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-Einheiten transferiert) katalysiert.

Thermodynamik und Kinetik -Die Thermodynamik beschreibt die Energieverhältnisse einer Reaktion. -Die Kinetik beschäftigt sich mit mit der Frage, wie schnell eine Reaktion unter gegebenen Bedingungen abläuft. Enzyme ändern die Kinetik einer Reaktion, nicht aber die Energetik.

Zum Schluss: Die Enzymkinetik -Enzyme katalysieren eine Reaktion, indem sie den Überganszustand einer Reaktion begünstigen (die Aktivierungsenergie DG* 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

Die Bestimmung der Anfangsgeschwindigkeit Die Anfangsgeschwindigkeit ist unabhängig von der Rückreaktion, da hier noch kein (oder nur sehr wenig) Produkt hergestellt wurde. k1 k2 E + S ES E + P k-1 k-2

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 Reaktion wird durch die Mechaelis-Menten- Kinetik beschrieben

Konzentrationsveränderungen der Reaktanden am Anfang einer Reaktion (Produktkonz. ist sehr klein) k1 k2 E + S ES E + P k-1 k-2 Konzentration Umsetzung zum Produkt steigt linear mit der Zeit (Rückreaktion ist vernachlässigbar)

Konzentrationsänderungen der Reaktanden im Gleichgewicht k1 k2 E + S ES E + P k-1 k-2 Das Gleichgewicht ist eingestellt, es gibt keine Nettoveränderung von Substrat und Produkt mehr!

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

Voraussetzungen für eine Michaelis-Menten Kinetik E + S ES E + P k-1 Rückreaktion ist vernachlässigbar am Anfang der Reaktion Bei hohen S ist Vo von S unabhängig (alle aktiven Zentren besetzt) Vo ist linear zu S wenn S klein und P noch nicht gebildet ist

Die Michaelis-Menten Kinetik E + S ES E + P k-1 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

Die Michaelis-Menten Kinetik E + S ES E + P k-1 [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-S Wechselwirkungen und von der Konzentration dieser beiden unabhängig. Umformen der obigen Gleichung ergibt: [E][S]/KM = [ES]

Die Michaelis-Menten Kinetik E + S ES E + P k-1 [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

Die Michaelis-Menten Kinetik E + S ES E + P k-1 ([E]ges.- [ES])[S] = [ES] KM nach ES auflösen: [S] [ES]= [E]ges. [S]+KM mit Katalysegeschwindigkeit Vo= k2 [ES] [S] Vo = k2[E]ges. [S]+KM

Die Michaelis-Menten Kinetik E + S ES E + P k-1 [S] Vo = k2[E]ges. [S]+KM Die Maximalgeschwindigkeit Vmax ist erreicht, wenn alle aktiven Zentren besetzt sind, also [ES]=[E]ges ist und demzufolge gilt: Vmax=k2[E]ges [S] Vo = Vmax [S]+KM

Die Michaelis-Menten Kinetik Die Michaelis-Menten Gleichung [S] Vo = Vmax [S]+KM -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/2 d.h. KM ist die Substratkonzentration, bei der die Reaktionsgeschwindigkeit halbmaximal ist!!

Die Michaelis-Menten Kinetik Ein Beispiel, wie sich unterschiedliche KM-Werte in biologischen Systemen 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 nur sehr ineffizient abgebaut und wird daher ins Blut abgegeben.Dies führt zu den physiologischen Effekten. AD

Der KM-Wert ist für jedes Enzym charakteristisch

Die Wechselzahl -die Wechselzahl kkat ist die Anzahl von Substratmolekülen, die bei vollständiger Sättigung des Enzyms mit Substrat pro Zeiteinheit umgesetzt werden. Für die meisten Reaktionen liegt kkat zwischen 1 und 10000/sec. kkat ist gleich der Reaktions- konstanten k2 k1 k2 E + S ES E + P k-1

Die Hemmung von Enzymen durch spezifische Moleküle Die Aktivität vieler Enzyme kann durch Bindung von Inhibitoren beeinflusst 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 Möglichkeiten beeinflussen: Durch kompetitive Inhibition Durch nicht-kompetitive Inhibition

Kompetitive Inhibition und nicht-kompetitive Inhibition Inhibition läßt sich durch Erhöhung der Substratmenge aufheben Erniedrigt die Wechselzahl des Enzyms

Die Enzymkinetik in Anwesenheit eines kompetitiven Inhibitors -Diese Inhibition kann durch ausreichend hohe Substratkonzentrationen aufgehoben werden, d.h. Vmax bleibt gleich. -KM wird größer, da mehr Substrat notwendig ist, um alle aktiven Zentren zu besetzen. Reaktionsgeschwindigkeit

Die Kinetik von Enzymen in Anwesenheit eines nicht-kompetitiven Inhibitors -der Inhibitor verringert die Konzentration des aktiven Enzyms. Diese Inhibition kann nichtdurch eine Erhöhung von Substrat rückgängig gemacht werden!! KM ist vom Inhibitor nicht betroffen, jedoch Vmax