ENZYMY A NUKLEOVÉ KYSELINY

Datum (období) tvorby: 28. 3. 2013

Ročník: devátý

Autor: Mgr. Stanislava Bubíková

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Organické sloučeniny

1Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Anotace:Žáci se seznámí s biokatalyzátory (enzymy) a nositeli genetické informace (DNA a RNA). V rámci tohoto modulu žáci rozdělí enzymy na skupiny, popíší jejich strukturu. Popíší stavbu molekul DNA a RNA, vysvětlí jejich funkci v organismu, popíší přenos genetické informace.

2Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Enzymy

• biokatalyzátory– látky umožňující chemické reakce

v organismu

– reakce probíhají až 1010× rychleji, za mnohem nižších teplot, při atmosférickém tlaku a při fyziologickém pH

• názvosloví– obsahují koncovku: -áza (-asa)

• např. amyláza (štěpí škroby)

– většinou triviální názvy: pepsin, ptyalin

– mezinárodní označení α-amylázy: EC 3.2.1.1 Obr. č. 1: Struktura enzymu [2] dostupné z:

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Structure_Of_Human_Chitotriosidase.png

3Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Dělení enzymů• Oxidoreduktázy (EC 1)

– Katalyzují redoxní reakce v organismu

• Transferázy (EC 2)– přenášejí funkční skupiny (například methyl-,

acetyl- nebo fosfátovou skupinu)

• Hydrolázy (EC 3)– Katalyzují hydrolýzu chemických vazeb

• Lyázy (EC 4)– Štěpí chemické vazby jiným způsobem než

hydrolýzou či redoxní reakcí

• Izomerázy (EC 5)– Katalyzují izomerizační reakce

• Ligázy (EC 6)– Spojují dvě molekuly kovalentní vazbou

Obr. č. 2: Reakce koagulázy (mění fibrinogen na fibrin [3] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Coagulase%2B.JPG

4Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Průběh reakce

• enzymy snižují aktivační energii reakce– Biokatalyzátory, umožňují reakci v živém organismu

Obr. č. 3: Aktivační energie [4] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Activation2_updated.svg

5Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Účinnost enzymů

• specifická– katalyzuje pouze

jeden typ reakce

• substrátová– působí pouze na

určitou látku (substrát)

Obr. č. 4: Reakce enzymu se substrátem [5] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Non-competitive_inhibition.svg 6

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Struktura enzymu

• holoenzym = apoenzym + kofaktor

• apoenzym

– základní bílkovinná struktura

• kofaktor

– umožňuje aktivitu enzymu

– 1. koenzym

• nízkomolekulární látka nebílkovinné povahy

• není pevně navázán na apoenzym

• deriváty vitamínů rozpustné ve vodě, koenzym Q10

– 2. prostetická skupina

• pevně navázaná na apoenzym kovalentní vazbou

• (např. hem, železo, hořčík)

• součást aktivního centra

• umožňuje transport atomů a jejich skupinObr. č. 5: Struktura enzymu [6] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mod%C3%A8le_de_l%27activit%C3%A9_d%27une_enzyme.PNG

7Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Reakce enzymu

1. Na enzym E se naváže substrát S (reaktant).

2. Vytvoří se komplex ES enzym-substrát.

3. Ze substrátu vzniká jeden nebo více produktů P, enzym zůstává nezměněn.

E + S → ES → E + P

Obr. č. 6: Struktura enzymu [7] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:AjusteInducido.svg 8Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Aktivace enzymu

• přítomnost některých kationtů (např. Mg2+) zvyšuje aktivitu enzymu

Obr. č. 7: Sled několika enzymatických reakcí [8] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Enzymatic_Reaction.jpg 9

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 8: Vznik komplexu ES [9] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Enzymwerking.gif

Inhibice enzymu• nevratná

– její účinky se nedají zvrátit

• působení jedovatých kationtů těžkých kovů (2+Hg2+, Pb2+)

Obr. č. 10: Inhibitory zpomalují aktivitu enzymu [11] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:AChe_inhibitors_pic.jpg

10Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 9: Kompetitivní a alosterická inhibice [10] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Comp_inhib3.png

Inhibice enzymu

• vratná

– její účinky se dají zvrátit

– 1. kompetitivní - soutěživá

• inhibitor soutěží se substrátem o vazebné (aktivní) místo

– 2. alosterická

(nekompetitivní)

• inhibitor se váže do alosterického centra

Obr. č. 11: Kompetitivní inhibice [12] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Binding_sites_enzyme_inhibitors.svg

11Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 12: Alosterická inhibice [13] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:EnzimasAlostericos.svg

