Enzymy, vitamíny, hormony a jejich význam

 

Otázka: Enzymy, vitamíny, hormony

Předmět: Chemie

Přidal(a): VityVity

 

 

Enzymy, vitamíny, hormony a jejich význam pro biologickou funkci živých organismů

 

Enzymy

• látka sloužící jako biokatalyzátory
• Historie:     
  • 1787 – FERMENTY (kvasné procesy – fermentace)
  • 1878 – enzym
  • 1926 – bílkovinná povaha
  • od 60. let 20. století – výroba (prací prostředky)
    • jen při nízkých teplotách (jinak denaturace)
• základem enzymu je globulární bílkovina
• pro biologickou funkci je rozhodující terciární (resp. kvartérní) struktura enzymu
• princip účinku enzymů
  • snížení aktivační energie
  • enzymová reakce probíhá jiným mechanismem přes jiné meziprodukty
  • přes komplex enzym-substrát

 

Rozdíl mezi enzymy a katalyzátory:

• základem enzymu je globulární bílkovina
• aktivní centrum – místo, na které se váže substrát
  • prostorové uspořádání, které tvarově odpovídá substrátu
  • přirovnání „ruka + rukavice“
  • 1 molekula enzymu může za 1s přeměnit 50 000 molekul substrátu
• 1 chemická reakce, 1 enzym
  • část enzymu může katalyzovat několik substrátů
• specifický účinek
  • funkční – váže se k určitému typu reakce
  • substrátová – k přesně určenému substrátu
• struktura
  • jednoduchá globulární bílkovina
  • více podjednotek → kvartérní soustava
  • haloenzym – aktivní enzym, skládá se z:
    • apoenzym – bílkovinná složka
    • koenzym/prostetická skupina/kofaktor – nebílkovinná složka – může se vázat na různé části enzymů, přenášet látky, e-, je vázán volně
      • NAD+, NADP+, FAD – přenáší proton mezi různými substráty
      • ATP – přenáší fosfát
• specifický účinek
  • faktory ovlivňující rychlost enzymových reakcí
    • teploty – kolem 60°C dochází k denaturaci

 

Regulace činnosti enzymů

• aktivace x inhibice

a) Aktivace

• 1) allosterická aktivace
  • enzymy mají kromě aktivačního i allosterické centrum
  • enzym je neúčinný → naváže se aktivátor → změna konformace (prostorového uspořádání) → navázání substrátu

• 2) proteolytické štěpení
  • odštěpení části řetězce, která brání navázání substrátu, kryje aktivní centrum

b) Inhibice

• 1) kompetitivní (soutěživá)
  • není trvalá, pokud se zvýší koncentrace substrátu, tak se zlepší ve prospěch substrátu
• 2) Nekompetitivní
  • inhibitor je kation kovu
  • enzymové jedy (Hg, Pb, W,…)
  • nevratně se naváží
• 3) allosterická
  • enzym má navázaný substrát, je potřeba vypnout reakci, inhibitor se naváže na allosterické centrum, změní se konformace a substrát se již nemůže navázat
  • Názvosloví enzymů
  • nejstarší       koncovka -in              (trypsin, pepsin, ptyalin)
  • 1883             koncovka -áza            (amyláza, hydroláza)
  • 1961             systémové názvosloví – Mezinárodní unie biochemie
  • substrát + reakce + -áza
  • DNA-polymeráza

 

Podle typu katalyzované reakce se dělí enzymy na 6 tříd

• a) oxidoreduktázy ( katalyzují redoxní reakce – přenášejí e-, H+ mezi substráty)
  • CH3CHCOO-             →        CH3CCOO-                dehydrogenace – oxidace
  • OH                                           O
  • laktát → pyruvát → laktátdehydrogenáza
• b) transferázy (přenos skupin atomů mezi substráty – NH2, fosfát, CH3)
  • obsahují kofaktor – nebílkovinná složka
  • aminotransferázy
• c) hydrolázy (štěpí chemické vazby za účasti vody)
  • bez kofaktorů (čistě jednoduché bílkoviny)
  • proteázy (trávicí enzymy – pepsin, tripsin, ptyalin – amyláza)
  • glykosidázy, esterázy, lipázy, nukleázy
• d) liázy (synthasy)
  • složené bílkoviny
  • nehydrolytické štěpení vazeb
  • dekarboxylázy (štěpí CO2)
  • pyruvátdekarboxyláza (pyruvát na acetylkoenzym A)
• e) isomerázy
  • jednoduché bílkoviny
  • citrátisomeráza – přenos skupiny -OH z polohy, kde je neoxidovatelná do polohy, ve které z ní lze lehce odštěpit vodík (isocitrát)
• f) ligázy (synthetasy)
  • obsahují kofaktory
  • vznik energeticky náročných vazeb za uvolnění energie ATP
  • karboxylázy – přeměna pyruvátu na oxalacetát
    • → pyruvátkarboxyláza

 

Význam enzymů

• prací prášky – max do 60°C
• izolované enzymy (používají se v genovém inženýrství – RESTRIKČNÍ ENDONUKLEÁZY – štěpí DNA na určitých místech, tam, kde ji rozštěpí, se může navázat jiná část)
• kvašení (potraviny)
• čistírny odpadních vod (bakterie disponující enzymatickými látkami)

