אנזימים.

Παρουσίαση με θέμα: "אנזימים."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 אנזימים

2 איזה חלק מהווים החלבונים מהתא החי?

3 דוגמאות של חלבונים חלבוני השלד – שרירים אנזימים נוגדנים
חלק מן ההורמונים תעלות בממברנה

4 מזונות חלבוניים

5 מבנה חומצה אמינית

6 יצירת פפטיד חומצה אמינית א' חומצה אמינית ב' פפטיד

7 יצירת קשר פפטידי תצמיד:אנזים + מצע האנזים חוזר למצבו ההתחלתי
קשר בין 2 חומצות אמינו תוך יציאת מים

8 מבנה חלבון קצה אמיני קצה קרבוכסילי

9 בניית חלבון

10 מבנה מולקולת המוגלובין
מולקולת ההמוגלובין בנויה 4 פוליפפטידים.כל פוליפפטיד מכיל בתוכו קבוצת אטומים הנקראת "הם" (heme). החלק החלבוני שאיו בו הם נקרא גלובין.במרכזה של כל קבוצת הם נמצא אטום ברזל(Fe). קשירת חמצן ופד"ח קבוצת הם פוליפפטיד

11 רמות ארגון חלבון מבנה ראשוני מבנה שניוני מבנה שלישוני מבנה רביעוני

12 דנטורציה של חלבון חלבון פעיל חלבון לאחר דנטורציה

13 מהו אנזים. חלבון שכמות קטנה שלו מזרזת ריאקציה כימית מהו מצע (סובסטרט)
מהו אנזים? חלבון שכמות קטנה שלו מזרזת ריאקציה כימית מהו מצע (סובסטרט)? תרכובת עליה פועל האנזים

14 כל האנזימים הם חלבונים אך לא כל החלבונים הם אנזימים
כל האנזימים הם חלבונים אך לא כל החלבונים הם אנזימים

15 אנזימים ארוזים בתוך ליזוזום
צבר אנזימי עיכול

16 פעילות אנזים סובסטרט תצמיד

17 פירוק הדו-סוכר סוכרוז ע"י אנזים
תצמיד אנזים סובסטרט אתר פעיל

18 מבנה אנזים מורכב=אפואנזים+קואנזים
האפואנזים בעל מבנה חלבוני אך אינו פעיל הקואנזים אינו חלבון, הוא דרוש לשיפעול האנזים וקשירת המצע

19 הורדת אנרגית השיפעול ע"י האנזים
ללא אנזים אנרגית שיפעול עם אנזים

20 תכונות האנזימים האנזים (E) פועל על הסובסטרט (S) והופך אותו לתוצר (P) בדרך הבאה: E+S E+P ריכוז האנזים בתחילת התגובה הכימית ובסופה שווה ולא משתנה. כל האנזימים הם חלבונים, לכן רובם נהרסים בטמפרטורות גבוהות (דנטורציה) האנזימים הם זרזים, פועלים בריכוזים נמוכים ומאיצים את מהירות הריאקציה הכימית

21 תכונות אנזימים - המשך חומצות ובסיסים חזקים( דרגת חומציות-PH) גורמים גם הם להרס האנזימים את האנזימים אפשר לחלק מבחינת ההרכב הכימי לשתי קבוצות: אנזימים פשוטים הבנויים מחלבון בלבד אנזימים מורכבים : חלק חלבוני – אפואנזים חלק לא חלבוני – קואנזים, הדרוש להפעלת האנזים

22 תכונות אנזימים - המשך האנזים הוא ספציפי. כל אנזים פועל על סובסטרט מסוים או על סובסטרטים דומים במבנה הכימי, רצף החומצות האמיניות וסידורן במרחב מולקולות האנזים הן לרוב גדולות יותר ממולקולות המצע לאנזים יש אתר המותאם בצורתו המרחבית ורצף החומצות האמיניות המרכיב אותו, לחלק מבני מסוים של הסובסטרט ונקרא האתר הפעיל גורמים המשפיעים על קצב התגובה האנזימתית

23 השפעת ריכוז סובסטרט על קצב התגובה
נקודת הרוויה של אנזים בסובסטרט ריכוז סובסטרט/מצע

