反応の次数

1. 反応の次数 ０次反応 A D B ; V= k １次反応 A D B ; V = k x [A] ２次反応 A+ B D C + D ; V = k x [A] x [B]

2. 反応速度式 • ２分子反応の場合 反応速度vはP, Qの生成速度または、A, Bの消失速度で表される 反応速度式は: kは反応速度定数。

3. 反応速度と平衡定数 可逆反応： A + B  C + D 反応速度は順反応速度と逆反応速度の差である。 dC/dt = kf [A][B] - kr [C] [D] 平衡状態では： kf [A][B] = kr [C] [D] Keq = kf / kr = [C] [D] / [A][B]

4. 酵素は通常タンパク質である。酵素活性を持つRNAもあり、 リボザイムと呼ばれる。 酵素 リボザイム (self-splicing intron) 酵素(ヘキソキナーゼ)

5. 酵素は基質結合部位を持つ。結合するとき、基質は反応に適した向きで結合する。酵素は基質結合部位を持つ。結合するとき、基質は反応に適した向きで結合する。 基質 基質との結合は、高度に特異的である。１つの酵素は、通常、１つタイプの反応を触媒する。 酵素

6. 活性部位 酵素の活性部位 Active site 基質 Triosephosphateisomerase トリオース・リン酸イソメラーゼ

7. 基質 + 活性部位 ES 複合体: 弛緩 ES 複合体: 緊張 酵素 基質(S)と酵素(E)の結合(Induced fit)

8. Michaelis-Menten 式 • 仮定: • １つの基質 • 生成物(P)の形成は不可逆的 • 定常状態仮説： [E-S] は変化しない 結果: E + S D E-S 1 E + P

9. k2 k1 k-1 Michaelis-Menten式の求め方 • 順反応速度 vfは • 逆反応および生成物産生速度 vdは • 定常状態では[ES]は一定であるので:

10. Michaelis-Menten 式の求め方（続き） • 総酵素濃度 [Et] は [ES]と[E]の和であるので: • 定常状態では: • 生成物産生速度 v = k2[ES]なので:

11. 　　仮定: E + S E-S E + P E-S 形成は可逆的である, ‘定常状態.’ P形成は事実上、不可逆である. V = Vmax ( [S] / ([S] + KM)) 極限条件: [S] >> KM V = Vmax [S] = KM V = ½Vmax [S] << KM V = Vmax[S]/KM Michaelis-Menten 式 kcat

12. 反応速度図: Vo vs. [S] Vmax Vo = = Vmax( [S] / ([S] +KM)) Vmax Xform Reaction velocity (Vo) Vmax/2 1/Vo = = 1/Vmax + (1/[S]) x KM/(Vmax) KM Substrate concentration [S]

13. Lineweaver-Burke: 1/Vovs. 1/[S] Slope = KM/Vmax 1/Vo Intercept = 1/Vmax Intercept = -1/KM 1/[S]

14. 定義 … KM ：反応速度が最大の1/2のときの基質濃度. kcat：触媒反応速度定数. IU = 国際単位 = 1 minあたり 1 mmol の基質を転換させる酵素量 代謝回転数: 基質飽和条件で、酵素１分子あたり１秒間に転換させる基質の分子数

15. いくつかの酵素の KM値 Enzyme Substrate KM (mM) Turnover(s-1) Chymotrypsin Ac-L-tryptophane 5000 100 Carbonic anhydrase CO2 8000 600,000 Penicillinase Bz-penicillin 50 2,000 Lysozyme Hexa-NAG 6 0.5 B-Galactosidase Lactose 4000 Pyruvate carboxylase Pyruvate 400 HCO3- 1000 ATP 60

16. 反応による酵素の分類 • 反応のタイプ: • 酸化還元酵素: 脱水素酵素, オキシゲナーゼ • 転移酵素: キナーゼ, フォスフォリラーゼ, トランスアミナーゼ • 加水分解酵素: ペプチダーゼ, リパーゼ, フォスファターゼ, グリコシダーゼ • リアーゼ: デヒドラターゼ, デカルボキシラーゼ, シンターゼ • イソメラーゼ • リガーゼ

17. 酸化還元酵素 脱水素酵素: 水素原子と電子を転移する オキシゲナーゼ: 酸素を基質とする モノオキシゲナーゼ: １つの O 原子を基質に 　　　　導入 ジオキシゲナーゼ: ２つの O 原子を基質に導 　　　　入 水酸化酵素: 水酸基を導入 過酸化酵素: 過酸化水素を基質とする

