Biochemistry 1st Lecture - Enzymes And Their Role In Metabolism

Enzymes and their role in metabolism Enzyme ­ catalyst for biochemical reaction. For each cell a huge number of enzyme exists to  catalyze each reaction. Unlike inorganic catalysts enzymes are moderated to the proper needs of  the body. Enzymes where discovered in 19th century Germany. They are proteins and therefor have a  complicated structure.

Molecule  Primary, secondary and tertiary structure. Some enzymes are monomeric (one polypeptide) and  some polymeric. Large bio­polymers of a large molecular weight. Enzymes can be only simple  or conjugated proteins. Ions like copper. Iron are present in metalo­enzymes which are  conjugated enzymes. Most common are organic enzymes in which co­factors of small organic  molecules and metallic ions are present and they are called co­enzymes. Apoenzyme + co­ enzymes = holoenzymes.  Reactant ­­> progress of reaction ­­> product If enzyme is not present a significant amount of activation energy has to be used  for example  lighting a match requires high friction. The enzyme does not change. Enzymes are able to  modify reaction rate.

Active side Some parts of the enzymes are responsible of the catalytic effect ­ active side, in which specific  chemical composition for substrate. The shape of the active site must be similar to the shape of  substrate, secondary interaction in inactive part changes the shape of the substrate to fit active  side. Active side insures optimal orientation of reactants. Electrostatic interactions, charged  groups causes faster reactions. Acid­base catalysis. Covalent catalysis causes normal covalent  bonds to occur. Co­enzymes can vary in position and strength of connection to enzyme.  In 1916 a systematic naming for enzymes was introduced. Ending ­ase according of substrate  name or name of reaction.

Iso­enzymes  Some sub­units are not the same in primary structure. A group of enzymes with the same activity  but different struction are called isoenzymes. In Lacto­dihydroginase two types of chains M, H  are present in different combinations in tertiary enzyme (H3M, M3H. M2H2, M4. H4).

Allostremic effect Only possible in tertiary structure. Allostremic effector ­ molecule which bind to surface of sub­ unit changing shape to open (positive effector) or close (negative effectors) active side.  Individual metabolic products can serve as activators inhibitors of allostremic enzymes. They are  known as regulatory enzymes. If ATP production is very high, some enzymes serve as negative  effectors to stop production. 

Enzymatic activity Enzyme amount is not a good way to measure activity. A unit for measurement of activity during time. Turnover number ­ Number of molecules of  substrate changed by one molecules of enzyme per second. kat ­ activity that changes 1 mole of  substrate per second. 1 C activity that changes 1 milimole per minute. Proteosynthesis machinery produces pro­enzymes (non­stable) like pepsin ­ synthesizes as  pepsinegin ­ not fully synthesized. These enzymes start partial activation but only the final  enzyme is fully active. 

Inhibition of enzymes Stopping of effect of enzymes. Could be reversible or irreversible. Reversible could be  competitive ­ inhibitor competes with substrate for binding to active side. Uncompetitive binds  only to ES distinct from active side. Uncompetitive binds to both free enzyme and ES distinct  from active side. Irreversible can be affinity  labels ­ highly reactive substrate block active side. Mechanism based  inhibitors ­ substrate 

Enzyme modification •

pH (pH ­ optimum) controls dissociation rate of parts of the enzymes.

•

Temperature (temperature­optimum)

•

Ionic strength (salt concentration) ­ can remove hydration field and cause changing of  shape

•

Others (presence of emulgators ­ lipases)

•

Product inhibition (accumulation of product decreases the reaction rate)

•

Covalent modification Phosphorylation Adenhylation Uridylation Ribozylation Methylation Proteolytic Others (metal complex formatiom, disulfidic bond disruption)

•

Allosteric modification Allostreic effectors (Hormones) ­ activators, inhibitors Feedback inhibition ­ inhibition of former enzymes.

Classification of enzymes Each cell has more than 3000 enzymes. Each species has a different set of enzymes. There are 6  classes of enzymes. 1.

Oxidoreductases ­ oxid ­ reduction reactions

2.

Transferases ­ group transfer ­ only group without non­co­enzymes

3.

Hydrolases ­ Hydrolytic reaction

4.

Lyases ­ elimination of groups ­ addition of energy

5.

Isomerases ­ reaction involving isomerization (intramolecular changing of groups)

6.

Ligases ­ Two molecules joining together ­ requires additional energy from ATP