24 ריכוז הסובסטרט נמוך-בינוני
השפעת ריכוז האנזים על קצב התגובה ככל שריכוז האנזים גבוה יותר, יותר מולקולות אנזים יכולות לקשור סובסטרט ולזרז את הפיכתו לתוצר. לכן, ככל שריכוז האנזים עולה, גם קצב התגובה האנזימטית עולה. ואולם, מרמת ריכוז כלשהי של אנזים לא יהיו מספיק מולקולות סובסטרט כדי להיקשר לכל מולקולות האנזים, ולכן העלאת ריכוז האנזים לא תשפיע על קצב התגובה. עד לרמת ריכוז זו, האנזים הוא גורם מגביל, ומנקודה זו ואילך הסובסטרט הוא הגורם המגביל. גורם מגביל הוא גורם אשר שינוי שלו משפיע על ריכוז התוצר, כלומר, הוא הגורם הקובע את קצב התהליך. לדוגמה, ריכוז הסובסטרט. שימו לב! כאשר ריכוז הסובסטרט גבוה, רק ריכוז האנזים הוא גורם מגביל, ולכן, ככל שיעלה ריכוז האנזים, כך יעלה גם קצב התגובה: נקבל עקומה של קו ישר! קצב פעילות האנזים ריכוז האנזים ריכוז הסובסטרט נמוך-בינוני גורם מגביל = ריכוז אנזים ריכוז סובסטרט ריכוז הסובסטרט גבוה קצב פעילות האנזים ריכוז האנזים

25 השפעת טמפרטורה על פעילות האנזים
טמפרטורה אופטימלית

26 השפעת PH על פעילות אנזים

27 הגורמים המשפיעים על קצב התגובה האנזימטית
pH (חומציות) גורם נוסף המשפיע על קצב הפעילות האנזימטית הוא רמת החומציות (pH) של התמיסה שבה התגובה מתרחשת. רמת חומציות היא ריכוז יוני המימן (H+) בתמיסה כלשהי. סולם ה- pHהוא מדד לרמת החומציות: בסיסי חומצי 14 7 נייטרלי תמיסה חומצית היא בעלת pH נמוך תמיסה בסיסית היא בעלת pH גבוה תמיסה ניטרלית היא בעלת pH=7 שאלה: איזו תמיסה חומצית יותר – תמיסה בעלת pH=10 או תמיסה בעלת pH=3? מאחר ששינויים קטנים ברמת ה-pH עלולים לגרום לשינוי במבנה המרחבי של אנזימים ועל כן לפגוע בפעילותם, קיימת בתא מערכת חומרים הנקראת בופר שתפקידה לשמור על pH יחסית קבוע יחסית. מערכות הבופר בתאים חשובות ביותר לשמירה על ההומיאוסטזיס.

28 טמפרטורה ו- pHמשפיעים על פעילות האנזים
לכל חלבון יש מבנה מרחבי אופייני (כמעין פקעת). פעילותם הביולוגית של החלבונים תלויה במבנה המרחבי שלהם. המבנה המרחבי של החלבון מושפע מגורמים כמו טמפרטורה ורמת ה- pH: שינויים קיצוניים בגורמים אלו עלולים להביא לדנטורציה = הרס המבנה המרחבי של החלבון. כאשר המבנה המרחבי של האנזים משתנה, ההתאמה בין האתר הפעיל לסובסטרט נפגעת והאנזים מאבד את פעילותו. דנטורציה (טמפרטורות גבוהות, pH קיצוני) האתר הפעיל

29 טמפרטורה: גורם המשפיע על קצב התגובה האנזימטית
לכל אנזים יש טמפרטורה מיטבית (אופטימלית) לפעילותו. זו הטמפרטורה שבה האנזים פועל בקצב מקסימלי. עד לטמפרטורה המיטבית: ככל שעולה הטמפרטורה, יש יותר התנגשויות אנזים-סובסטרט ולכן גם קצב התגובה האנזימטית עולה. מעל לטמפרטורה זו: האנזים עובר דנטורציה (= הרס המבנה המרחבי של החלבון), וכך ההתאמה בין האתר הפעיל לסובסטרט נפגעת, האנזים מאבד את פעילותו וקצב התגובה יורד. טמפרטורה מיטבית האנזים עובר דנטורציה קצב פעילות האנזים טמפרטורה (°C)

