Biochemie B1 Enzyme

Die Reaktionsgeschwindigkeit

Nimmt z. B. die Konzentration eines Stoffes A in einer Sekunde um 2 mmol/l ab,
beträgt die Reaktionsgeschwindigkeit:

Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt ab von

Warum wird Pro Zeiteinheit wird nur ein bestimmter Prozentsatz der Ausgangssubstanz(en) zum
Produkt umgesetzt?

Übergangszustand

Aktivierungsenergie

Darstellung des Übergangszustandes im Energiediagramm

Eine Reaktion läuft umso schneller ab, je...

Mitunter kann die Bildung eines Übergangszustandes durch die Wechselwirkung mit einem weiteren Stoff erleichtert werden.

Enzyme sind...

Enzyme erleichtern

katalytische (aktive) Zentren

Diese Bindung beruht auf
dem...

"Induced fit" bei der Bildung des
Enzym-Substrat-Komplexes

Die Katalyse der chemischen Reaktion
kommt dadurch zu Stande, dass...

Die Stabilisierung des Übergangszustandes gilt für...

Enzyme sind...
Affinität ist...

Warum finden nur selten Nebenreaktionen statt?

Was sind Coenzyme?

Wo kommen sie vor?
Was sind Beispiele für Coenzyme?

Im Körper sollen viele Reaktionen mit stark positivem dG ablaufen, bei denen im Gleichgewicht fast kein Produkt vorliegt:
Beispiel: Phosphorylierung von Glucose

Glucose+Pi <=> Glucose-6-Phosphat+H2O

Eigenschaften & Funktion von NADH/H+

Isoenzyme

Diagnostik mit Isoenzymen
LDH

Kreatinkinase

CK-Isoformen

Regulierbarkeit der Enzyme

Schrittmacherenzyme & Endprodukthemmung

Endprodukthemmung:

Kompetitive Hemmung:

Was passiert mit vmax?
Was passiert mit Km?

Warum wird Km erhöht?

Methotrexat

Effekt des kompetitiven Inhibitors Methotrexat (MTX) auf die Dihydrofolat-
Reduktase (DHFR)
1) Darstellung im Michaelis-
Menten-Diagramm.

Darstellung im Lineweaver-
Burke-Diagramm.

Nicht-kompetitive
Allosterische Hemmung

Beispiel nicht-kompetitive Hemmung

Funktionsweise von Medikamenten als Enzyminhibitoren
Bsp.: Penicillin

Was passiert jetzt?

Arsen

Cyanid
Was macht es?

Was ist die Folge?

Warum Methämoglobin?

Allosterische Effekte

Kooperativität

Allosterische Effekte

Steigerung der maximalen Reaktionsgeschwindigkeit durch einen allosterischen Aktivator (allosterische Regulation vom V-Typ).
Erhöhung von vmax

Beeinflussung der Enzymaffinität durch allosterische Effektoren (allosterische Regulation vom K-Typ).
Änderung Km-Wert

Dagegen Myoglobin

O2-Bindungskurven von Hämoglobin und Myoglobin: Anders als bei Myoglobin wirkt O2 bei Hämoglobin als allosterischer Aktivator. Die Bindung von O2 an eine Hämoglobin-Untereinheit steigert die O2-Affinität der übrigen Untereinheiten

Regulation durch Phosphorylierung

Wie und wo geschiet das?

Was passiert dadurch?

Zymogenaktivierung

Wie wird aktiviert?

Wo findet was ähnliches statt?

Michaelis-Menten-Kinetik

Was passiert dann?

Reaktionsschema

Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt unter diesen Voraussetzungen ist...

Daraus ergibt sich eine Formel für die Reaktionsgeschwindigkeit:

Wie lässt sich die Reaktionsgeschwindigkeit steigern?

Stellt man die Reaktionsgeschwindigkeit
in Abhängigkeit von der [Substrat] grafisch dar (Michaelis-Menten-Diagramm), ergibt sich eine Hyperbel, die der maximalen Geschwindigkeit vmax entgegenstrebt

Fazit

Manche Medikamente bewirken eine irreversible Inaktivierung bestimmter Enzyme. Beispiel ASS

Die Michaelis-Menten-Konstante Km

Michaelis-Menten-Diagramm zweier Enzyme gleicher Substratspezifität,
aber mit unterschiedlichem Km-Wert

Km1

Km2

Fazit

Wovon hängt die Affinität eines Enzyms zu seinen Substraten ab?

Es lässt sich zeigen, dass der Km-Wert...

Wie ändert sich der Km-Wert, wenn die Enzymkonzentration und mit ihr der vmax-
Wert reduziert wird, z. B. bei der Zyklooxygenase durch die Reaktion mit Acetylsalicylsäure?

Fazit

Die Michaelis-Menten-Gleichung

Stellt man sie etwas anders dar, kann man
sich einige Charakteristika enzymkatalysierter
Reaktionen ableiten:

Substratsättigungsdiagramm

Lineweaver-Burk-
Diagramm

Lineweaver-Burk-Diagramm

Methanolvergiftung

Therapie

Koffein

Wirkung

Zweite Wirkung

Die Bestimmung der CK-Aktivität erfolgt durch ...

Warum nutzen wir drei Reaktionen?

Warum NAD(P)+ / NAD(P)H/H+?

Berechnung der Volumenaktivität

katalytische Aktivität

Um die Volumenaktivität aus der Reaktionsgeschwindigkeit zu berechnen, müssen Sie mit Hilfe des Lambert-Beerschen-Gesetzes die Konzentration von NADPH aus dessen Extinktion berechnen:

Wechselzahl

Um die Wechselzahl zu bestimmen, ermittelt man...

Grundsätzlich sind zwei Wege zu unterscheiden, über die ein Signal in die Zelle gelangen kann:
1)

2)

Zur zweiten gruppe gehören alle...

Je nach dem Mechanismus, über
den die Weitergabe des Signals erfolgt,
unterscheidet man 4 verschiedene
Rezeptortypen:

G-Protein gekoppelte Rezeptoren

Wie wird die Signalübertragung vermittelt?

Die Konzentration folgender intrazellulärer Mediatoren wird über G-Proteingekoppelte Rezeptoren beeinflusst:

Mechanismus der Signaltransduktion

Aufbau des Rezeptors Aufbau des Rezeptors
Alle G-Protein-gekoppel

Schematische Darstellung der G-Protein-vermittelten Signaltransduktion

Aufbau der heterotrimeren G-Proteine

In der nicht stimulierten Zelle:

Reaktionszyklus der heterotrimeren G-Proteine
Aktivierung des G-Proteins:

Die Konformationsänderung der α-Untereinheit nach Bindung durch den Rezeptor hat zwei wichtige Konsequenzen

Inaktivierung des G-Proteins:

GTPase-aktivierender Proteine
(GAPs)

Die heterotrimeren G-Proteine werden nach der Familienzugehörigkeit der α-UE in vier Hauptklassen unterteilt:
Gs

Gi

Gq

Enzymgekoppelte Rezeptoren
Guanylatzyklasen

Es gibt zwei Klassen von Guanylatzyklasen, die sich in ihrer Struktur und ihrer
subzellulären Lokalisation, vor allem aber in ihrer Aktivierung durch Liganden unterscheiden: