• jsou to proteiny, které katalyzují chemické reakce v živých organismech
• jsou velice účinnými specifickými biokatalyzátory
  • i v malých množstvích urchlí reakce i za nižších teplot
  • katalyzují konkrétní typ reakce konkrétní látky
• krom proteinových enzymů existují i enzymy z nukleových kyselin
  • ribozomy

Funkce enzymů

• snižují aktivační energii potřebnou k uskutečnění reakce
  • narozdíl od standardních katalyzátorů ji snižují v obrovském množství
  • reakce s nimi jsou tedy mnohem rychlejší
• katalyzované reakce probíhají přibližně při 100 °C, beze změny objemu či tlaku a v neutárlním prostředí
  • výjimky samozřejmě
• při reakci vzniká komplex enzym-substrát
  • jeho vznik je reversibilní
    • může se rozpadnout na substrát (původní látku) a enzym
  • substrát se váže prostřednictvím nevazebných interakcí
  • rychle se rozpadá na produkt a enzym

Složení a struktura enzymů

Jednosložkové enzymy

• je složen jen z bílkoviny
• jsou to obvykle obrovské globulární proteiny

Dvousložkové enzymy (holoenzymy)

• skládají se z bílkovinné a nebílkovinné složky

Apoenzym

• je to bílkovinná část
• má specifickou strukturu

Aktivní centrum

• místo, na které se váže substrát

Hypotéza zámku a klíče

• enzym tvarem přesně odpovídá tvaru substrátu

Hypotéza indukovaného přizpůsobení_

• funkční skupiny substrátu se přizpůsobí tvaru enzymu, aby do sebe přesně zapadli

• určuje specifitu enzymu

  • umožňuje vazbu pouze jednoho typu molekuly
  • může se jen omezeně přizpůsobit strukturní variabilitě substrátu
  • některé enzymy jsou dokonce stereospecifické
    • váží pouze konkrétní stereoizomery

• pro průběh reakce je velice důležité prostorové uspořádání obou molekul

Kofaktor

• je to nebílkovinná část
• určuje reakční specifitu
  • určuje typ reakce
  • může se kombinovat s různými apoenzymy a katalyzovat stejný typ reakce u různých substrátů
• může se jednat o:
  • prostetické skupiny
    • jsou poměrně pevně vázané na apoenzym
  • koenzym
    • je na apoenzym vázán slabě a snadno se odštěpuje
    • při reakci obvykle přenáší určité skupiny nebo ionty z jednoho substrátu na druhý
    • často se jedná o vitaminy
  • ionty kovů
    • většinou $Zn^{2+},K^+,Mg^{2+},Cu^{2+}$ nebo $Fe^{2+}$

Vliv na enzymovou reakci

Aktivita enzymu

• je to rychlost katalyzované reakce
• její jednotkou je katal (kat)
  • udává množství enzymu, které způsobí přeměnu jednoho molu substrátu za sekundu
  • tato jednotka je příliš velká a proto se používají její zlomky ($\mu$kat, nkat)

Teplota

• aktivit enzymu obecně roste s rostoucí teplotou
• teplotní optimum
  • bod, ve kterém se růst rychlosti reakce zastaví
• při dalším zahřívaní může efektivita enzymu klesat
  • dochází k denaturaci enzymu
• při teplotě 0°C se atkivita enzymu zastavuje
  • kozervace mražením

pH

• enzymy jsou na pH extrémně citlivé
• pH optimum
  • hodnota pH, při které je enzym nejefektivnější

Koncentrace substrátu

• rychlost enzymové reakce roste s rostoucí koncentrací substrátu
  • roste do chvíle, než se obsadí všechna aktivní centra
  • potom už zvyšování koncentrace substrátu nemá na rychlost reakce vliv