30 טמפרטורה: גורם המשפיע על קצב התגובה האנזימטית
לאנזימים שונים יש טמפרטורה מיטבית (אופטימלית) שונה. לדוגמה, האנזימים בתאי יונקים פעילים בטמפרטורה הקרובה ל-C37° (טמפרטורה ממוצעת בגוף יונק). לעומת זאת, יש חיידקים שחיים במעיינות תת-קרקעיים חמים מאוד, ולהם אנזימים הפעילים בטמפרטורות גבוהות הרבה יותר מהאנזימים שבגופם של יונקים! אם נבדוק את השפעת הטמפרטורה על הפעילות של אנזימים שונים, צורת העקומה שנקבל תהיה דומה, אך הטמפרטורה המיטבית תהיה שונה על פי האנזים הנבדק. טמפרטורה מיטבית קצב פעילות האנזים אנזים 1 אנזים 2 אנזים 3 25 37 55 טמפרטורה (°C)

31 מעכבים מעכבים – מולקולות המעכבות את פעילות האנזים:
מעכב לא תחרותי – מולקולה הנקשרת לאנזים במקום שאינו האתר הפעיל ומונע את פעילות האנזים. מעכב תחרותי – מולקולה המתחרה עם המצע על היקשרות לאתר הפעיל.

32 מעכב תחרותי – למעכבים תחרותיים בד"כ יש מבנה מרחבי דומה למבנה הסובסטרט.
מעכב לא תחרותי-למולקולת מעכב זה אין דמיון כימי, מבני, למולקולת הסובסטרט. מולקולת המעכב ומולקולת המצע יכולות להיקשר לאנזים בו זמנית מכיוון שאתרי הקשירה שלהם באנזים אינם חופפים.

33 מעכב תחרותי Vmax Vmax/2 [S] Km V0מהירות התגובה ללא מעכב בנוכחות מעכב

34 מעכב לא תחרותי [S] Vmax Vmax app Km קצב התגובה [mM/min] ללא מעכב
בנוכחות מעכב לא תחרותי

35 בקרה על פעילות האנזימים בתא
היצירה של תוצר ביולוגי דורשת לעיתים מעורבות של מספר אנזימים. מצע חומר ביניים A חומר ביניים B תוצר

36 בקרה ברמת פעילות האנזים
משוב - בקרה באמצעות תוצר המסלול . משוב שלילי – תוצר המסלול מעכב את התהליך. משוב חיובי – תוצר המסלול מזרז את התהליך. חומר מוצא תוצר סופי אנזים 1 חומר ביניים A אנזים 2 חומר בינייםB אנזים 3 תוצר עיכוב ע"י התוצר הסופי

37 התוצר פועל על האנזים -משוב
כיצד נעשית הבקרה? המצע הופך לתוצר עיכוב על ידי התוצר: הבקרה נעשית במשוב שלילי – על ידי התוצר. התוצר נקשר לאנזים וכתוצאה מקישור זה משתנה צורת האתר הפעיל ופעילות האנזים נפסקת. משוב חיובי-עם הירידה בכמות התוצר, פעילות האנזים מתחדשת. תוצר התוצר פועל על האנזים -משוב שינוי צורה

38 מחלות אנזמתיות טיי זקס מחלת טיי זקס היא מחלה תורשתית, גנטית, שכיחה בקרב יהודים ממוצא אשכנזי. מחלה זו פוגעת בתהליכי חילוף החומרים בגוף. המחלה נגרמת עקב חוסר באנזים הקסואמיניזאז A (hexosaminidase A ) האחראי על פירוק חומרים שומניים, גליקוליפידים הנקראים גאנגליוזידים GM2, בעקבות מוטציה בכרומוזום מספר 15. חומרים אלה שאינם מפורקים, נאגרים בתאים המרכיבים את החומר האפור בקליפת המוח. אצל אדם הסובל מן המחלה הופך החומר האפור לריקמה ספוגית מלאה בחללים מלאים בנוזל שומני. המחלה פוגעת בהתפתחות של קרום האמור להגן על העצבים במוח, ששמו מיאלין .myelin. תינוקות החולים במחלה נראים בתחילה בסדר, אך לאחר בין 4 ל-6 חודשים ההתפתחות מואטת, ותופעות המחלה מתחילות להתגלות. התינוק מאבד לאט לאט יכולות מוטוריות אותן כבר רכש כמו חיוך, זחילה, התהפכות, הושטת יד ותפיסת חפצים. סופו של התהליך הוא כאשר התינוק עיוור, משותק ובלתי מגיב לסביבה. לילדים כתם אופייני בשם cherry red spot בקרקעית העין. רוב הילדים הסובלים מהמחלה מתים עד גיל 5.