18. 転移酵素 キナーゼ: ATP からリン酸基を基質に転移する. スルファターゼ: 硫酸基を転移する（普通、糖やステロイドに） トランスケトラーゼ, トランスアルドラーゼ: ケトまたはアルデヒド基を転移する トランスアミナーゼ: アミノ基を転移する グリコシラーゼ: 単糖を転移する

19. 加水分解酵素 グリコシダーゼ: ２つの単糖の間の結合を切る リパーゼ: 脂質分子の中の結合を切る フォスフォリパーゼ: リン脂質分子の中の結合を切る ペプチダーゼ (プロテアーゼ): ペプチド結合を切る ヌクレアーゼ: リン酸ジエステル結合 (DNA/RNA)を切る フォスファターゼ: リン酸エステルを切る

20. リアーゼ: ある基を除去して二重結合を残す デヒドラターゼ: 水を除去する デカルボキシラーゼ: CO2を除去する

21. イソメラーゼ:立体異性体を転換する 位置的, 幾何学的, 光学的 異性体を転換する

22. リガーゼ ATPを消費して、結合を作る

23. 酵素番号 トリプシン EC 3.4.21.4 加水分解酵素 トリプシン類 プロテアーゼ

24. 触媒反応の自由エネルギー変化 反応は活性化エネルギーの山を越えて進む A 触媒によって活性化エネルギーは減少する B A B

25. 酵素調節 • 酵素調節の型: • タンパク結合: 例 – プロテイン・キナーゼA • リン酸化: 例 – インスリン様成長因子リセプター細胞質ドメイン • タンパク分解: 例 – トリプシン • KmまたはVmax.　の変化 • アロステリック調節

26. 酵素調節 競合阻害剤 基質 競合阻害：阻害剤は基質結合部位に結合する 非競合阻害：阻害剤は基質結合部位と異なる部位に結合 非競合阻害剤

27. 酵素阻害 • 競合阻害: 基質と阻害剤は類似した構造を持つ. • 非競合阻害: 阻害剤は基質とは異なる部位に結合する. • 混合阻害: 複合的要因.部分的に立体構造的効果。

28. + Competitive Inhibitor 1/Vo No Inhibitor Present 1/[S] 競合阻害 阻害剤によりKmが増加したように見える

29. + Non-Competitive Inhibitor 1/Vo No Inhibitor Present 1/[S] 非競合阻害 阻害剤によってVmaxが減少したように見える

30. アロステリック酵素 アロステリック酵素 単一基質酵素 反応速度 基質濃度

31. アロステリック酵素 １つのサブユニットへの基質の結合によって、２つのサブユニットがともに基質の結合しにくいT状態から、結合しやすいR状態に変形する。 T R

32. 酵素の反応機構１ • リゾチームの反応機構:細菌細胞壁のペプチドグリカンを分解する. • リゾチームは唾液や涙の中にある. • 細菌細胞壁のNAM-NAGリピートを切る. • ６つの単糖が活性部位に結合する. • 基質は ‘半いす’ 構造に変形する. • Glu/Aspによる一般酸塩基触媒.

33. リゾチームの構造 35:Glu 52:Asp

34. 細菌細胞壁 (NAG) (NAM)

35. リゾチームの基質、ペプチドグリカン

36. リゾチームの反応機構 1

37. リゾチームの反応機構 2

38. 酵素の反応機構２ キモトリプシン: 消化酵素、タンパク質分解 • セリン・プロテアーゼ • 大きな疎水性側鎖を持つアミノ酸のところで切る. • 電荷リレー・ネットワークが Ser-195を活性化. • Serは基質と共有結合する.

39. セリンプロテアーゼの活性中心 セリンプロテアーゼの活性部位には、セリン、ヒスチジン、アスパラギン酸残基が接近して存在する。

40. キモトリプシンの反応機構 1 四面体型中間体 基質

41. キモトリプシンの反応機構 2

42. 補酵素 • １．ATP: リン酸化 • 2. その他のヌクレオチド: GTP, UTP, CTP • 3. 酸化還元補酵素: ニコチンアミド, フラビン • = NAD, NADH, FAD, FMN • 金属イオン: Fe, Ca, Zn, Mg • 補酵素 A (CoA) • 6. S-アデノシル・メチオニン (SAM)