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Zur Erinnerung…. tosephosphatweg gewährleistet die Herstellung von d Ribose. NADPH wird für die reduktiven Biosynthese synthese, Fettsäuresynthese,Nukleotidsynthese….) be st Baustein der Nukleinsäuren und diverser Cofaktor nd Ribose wird in der oxidativen Phase des Pentose- wegs aus Glucose-6-P hergestellt. ht-oxidative Phase überführt überschüssige Ribose i der Glycolyse. ht-oxidative Phase wird durch die Transketolase (ei lches C2-Einheiten transferiert) und der Transaldol ym welches Schiff‘sche Basen ausbildet und C3-Einhe iert) katalysiert.

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Zur Erinnerung….

-Der Pentosephosphatweg gewährleistet die Herstellung von NADPH und Ribose. NADPH wird für die reduktiven Biosynthesen(Steroidsynthese, Fettsäuresynthese,Nukleotidsynthese….) benötigt,Ribose ist Baustein der Nukleinsäuren und diverser Cofaktoren. -NADPH und Ribose wird in der oxidativen Phase des Pentose-phosphatwegs aus Glucose-6-P hergestellt.-Die nicht-oxidative Phase überführt überschüssige Ribose in Inter-mediate der Glycolyse.-Die nicht-oxidative Phase wird durch die Transketolase (ein TPP-Enzym welches C2-Einheiten transferiert) und der Transaldolase(ein Enzym welches Schiff‘sche Basen ausbildet und C3-Einheitentransferiert) katalysiert.

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Thermodynamik und Kinetik

-Die Thermodynamik beschreibt die Energieverhältnisse einer Reaktion. -Die Kinetik beschäftigt sich mit mit der Frage, wie schnell eine Reaktionunter gegebenen Bedingungen abläuft.

Enzyme ändern dieKinetik einer Reaktion,nicht aber die Energetik.

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Zum Schluss: Die Enzymkinetik

-Enzyme katalysieren eine Reaktion, indem sie den Überganszustandeiner Reaktion begünstigen (die Aktivierungsenergie G* erniedrigen).-Bei der Katalyse bilden Enzym und Substrat einen Enzym-Substrat-Komplex aus, der dann zum Enzym das Produkt weiterreagieren kann:

E + S ES E + P

E + P

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E + S ES E + Pk1 k2

k-1 k-2

Die Bestimmung der Anfangsgeschwindigkeit

Die Anfangsgeschwindigkeit ist unabhängig von der Rückreaktion,da hier noch kein (oder nur sehr wenig) Produkt hergestellt wurde.

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Die Michaelis-Menten-Kinetik

Reaktionsgeschwindigkeit Vo= Anzahl der pro Sekunde entstehenden Mole Produkt-Reaktionsgeschwindigkeit steigt zunächst linear mit zunehmender Substratkonzentration an.-Bei hohen Substratkonzentrationen erreicht Vo ein Maximum

Eine solche Reaktionwird durch die Mechaelis-Menten-Kinetik beschrieben

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Konzentrationsveränderungen der Reaktanden am Anfangeiner Reaktion (Produktkonz. ist sehr klein)

Umsetzung zum Produktsteigt linear mit der Zeit (Rückreaktion istvernachlässigbar)

Kon

zent

rati

on

E + S ES E + Pk1 k2

k-1 k-2

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Konzentrationsänderungen der Reaktanden imGleichgewicht

E + S ES E + Pk1 k2

k-1 k-2

Das Gleichgewicht ist eingestellt, es gibtkeine Nettoveränderung von Substrat undProdukt mehr!

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Was macht die Michaelis-Menten Kinetik?

Die MM-Kinetik formuliert einen Ausdruck, der die Katalyse-geschwindigkeit mit den Substrat- und Enzymkonzentration verbindet.

Das MM-Modell ist das einfachste, mit dem man die kinetischen Eigenschaften vieler enzymkatalysierter Reaktionen beschreiben kann

Zentraler Punkt bei dieser Betrachtungsweise ist die Michealis-Menten Gleichung

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Voraussetzungen für eine Michaelis-Menten Kinetik

E + S ES E + Pk1 k2k-1

Vo ist linear zu S wenn S klein und P noch nichtgebildet ist

Bei hohen S ist Vovon S unabhängig(alle aktiven Zentrenbesetzt)

Rückreaktion ist vernachlässigbaram Anfang der Reaktion

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E + S ES E + Pk1 k2k-1

Die Michaelis-Menten Kinetik

Katalysegeschwindigkeit Vo= k2 [ES](Vo ist Produkt aus Geschwindigkeitskonstante k2 und [ES]

ES läßt sich ausdrücken über zwei Größen:

Bildungsgeschwindigkeit für ES=k1[E][S]Zerfallsgeschwindigkeit für ES=(k-1+k2)[ES]daraus ergibt sich:

k1[E][S] =(k-1+k2)[ES] oder [E][S]/[ES]= (k-1+k2)/k1

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E + S ES E + Pk1 k2k-1

Die Michaelis-Menten Kinetik

[E][S]/[ES]= (k-1+k2)/k1=KM

KM ist die Michaelis-Menten Konstante (hat Konzentrations-einheit).Diese Konstante ist ein wichtiges Charakteristikum für E-SWechselwirkungen und von der Konzentration dieser beidenunabhängig.