39 פניל קטנוריה מחלת פנילקטונוריה אף היא מחלה תורשתית נדירה, בה יש חסר מולד של האנזים פנילאלנין הידרוקסילאז, האנזים ההופך את חומצת האמינו פנילאלנין לטירוזין. כתוצאה מהיעדר האנזים מצטברת בגוף רמה רעילה של פנילאלנין שמקורה מחלב אם, בשר, סויה, הגורמת לנזק רב מערכתי ולפיגור שכלי. החומצה מצטברת בדם, גורמת נזק למערכת העצבים ומובילה לפיגור שכלי קשה. כל היילודים נבדקים להימצאות פגם זה (בדיקת גתרי), ואם מזהים אותו נרשמת לתינוק דיאטה מיוחדת שמכילה חלבונים נטולי פנילאלנין. הגן האחראי לפנילקטונוריה הוא רצסיבי ומצוי על גבי כרומוזום מספר 12, ולכן ילד ייפגע רק אם שני הוריו נושאים את הגן הפגום. חוסר באנזים G6PD חוסר באנזים ג'י סיקס פי די הוא מחלה תורשתית בו נגרם חסר באנזים G6PD glucose-6-phosphate dehydrogonase, .אנזים זה נמצא בכל תאי הגוף ותפקידו להגן מפני נזקי חמצון, הנגרמים בחילוף החומרים. כאשר קיים חוסר באנזים זה נוצר קושי לתא הדם האדומים לבצע את חילוף החומרים כיאות ולהתמודד עם נזקי החמצון, נוצר בתאי הדם נזק והם מתפרקים (עוברים המוליזה). הפגם מועבר בתאחיזה לכרומוזום X המחלה מועברת בתורשה ברוב המקרים מאם נשאית לבן. רוב החולים הם זכרים.

40 אנזים זה הוא מונומר (כלומר יחידה בודדת) המכיל 515 חומצות אמינו
אנזים זה הוא מונומר (כלומר יחידה בודדת) המכיל 515 חומצות אמינו. האנזים הפעיל פועל כדימר (כלומר יחידה פעילה מכילה שתי מולקולות של אנזים מונומרי,שאינו פעיל בצורתו כמונומר ). הפיכתן של יחידות לא פעילות (מונומריות) ליחידה פעילה (דימרית) דורש מולקולה המכונה NADP ה-G6PD הינו האנזים הראשון בתהליך ביוכימי המתבצע בתוך כל התאים בגוף ותפקידו הוא לייצר מולקולה המכונה NADPH. התהליך משמש כחלק מתהליך הפקת האנרגיה מסוכרים אך הוא גם חשוב ליכולתו של התא למנוע נזק מחומרים מחמצנים הגורמים לנזק תאי במידה ואינם מנוטרלים. בניגוד לכל התאים בגוף המכילים גרעין, תאי דם אדומים הם חסרי גרעין. תא ללא גרעין הוא למעשה נטול יכולת ליצירת חלבונים חדשים ולכן מרגע יציאתו למחזור הדם ועד לרגע מותו הוא צריך להסתדר עם מה שיש בניגוד לתא עם גרעין שיכול לבנות לעצמו חלבונים חדשים כל הזמן לפי הצורך. תאי דם אדומים בהם חסר האנזים G6PD או שרמת פעילותו בהן נמוכה מהרצוי היכולת לייצר את המולקולה – NADPH נפגעת בצורה חמורה. ה-NADPH דרוש בין השאר לצורך שמירה על קרום התא של תאי הדם האדומים מפני נזקי חמצון המתרחשים כל הזמן .כאשר חסרה המולקולה NADPH נפגעת יכולת התא האדום להתמודד עם נזקי החמצון הנגרמים ע"י חומרים מחמצנים שונים ונוצרת פגיעה בקרום התא. כאשר הפגיעה בקרום התא היא משמעותית קורס קרום התא והכדורית האדומה נפגעת ותכולתה נשפכת, חלקה או כולה אל מחזור הדם. כאשר תופעה זו מתרחשת היא מכונה- "אנמיה המוליטית" הוא "המוליזה". ברוב המקרים בחיי היומיום כמות האנזים שבתאים האדומים מספיקה לפעילות הנדרשת ואין כל בעיה לאדם הנושא את החוסר . הבעיה מתרחשת בזמן חשיפה לחומרים או מצבים הגורמים ליצירת לחץ חמצוני גדול מהרגיל והדורשים לצורך נטרולם כמות גדולה יותר של האנזים .

