Biochemie an der Universität Würzburg

1. Oxidoreduktasen: Elektronentransfer

2. Transferasen: Gruppentransfer zwischenmolekular

3. Hydrolasen: Hydrolyse (Spaltung mittels H2O)

4. Lyasen: Anfügen/Abspalten chemischer Gruppen

5. Isomerasen: Gruppentransfer intramolekular

6. Ligasen: Bindungsbildung mittels NTP (C-C; C-S; C-N; C-O-Bindungen)

• Die meisten Enzyme sind Proteine: große Moleküle aus aneinandergeknüpften AS
• Ausnahme: Ribozyme: RNA mit katalytischer Aktivität
• hohe Substratspezifität!

Proteinogene AS sind die, die im Verlauf der Proteinsynthese verwendet werden.

Bei proteinogenen AS ist die Aminogruppe in alpha-Stellung und L-konfiguriert (D-Aminosäuren stören den Translationsvorgang).

In wässriger Lösung liegen AS als Zwitterionen vor!

Einteilung nach Seitenkette:

unpolar/aromatische Seitenkette:  

Phenylalanin, Tyrosin, Tryptophan, Histidin (leicht basisch)

Unpolar: Glycin, Alanin, Leucin, Valin, Isoleucin, Methionin, Prolin

polar/ungeladen: Serin, Threonin, Cystein, Aspargin, Glutamin

polar/geladen:

sauer: Aspartat, Glutamat

basisch: Lysin, Arginin

Schwefelhaltig

Aufbau:

Verknüpfung von AS durch Amidbindungen

=> Amide ist ein Molekül, in dem die Aminogruppe direkt mit der Carbonylgruppe verknüpft ist.

=> Amine aus AS=Peptid

=> Protein = Peptid aus vielen AS

Die Peptidbindung ist mesomeriestabilisiert, planar und nicht frei drehbar.

Struktur:

Primär: AS-Abfolge

Sekundär: (in bestimmten Bereichen):intramolekulare H-Bindungen, die eine bestimmte Lagerung stabilisieren, z.B. beta-Faltblatt oder alpha-Helix

Tertiär: Lage der Sekundärelemente zueinander (H-Brücken und kovalente Bindungen)

Quartär: Anordnung mehrerer Makromoleküle (Proteine) zu einer funktionellen Einheit

...werden für die Enzymaktivität benötigt, oft Abkömmlinge von Vitaminen, Metallionen o.ä. (z.B. Häm)

• Bindung von Molekülen (Substrate) an passender Stelle  ->Enzym und Substrat verändern sich leicht und werden zu einem energiereichen Enzym-Substrat-Komplex
• Energie des Komplexes wird als Aktivierungsenergie genutzt

Hauptsätze

1. Energieerhaltung

2. Eine Reaktion läuft nur freiwillig ab, wenn dabei Energie frei wird.

Freiwerdende Energie bezeichnet man als freie Reaktionsenthalpie Δ G

Gibbs-Helmholtz-Gleichung: Δ G=Δ H - TxΔ S

S: Entropie

H: Enthalpie ("Wärmeinhalt")

Davon ableitbar: Δ G=ΔG0 + R · T · ln(c(produkt) / c(substrat))

Δ G0: Δ G unter Standardbedingungen und pH von 7

R: universelle Gaskonstante

Die im E-Diagramm angegebene Energienivau des Substrats ist nur ein Durchschnittswert, das heißt es gibt vreinzelte Substratmoleküle, die auch "über den Berg" wieder zurückregaieren

Betrachtet man die Gibbs-Helmholtz-Gleichung 

Δ G=Δ G0+RxTxln([produkt]/[substrat])

so kann man durch Veränderung der Konzentrationvon P und S die Reaktion in beide Richtungen laufen lassen.

Theoretisch ist eine Rückreaktion immer möglich, in der praktischen Biochemie würde aber ein unphysiologisch hoher Substratüberschuss benötigt werden. Deshalb gilt die Reaktion als irreversibel.

Mögliche Lösungen:

Gekoppelte Reaktionen: 

ΔG einer bestimmten biochemischen Reaktion wird erniedrigt,

indem deren Produkte dem Gleichgewicht durch eine zweite

biochemische Reaktion entzogen werden.

Chemische Aktivierung durch ATP:

Erhöhung der inneren Energie des Substrats.

Katalytische Aktivität:

für Enzymsorten

Die katalytische Aktivität "eines" Enzyms

wird in der SI-Einheit Katal angegeben: 

1 kat = 

1 Mol Produkt/1 sec Inkubationszeit

aber: i.d.R. verwendet man noch die alte Einheit Unit:

1 U = 1 µMol Produkt/1 min Inkubationszeit

Spezifische Aktivität:

für einzelne Enzyme

Die Spezifische Aktivität "eines" Enzyms

wird in der SI-Einheit Katal/kg angegeben: 

1 kat/kg = 

                 1 Mol Produkt/

1 sec Inkubationszeit * kg Enzym

aber: i.d.R. verwendet man noch die alte Einheit Unit/mg:

1 U/mg = 

                 1 µMol Produkt/

1 min Inkubationszeit * mg Enzym

...mit der Michaelis-Menten-Gleichung (Extrakarte).

Gute Enzyme setzen ihr Substrat möglichst schnell in Produkt um.

kat. Effizienz = Vmax/Km

• Je größer, desto besser.
• kombiniert beide Qualitätsparameter
• begrenzet durch Diffusionsgeschwindigkeit

Beachte: Nicht jeder Kontakt von Enzym und Substrat führt zu einem Produkt!