Umformen der obigen Gleichung ergibt:[E][S]/KM = [ES]

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E + S ES E + Pk1 k2k-1

Die Michaelis-Menten Kinetik

[E][S]/KM = [ES]

Annahme: [E] viel kleiner als [S] [S]ges. ist dann nahezu gleich mit ungebundenem [S]

Für die Enzymkonzentration gilt: [E]= [E]ges - [ES]

([E]ges.- [ES])[S] = [ES]KM

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E + S ES E + Pk1 k2k-1

Die Michaelis-Menten Kinetik

([E]ges.- [ES])[S] = [ES]KM

nach ES auflösen:

[ES]= [E]ges.[S]

[S]+KM

mit Katalysegeschwindigkeit Vo= k2 [ES]

Vo = k2[E]ges.[S]

[S]+KM

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E + S ES E + Pk1 k2k-1

Die Michaelis-Menten Kinetik

Vo = k2[E]ges.[S]

[S]+KM

Die Maximalgeschwindigkeit Vmax ist erreicht, wenn alle aktivenZentren besetzt sind, also [ES]=[E]ges ist und demzufolge gilt:

Vmax=k2[E]ges

Vo = Vmax[S]

[S]+KM

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Die Michaelis-Menten Kinetik

Vo = Vmax[S]

[S]+KM

Die Michaelis-Menten Gleichung

-wenn [S] sehr klein ist wird ist Vo direkt Proportional zu [S]-wenn [S] sehr groß ist (viel größer als KM) ist Vo=Vmax-wenn [S]=KM wird Vo=Vmax/2d.h. KM ist die Substratkonzentration,bei der die Reaktionsgeschwindigkeithalbmaximal ist!!

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Die Michaelis-Menten Kinetik

Ein Beispiel, wie sich unterschiedliche KM-Werte in biologischenSystemen auswirken können:Viele Asiaten vertragen kein Alkohol. Dieser Effekt wird durch Acetaldehyd hervorgerufen, der durch die AD gebildet wird.

EtOH + NAD+ Acetaldehyd + NADH

Acetaldehyd wird durch eine weitere DH zu Acetat abgebaut. Hiervon hat der Mensch 2 Isozyme: Mitochondriale DH mit niedrigem KM, cytosolische DH mit hohem KM. Bei alkoholempfindlichen Menschen ist die mitochondriale DH mutiert und daher inaktiv.Aufgrund des hohen KM der cytosolischen DH wird Acetaldehyd nursehr ineffizient abgebaut und wird daher ins Blut abgegeben.Dies führt zu den physiologischen Effekten.

AD

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Der KM-Wert ist für jedes Enzym charakteristisch

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Die Wechselzahl

-die Wechselzahl kkat ist die Anzahlvon Substratmolekülen, die beivollständiger Sättigung des Enzymsmit Substrat pro Zeiteinheit umgesetztwerden. Für die meisten Reaktionen liegt kkat zwischen 1 und 10000/sec.

E + S ES E + Pk1 k2k-1

kkat ist gleich der Reaktions-konstanten k2

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Die Hemmung von Enzymen durch spezifische Moleküle

Die Aktivität vieler Enzyme kann durch Bindung von Inhibitorenbeeinflusst werden. Es werden folgende Inhibitoren unterschieden:Irreversible Inhibitoren: Diese Inhibitoren binden sehr fest (häufig kovalent) an das Enyzm und unterdrücken damit die Enzymaktivität(Bsp. Penizilin, Aspirin..)Reversibler Inhibitor: Diese Inhibitoren binden reversibel an die Enzyme und können die Aktivität über eine von zwei Möglichkeitenbeeinflussen:Durch kompetitive InhibitionDurch nicht-kompetitive Inhibition

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Kompetitive Inhibition und nicht-kompetitive Inhibition

Inhibition läßt sich durch Erhöhung der Substratmenge aufheben

Erniedrigt die Wechselzahldes Enzyms

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Die Enzymkinetik in Anwesenheit eines kompetitiven Inhibitors

-Diese Inhibition kann durch ausreichend hohe Substratkonzentrationenaufgehoben werden, d.h. Vmax bleibt gleich.-KM wird größer, da mehr Substrat notwendig ist, um alle aktiven Zentren zu besetzen.R

eakt

ions

gesc

hwin

digk

eit

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Die Kinetik von Enzymen in Anwesenheit eines nicht-kompetitiven Inhibitors

-der Inhibitor verringert die Konzentration des aktiven Enzyms. DieseInhibition kann nichtdurch eine Erhöhung von Substrat rückgängig gemacht werden!!KM ist vom Inhibitor nicht betroffen, jedoch Vmax