισόξινη φωσφορική ρίζα, Η2ΡΟ42-

31 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014 Η2Ο His His His

32 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

33 Η ποικιλία των βιολογικών λύσεων είναι σχεδόν ανεξάντλητη!
ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014 Η ποικιλία των βιολογικών λύσεων είναι σχεδόν ανεξάντλητη! ΜΟΝΟ ΓΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΗΣΗ!

34 Αζωτάση: η αιτία που τα ψυχανθή είναι πολύ πλούσια σε άζωτο
ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014 Αζωτάση: η αιτία που τα ψυχανθή είναι πολύ πλούσια σε άζωτο

35 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014 Αντίδραση Haber στα αζωτοβακτήρια: αντί υψηλής Ρ και Τ, ενέργεια από ΑΤΡ μέσω καύσεων H+ + e- 300 ατμ. Ν≡Ν + 3 Η2 → 2 ΝΗ3 500οC Έχει μεγάλη ενέργεια ενεργοποίησης

36 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014 Μεταφορά ηλεκτρονίων

37 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014

38 ΜΟΝΟ ΓΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΗΣΗ Βιοσύνθεση αμινοξέων (από ΝΗ3 της αζωτάσης)
ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014 Βιοσύνθεση αμινοξέων (από ΝΗ3 της αζωτάσης) ΜΟΝΟ ΓΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΗΣΗ

39 Ουσία της δράσης της αζωτάσης (η βάση της αμειψισποράς)
Συμβίωση ψυχανθών με αζωτοβακτήρια: οξυγόνο από το φυτό (για παραγωγή ΑΤΡ) έναντι αμμωνίας από το βακτήριο, από την οποία τα πρώτα συνθέτουν όλες τις απαραίτητες αζωτούχες ενώσεις τους (αχρείαστο το αζωτούχο λίπασμα!) Η αζωτάση είναι συμπλεγμένη με αλυσίδα μετα-φοράς ηλεκτρονίων (και Η+), και προσλαμβάνει ΑΤΡ από τις καύσεις, παρέχοντας την απαραί-τητη ενέργεια ενεργοποίησης ώστε να διασπα-στεί ο τριπλός δεσμός Ν≡Ν και να προκύψει ΝΗ3.

40 Σχέση της αμειψισποράς με την προστασία από το φαινόμενο του θερμοκηπίου
Είναι προφανές ότι με την αμειψισπορά αποφεύγουμε (ή στη χειρότερη περίπτωση περιορίζουμε σημαντικά) την λίπανση με αζωτούχα λιπάσματα. Δεν είναι περισσότερος κόπος για τον/ην αγρότη/ισσα, αλλά σημαίνει Πολύ λιγότερα έξοδα για λιπάσματα Περιορισμό της παραγωγής CO2 στην ατμόσφαιρα από τα εργοστάσια λιπασμάτων

41 ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ Η αποτελεσματική κατάλυση απαιτεί στρατηγική (πορεία της ελάχιστης δράσης, κυτταρική οικονομία) Το κάθε ένζυμο παρουσιάζει τον δικό του τρόπο κατάλυσης, ο οποίος όμως ανήκει σε μια από τις λίγες γενικές υποκατηγορίες (π.χ. σερινοπρωτεάσες, σερινοεστεράσες) Η γνώση του μηχανισμού κατάλυσης μπορεί να οδηγήσει και στην κατασκευή πολύ καλών αναστολέων, πράγμα επιθυμητό για κομβικά ένζυμα που καταλύουν αντιδράσεις οι οποίες πρέπει να ανασταλούν (σημαντικά φάρμακα μεταξύ των οποίων και φυτοφάρμακα).