Chapter 8

효소: 기초개념과 반응속도론

Chapter 8

6. 대부분의 생화학반응들은 여러 가지 기질을 포함한다.

 A + B P + Q

- 여러 기질 반응은 두 가지 반응부류로 나눌 수 있음

1) 순차반응 (Sequential Reactions): 반응물 모두 결합한 후 생성물이 분리되는 반응 - Ordered sequential reaction: Lactate dehydrogenase

- Random sequential reaction: Creatine kinase

2) 복치환반응 (Double-displacement; Ping-pong reactions): 반응물과 생성물의 분리가 순차적으로 일어나는 반응.

- 효소의 변형이 중간 산물로 존재함 - Aspartate aminotransferase:

7. 다른자리입체성 효소 (Allosteric enzymes)들은 Michaelis-Menten kinetics을 따르지 않음.

Allosteric enzymes

(sigmoidal curve) Allosteric regulator

8.5 효소들은 특수한 분자들에 의해 억제될 수 있다.

- 효소 활성 조절자 : 작은 분자로 구성된 화합물

= 효소활성을 증가 혹은 감소 시킬 수 있음

 양성 조절자: activator

 음성 조절자: inhibitor

= 생체에서 주요한 조절자로 작용

 Allosteric inhibitors or activator

 Drugs or toxins

 전이상태 유사체 (inhibitor) - 효소활성 저해제의 저해 기전

= 비가역적 저해제: 공유결합 혹은 약한 상호결합으로 강하게 결합함

 Covalent modification

 Noncovalent modification

= 가역적 저해제: 약한 상호작용으로 결합함

 경쟁적 저해 (Competitive inhibition)

 무경쟁적 저해 (Uncpmpetitive inhibition)

 비경쟁적 저해 (Noncompetitive inhibition)

 경쟁적 저해 (Competitive inhibition) - 효소는 기질 혹은 저해제와 결합함.

= ES 혹은 EI를 만듦: ESI complex는 형성할 수 없음

= 효소에 결합하는 기질과 저해제가 경쟁함

= 기질의 농도를 높이면 저해제 효과를 상쇄시킬 수 있음 - 경쟁적 저해제의 종류: 기질 유사체 (Substrate analogs)

Ex) Methotrexate: dihydrofolate reductase의 경쟁적 저해제임

 무경쟁적 저해 (Uncompetitive inhibition)

= 저해제는 ES complex에 만 결합함.

 저해제 결합부위는 ES complex가 만들어 진 후에 형성됨

 무경쟁적 저해는 기질의 농도를 높이더라도 저해효과가 상쇄되지 않음

 비경쟁적 저해 (Noncompetitive inhibition) - 저해제가 효소의 활성자리와 경쟁하지 않음

= 활성자리가 아닌 다른 곳에 저해제가 결합함

= Allosteric inhibitors

1. 가역적 저해제들은 반응속도론으로 구별할 수 있음.

 Competitive inhibition

- 저해제가 효소의 활성자리와 결합할 수 있음

 Ki =[E][I]/[EI]

- 기질의 Km 값을 높임: 결합력을 약화시킴

 Km^app = Km (1 + [I]/Ki) - Vmax는 변화없음

 기질의 농도를 높임으로서 Vmax에 도달함.

- Double-reciprocal plot

( ¹ + )( )

 Uncompetitive inhibition

- 저해제가 ES complex에 만 결합함

 Ki =[ES][I]/[ESI]

- Vmax 가 낮아짐: Why??

- Km도 낮아짐: [E]와 [ES]의 평형을 유지하기 위해 - 기질의 농도를 높여서 제해 효과를 상쇄 못함

- Double-reciprocal plot

( ¹ +

 비경쟁적 저해 (Noncompetitive inhibition)

- 저해제가 E 혹은 ES complex에 결합할 수 있음: Why??

- 기질의 농도를 높여서 저해효과를 상쇄 못함

= 저해제가 활성있는 효소의 농도를 낮춤

= Vmax가 낮아짐

 Vmax^app = Vmax/(1 + [I]/Ki)

= Km은 변화 없음

- Double-reciprocal plot

1+ ( ¹ +

2. 비가역적 저해제들은 활성자리의 위치를 분석하는데 사용될 수 있다.

- 비가역적 저해제: 효소의 활성자리에서 촉매작용에 중요한 요소와 공유결합함

= 변형된 자리는 쉽게 확인할 수 있음 - 비가역적 저해제의 종류

= 원자단 특이적 화합물 (group-specific inhibitors)

= 반응성 기질유사체 (Reactive substrate analogs)

= 자살 억제물 (Suicide inhibitors) 1) Group-specific inhibitors

- 효소의 amino acid들의 side chain과 결합

= 활성자리에 존재하는 amino acid과 결합함 ex) * DIPF: Ser과 결합

(Chymotrypsin/acetylcholin esterase)

* iodoacetamide: Cys과 결합

2) Reactive substrate analogs.

- 화합물이 효소의 기질과 구조적으로 유사함

- 활성자리의 촉매작용에 관여하는 amino acid와 결합 - group-specific reagent들 보다 더욱 특이성이 높음

= Tosyl-L-phenylalanine chloromethyl ketone (TPCK): chymotrypsin

= 3-bromoacetol phosphate: triose phosphate isomerase (DHAP ; substrate)

3) Suicide inhibitors, or mechanism-based inhibitors.

- 가장 특이적인 활성자리 변형제임

= 효소의 정상반응을 유도함

= 반응성이 강한 중간산물을 생산 후 효소를 공유결합으로 변형시킴 ex) N,N-dimethylpropagylamine: monoamine oxidase (deaminates

neurotransmitters: dopamine and serotonin)

 Low dopamine: Parkinson disease

 Low serotonin: depression

3. 전이상태 유사체 (Transition-State analogs)는 효소의 강력한 저해제임 - Transition-state analogs: 전이상태 유사화합물

= Pyrrole-2-carboxylic acid: Proline racemase inhibitor

4. 촉매활성을 가진 항체는 효소의 전이상태에서 특이적 결합의 중요성을 보여준 다.

- Catalytic antibody: 효소의 전이상태를 항원으로 만든 항체

= ferrochelatase : Fe ion을 porphyrin ring에 넣어주는 효소

= N-methylmethoporphyrin을 사용하여 만든 항체는 철이온을 porphyrin ring에 넣을 수 있음.

5. Penicillin은 bacteria의 세포벽 합성효소를 비가역적으로 저해한다.

Peptidoglycan structure

sugar Peptide

Pentaglycine