Nukleové kyseliny

• biochemické makromolekuly

• jejich řetězce jsou tvořené z nukleotidů

• uchovávají genetickou informaci– součást všech živých organismů

• DNA – deoxyribonukleová kyselina

• RNA – ribonukleová kyselina

12Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 13: Struktura DNA [14] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_methylation.jpg

DNA• polymer tvořený dvěma řetězci nukleotidů

• stavba nukleotidu:– nukleosid (cukr deoxyribóza, nukleová báze) + fosfátová skupina

• dvě vlákna DNA vytvářejí dvoušroubovici, navzájem jsou spojena vodíkovými můstky mezi dusíkatými bázemi– tři můstky spojují guanin a cytosin

– dva můstky adenin a thymin

Obr. č. 14: Spojování bází [15] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Blunt_ligation.svg

13Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 15: Nukleotid a nukleosid [16] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nucleotide_nucleoside_general_it.svg

Nukleové báze

• = dusíkaté báze

– adenin (A), guanin (G)

– cytosin (C), thymin (T)

– první dvě (A, G) jsou odvozeny od purinu, zbylé báze od pyrimidinu(C, T, U – uracil v RNA)

Obr. č. 18: Spojení částí DNA [19] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:0322_DNA_Nucleotides.jpg

14Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 16: Purin [17] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Purine_2D_aromatic_full.svg

Obr. č. 17: Pyrimidin [18] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pyrimidin.png

RNA

• stavba nukleotidu:– nukleosid (cukr ribóza,

nukleová báze) + fosfátová skupina

– obsahuje báze: adenin, guanin, cytosin, uracil

• tvořena jedním vláknem– umožňuje přepis

genetické informace z DNA do struktury proteinů

Obr. č. 1: Struktura DNA a RNA [3] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Difference_DNA_RNA-uk.svg

15Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Druhy RNA• mRNA = mediátorová RNA

– jednovláknová

– vzniká během transkripce • přepis genetické informace z DNA

• rRNA = ribozomální RNA

– jednovláknová (část ve šroubovici)

– součást ribozomu• nejhojnější = 80 % všech RNA

• tRNA = transferová RNA

– jednovláknová (vlákno vytváří 3D strukturu)

– podílí se na proteosyntéze• připojuje jednotlivé aminokyseliny do řetězce Obr. č. 19: Replikace DNA [20] dostupné z:

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_replication_split.svg 16

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Přepis genetické informace

1. Replikace DNA

2. Transkripce

přepis z DNA do mRNA

3. Translace

sestavení primární struktury bílkoviny z aminokyselin přinesených tRNA v ribozomu podle vzoru (mRNA)

Obr. č. 20: Syntéza proteinu na ribozomu [21] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proteintransl.jpg

17Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 21: Prostorová struktura tRNA [22] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_tRNA_cloverleaf_general.svg

Zdroje

18Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

1. BENEŠ, Pavel, Václav PUMPR a Jiří BANÝR. Základy chemie pro 2. stupeň základní školy, nižší ročníky víceletých gymnázií a střední školy. Vyd. 3. Praha: Fortuna, 2001, 96 s. ISBN 80-716-8748-0.

2. Structure_Of_Human_Chitotriosidase.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Structure_Of_Human_Chitotriosidase.png

3. Coagulase%2B.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Coagulase%2B.JPG

4. Activation2_updated.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CActivation2_updated.svg

5. Non-competitive_inhibition.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Non-competitive_inhibition.svg

6. Mod%C3%A8le_de_l%27activit%C3%A9_d%27une_enzyme.PNG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mod%C3%A8le_de_l%27activit%C3%A9_d%27une_enzyme.PNG

7. AjusteInducido.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:AjusteInducido.svg

8. Enzymatic_Reaction.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Enzymatic_Reaction.jpg

9. Enzymwerking.gif. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Enzymwerking.gif

10. Comp_inhib3.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Comp_inhib3.png

11. AChe_inhibitors_pic.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:AChe_inhibitors_pic.jpg

12. Binding_sites_enzyme_inhibitors.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Binding_sites_enzyme_inhibitors.svg

13. EnzimasAlostericos.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:EnzimasAlostericos.svg

14. DNA_methylation.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_methylation.jpg

15. Blunt_ligation.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Blunt_ligation.svg

16. Nucleotide_nucleoside_general_it.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nucleotide_nucleoside_general_it.svg

17. Purine_2D_aromatic_full.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Purine_2D_aromatic_full.svg

18. Pyrimidin.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pyrimidin.png

19. 0322_DNA_Nucleotides.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:0322_DNA_Nucleotides.jpg

20. DNA_replication_split.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_replication_split.svg

21. Proteintransl.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proteintransl.jpg

22. The_tRNA_cloverleaf_general.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_tRNA_cloverleaf_general.svg