 

Vitaminy

• nízkomolekulární sloučeniny s významnými biologickými funkcemi
• jsou součástí kofaktorů enzymů (→ nedostatek by mohl být fatální)
• vyšší organismy je musí přijímat v potravě = esenciální
• hypervitaminóza – velký  příjem vitaminů
• hypovitaminóza – nízký příjem vitaminu
• avitaminóza – úplný nedostatek
• provitamin – neúčinná forma vitaminu

 

Rozdělení vitamínů

a) vitaminy rozpustné v tucích (A, D, E, K)

• A – retinol
  • diterpen, alkohol
  • provitamin β-karoten (tetraterpen, jeho rozštěpením vzniká A)
  • nedostatek – šeroslepost
• D – kalciferoly
  • provitamin ergosterol – steroid
  • není steroid jako jeho provitamin
  • zajišťuje vstřebávání Ca do kostí
  • nedostatek způsobuje měknutí kostí → křivice (rachitida)
• E – tokoferoly
  • v mladých rostlinných buňkách
  • antioxidanty
  • „vitaminy mládí“ – vliv na dozrávání buněk
  • nedostatek způsobuje špatnou obranyschopnost, neplodnost, anémii u novorozenců
• K – fylochinony
  • antihemoragické – účastní se srážení krve, zajišťují syntézu protrombinu
  • produkován střevními bakteriemi

b) rozpustné ve vodě

• C – kyselina L-askorbová
  • sacharidový derivát
  • zajišťuje redoxní děje v organismech
  • nedostatek – kurděje
• B1 – thiamin
  • nedostatek – poruchy NS – beri-beri
• B2 – riboflavin
  • základ koenzymu oxidoreduktáz (FAD)
  • nedostatek – poruchy látkové přeměny, poruchy kůže, sliznic
• B5 – kyselina pantothenová
  • základ koenzymu A
  • nedostatek – poruchy metabolismu
• B6 – pyridoxin
  • derivát pyridinu
  • zajišťuje přeměny AMK
  • nedostatek – poruchy metabolismu, nervové činnosti
• PP – niacin
  • nikotinamid – koenzym oxidoreduktáz (NADP, NAD)
• kyselina listová
  • zbytky kyseliny glutamové (p-aminobenzoová)
  • nedostatek – porucha tvorby krvinek

 

Hormony

• chemické látky, které regulují (mění aktivitu) enzymových systémů
• zajišťují specifickou a účinnou regulaci metabolismu a činnosti buněk
• indukují (vyvolávají) nebo reprimují (potlačují) enzymy
• působení
  • dostane se do buňky a tam působí
  • naváže se na receptor buňky a ten pak vyvolá sled událostí uvnitř buňky
  • v obou případech je zapotřebí receptor na membránách
• deriváty AMK, peptidy a bílkoviny
• vysoce účinné i v malém množství
• doba působení – minuty i týdny
• hormonální regulace – řízení činnosti organismu pomocí hormonů
  • zpětná vazba – hormony regulují organismus, ale organismus ovlivňuje produkci hormonů
    • např.: sníží se Ca2+ v krvi, zvýší se produkce hormonu, zvýší se Ca2+ v krvi, sníží se produkce hormonu

 

1) Rostlinné hormony – fytohormony

• regulace vývoje a růstu rostlin
• stimulátory
• inhibitory
• auxiny
  • stimulují buněčné dělení, větvení, zrání plodů
  • aromatický charakter s COOH
  • přirozené – kyselina indolyl-3-octová – nejvíce zastoupena
    • vzrostný vrchol stonku, podporuje adventivní růst
  • syntetické – připraveny uměle
• cytokininy
  • podpora cytokineze, aktivního a dělivého růstu
  • vznik v kořenech
• kyselina abscisová – inhibitor
  • ve stárnoucích listech a plodech
  • zpomaluje růst, dělení buněk
  • dormace – vegetativní spánek

 

2) Živočišné hormony

a) bezobratlí

• ekdyson – steroid, „svlékací hormon“
• neotenin – juvenilní hormon
  • izoprenoid
  • larvální stadium – udržuje tvar a růst larvy
• feromony
  • chemické komunikační látky
  • atraktanty, poplašné, shlukovací

 

b) obratlovci

• peptidy, deriváty AMK, bílkoviny, steroidní (pohlavní, z kůry nadledvinekú
• řídící centrum
  • hypothalamus
  • hypofýza (podvěsek mozkový)
•  štítná žláza – tyroxin
  • ovlivňuje látkovou výměnu v tělních buňkách
  •  obsahuje jod
• dřeň nadledvin – adrenalin
• kůra nadledvin
  • kortikosteron
  • aldosteron
  •  kortikoidy
• steroidní
  • testosteron
  • progesteron
  • estrogen
• slinivka břišní
  • largenhansovy ostrůvky
  • inzulín (snižuje hladina glukozy)
  • glukagon (zvyšuje hladina glukozy)
• šišinka (výběžek mezi mozkovými polokoulemi) – fotorecepční orgán
  • melatonin
    • brzdí produkci gonádotropních hormonů
    • brzdí rozvoj pohlavních orgánů