Reaktionsverlauf

Übergangszustand

Produkt

Substrat

(katalysiert)

(nicht katalysiert)

Frei

e En

ergi

e

Katalytische Aktivität der Enzyme

Geschwindigkeit einer Enzym-katalysierten Reaktion als Funktion der Substratkonzentration

Enzymkinetik

• k-2 kann zu Beginn der Reaktion ignoriert werden, da [P] noch sehr niedrig ist.

• Bestimmung der Anfangs-geschwindigkeit v0

k-1

k1E + S ES P + E

k-2

k2

Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Substratkonzentration

V0 = Vmax[ S ]

[ S ] + KM

Michaelis – Menten Gleichung(KM Michaelis Konstante)

Erste Untersuchungen: Adrian Brown 1902β-Fructofuranosidase

Saccharose + H2O Glucose + Fructose

Grundlagen

k-1

k1 k2E + S ES P + E

v =d[P]dt

= k2 [ES]

d[ES]dt

= k1 [E][S] – k-1[ES] – k2[ES]

k-1 ›› k2

k-1

k1 k2E + S ES P + E

Ks =k-1

k1=

[E][S][ES]

1. Annahme eines GleichgewichtsL. Michaelis u. M. Menten, 1913

Verlauf einer Enzym-katalysierten Reaktion(Fließgleichgewicht)

2. Annahme eines FließgleichgewichtsG.E. Briggs u. B.S. Haldane, 1925

d[ES]dt

= 0

[E]T = [E] + [ES]

d[ES]dt

= k1 [E][S] – k-1[ES] – k2[ES]

k1 [E][S] = k-1[ES] + k2[ES]

( [E]T - [ES] ) [S][ES]

=k-1 + k2

k1= KM

( [E]T - [ES] ) [S][ES]

=k-1 + k2

k1= KM

KM [ES] = ( [E]T - [ES] ) [S]

[E]T [S]KM + [S]

[ES] =

v0 = ( d[P]dt

)t=0 = k2 [ES] = k2[E]T [S]KM + [S]

vmax = k2 [E]T v0 = vmax [S]KM + [S]

Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Substratkonzentration

V0 = Vmax[ S ]

[ S ] + KM

Michaelis – Menten Gleichung(KM Michaelis Konstante)

Doppelt-reziproke Darstellung der Michaelis Menten Gleichung

Michaelis – MentenGleichung

Lineweaver - BurkDiagramm

V0 = Vmax[ S ]

[ S ] + KM

1V0 Vmax

=KM

[ S ]1

Vmax+ . 1

1/v0

Bedeutung der KM- und vmax-Werte

kkat = vmax

[E]T

Katalytische Konstante kkat

(Wechselzahloder

„Turnover Number“)

kkat/KM („katalytische Wirksamkeit“)

„Perfekte“ Enzyme

Wie funktionieren Enzyme ?

Mechanismen der Enzymkatalyse

• Kovalente Katalyse

• Säure-Base Katalyse

• Metall-Ionen Katalyse

• Katalyse durch Orientierungseffekte

• Katalyse durch Stabilisierung des Übergangszustandes

Kovalente Katalyse

Bildung einer kovalenten Bindung zwischenEnzym und Substrat durch nukleophile Substitution

Kovalente Katalyse

Beispiel:Protease Chymotrypsin

Katalytische Triade:

Stabilisierung des tetraedrischen Zwischenprodukts durch die

„Oxyaniontasche“

Katalytische Triade von Proteasen

Carboxypeptidase

Subtilisin

Cystein Proteasen

Aspartat Proteasen

Homodimere Aspartat-Protease:HIV - Protease

Structure based drug design

Metall-Ionen Katalyse

Beispiel Carboanhydrase

Kohlen-säure

Hydrogen-carbonat

Struktur der Carboanhydrase des Menschen

Das Zn2+ Ion erniedrigt den pKa Wert des gebundenen Wassermoleküls von 15,7 auf 7

Carboanhydrase von Methanosarcina thermophila

Metalloproteasen