Koncenetrace enzymu

• je-li dostatek substrátu, roste rychlost reakce s rostoucí koncentrací enzymu

Inhibice enzymu

• projevuje se snižováním aktivity enzymu

Ireverzibilní inhibice

• inhibitor se pevně váže v aktivním centru i mimo něj
• nejčastěji se váže na hydroxyskupiny a thiolové skupiny
• patří sem enzymové jedy
  • nejčastějí jsou to ionty těžkých kovů, nervové jedy a některá léčiva

Kompetetivní inhibice

• kompetetivní inhibitor má podobnou strukturu jako substrát
• váže se na aktivní centrum enzymu
• blokuje tvorbu komplexu enzym-substrát
• jeho účinek se snižuje zvýšením koncentrace substrátu
• je reverzibilní
  • komplex enzym-inhibitor se snadno disociuje
• např. chemoterapeutika, antibiotiky

Nekompetetivní inhibice

• inhibitor se váže mimo aktivní centrum
• změní se konformace aktivního centra a nemůže vzniknou komplex enzym-substrát
• zvýšení koncentrace substrátu nemá na rychlost reakce vliv
• může být reverzibilní
  • záleží na síle vazby komplexu enzym-inhibitor

Inhibice substrátem nebo produktem

• pokud je substrát ve velkém nadytku, může se stát že se na jednu molekilu enzymu naváží dvě molekuly substrátu
  • reakce se zpomalí nebo zastaví
• pokud se v reakčním prostoru nahromadí příliš mnoho produktu, dojde k uvedení do rovnovážného stavu
  • reakce se zastaví
  • neobnoví se, dokud nebude snížena koncentrace produktů

Aktivace enzymu

• v buňce jsou syntetizovány proenzymy (zymogeny)
  • nekazalyzují žádnou reakci
  • jsou připravené na budoucí katalýzu a jako prekurzory
  • jsou aktivovány v bodě potřeby a místě, kde plní svou funkci
• enzymy se mohou aktivovat změnou terciární struktury nebo odštěpením části peptidového řetězce
  • bránily přístupnosti aktivního centra

• aktivátorem jsou buď ionty kovů nebo protony

Allosterické enzymy

• skládají se z několika podjednotek
• mohou měnit svoji konformaci a zůstat v aktivní nebo inaktivní formě
• každá podjednotka má své aktivní centrum a allosterické centrum
  • slouží pro vazbo efektoru
    • inhibitor nebo aktivátor
• allosterické aktivátory se vážou na aktivní formu
  • enzym se stabilizuje
• allosterické inhibitory se vážou na inaktivní formu
  • enzym se znefunkční
• allosterické efektory si vyrábí buňka sama
  • obvyle jsou to produkty nebo meziprodukty metabolismu
  • buňka prostřednictvím nich reguluje aktivaci enzymů a vlastní metabolismus
• jsou důležitým článkem multienzymových systémů
• speciálním typem je allosterické regulace je zpětná vazba (feedback loop)
  • posleodním produktem metabolické dráhy je inhibitor této metabolické dráhy

Nomenklatura enzymů

Triviální názvy

• můžou se tvořit bez vztahu k substrátu
  • většinou končí na suffix -in
  • pepsin, trypsin, ptyalin
• můžou se tvořit ve vztahu k substrátu nebo typu reakce
  • většinou končí na suffix -asa
  • amylasa, laktasa, ureasa, hydrolasa, dehydratasa

Systematické názvy

• tvoří se pomocí názvu substrátu, názvu reakce a suffixu -asa
  • cyklochromoxidasa, alkoholdehydrogenasa, acetyltransferasa

Klasifikace enzymů

• jsou rozděleny do šesti tříd podle typu reakce

• enzymy získávají unikátní kódy
  • jsou čtyřmístné ve formátu: $EC\ w.x.y.z.$
    • $EC$ - enzyme comission
    • $w$ - označuje třídu enzymu
    • $x$ - charakterizuje skupinu chemické vazby, na kterou působí
    • $y$ - značí podskupinu třídy
    • $z$ - značí pořadí v podskupině
  • dají se z nich vyčíst základní vlastnosti enzymů