41 האזור על גבי כרומוזום מספר 11 האחראי על קידוד האנזים טירוזינאז
לבקנות-Albinism לבקנות (אלביניזם) היא מחלה תורשתית הנגרמת בעקבות מוטציה באזור מסויים בכרומוזום מספר 11.המחלה חוצה את כל העדות, המינים והגזעים ונגרמת בשל קיומם של פגמים גנטיים שבאים לידי ביטוי בהעדר חלקי או מלא של הצבע מלנין. חיסרון זה גורם בעיקר לצבע עור בהיר מאוד וכן ללקויות בראייה. בעולם מוכרות צורות שונות של מחלת האלביניזם, בכל אחת מהצורות השונות ניתן לזהות חוסר מוחלט או חלקי של יצירת הפיגמנט מלנין. המלנין הוא הפיגמנט המעניק צבע לעיניים-מצוי ברטינה, לעור הגוף ולשיער. פיגמנט הצבע נוצר בתאים הנקראים מלנוציטים, על ידי אנזים המכונה טירוזינז. כאשר חל שיבוש בשרשרת התגובות הכימיות המביאות ליצירתו של פיגמנט הצבע, מופיעה המחלה.האנזים טירוזינאז (TYROSINASE) מעורב בתגובה הראשונה בשרשרת התגובות ליצירת הפגמנט מלנין בתאים המלנוציטים ובעקבות מוטציה בגן המקודד לאנזים זה, מופיעה לבקנות. אצל לבקנים התאים המלנוציטים נמצאים אך אינם מסוגלים לייצר מלנין או שיצירתו פגומה. האזור על גבי כרומוזום מספר 11 האחראי על קידוד האנזים טירוזינאז

42 מחלת גושה מחלה זו הינה מחלה תורשתית רצסיבית הנגרמת בעקבות הפרעה בתהליכי חילוף החומרים בגוף ומקורה בהצטברות של שומן (ליפיד) הנקרא גלוקוצרברוזיד שמקורו בעיקר ממברנות של תאי דם ומכאן נקראת גם מחלת אגירה ליזוזומלית. מוטציה בגן המכיל את הרצף הגנטי היוצר אנזים ליזוזומלי הקרוי: β-Glucocerebrosidase בטא גלוקוסרברוסידאז, שאחראי על פירוקו של שומן זה, היא הגורם למחלה. הגן המקודד לאנזים זה ממוקם בכרומוזום מספר 1, ועד היום נמצאו כ- 200 מוטציות שונות בגן זה הגורמות למחלה. במחלה זו ישנה נטייה להצטברות של הליפיד בכמויות גדולות במח העצם וכתוצאה מכך יצירת תאי הדם האדומים נפגעת וכן תפקוד טסיות הדם. בעקבות כך התסמינים השכיחים במחלה הם אנמיה ודימומים נרחבים. פגיעה ברמת הייצור או התפקוד שלו מביאה לאגירה של הסובסטרט של האנזים, גלוקוצרברוזיד, בליזוזומים של תאים מונוציטים-מאקרופאג'ים, שבהמשך הופכים להיות "תאי גושה" הנאגרים בעיקר בטחול, בכבד ובמח העצם.

43 מחלת פומפה מחלת פומפה היא מחלה גנטית נדירה (רצסיבית) הנגרמת מפגם באנזים, α-glucosidase-acid ובקיצור GAA אנזים האחראי על פירוק גליקוגן (רב סוכר) המאוחסן בתאי השריר, לחד סוכר גלוקוז. כתוצאה מכך נאגר גליקוגן בכמויות גדולות בשרירי הגוף ומפריע לתפקודם. הפרעה לתפקוד שרירי השלד מתבטאת בחולשת שרירים, התעייפות מהירה. הפרעה לתפקוד שרירי הנשימה תתבטא בקשיי נשימה עד כדי צורך בהנשמה. הפרעה לתפקוד שרירי הלב יתבטא בהגדלת הלב, אי ספיקה לבבית ומוות בגיל צעיר. חולים המאובחנים בגיל הילדות מטופלים בטיפול אנזימתי חליפי.