Aktivt sted og substratspecificitet

Bioteknologi A · STX · A-niveau · Enzymer og enzymkinetik

🧫 Aktivt sted og substratspecificitet

Aktivt sted (active site) = lille region af enzym hvor substrat binder og reaktion sker. Typisk 10-20 aminosyrer der tilsammen danner et "katalytisk lommesæt".

Substrat-specificitet: enzymer er meget specifikke.

To modeller:

1.

Lock-and-key-modellen (Emil Fischer, 1894): aktivt sted og substrat passer som lås og nøgle. Forklarer specificitet.

2.

Induced fit-modellen (Daniel Koshland, 1958): substrat-binding INDUCERER konformationsændring i enzymet. Mere realistisk.

Typer af substrat-specificitet: absolut (kun ÉN substrat — fx urease for urinstof), gruppe-specifik (familie af substrater — fx lipaser for fedtsyrer), bond-specifik (en bestemt bindingstype — fx pepsin for peptidbindinger).

Specifik chiralitet: enzymer skelner mellem stereoisomerer. D-glucose vs. L-glucose. Mennesker bruger kun D-glucose.

Aktivt sted-aminosyrer: typisk inkluderer histidin, serin, cystein, aspartat, glutamat (med ladede eller polære sidekæder).

Eksempel — chymotrypsin: bruger Asp102, His57, Ser195 (kataylsk triade) til at hydrolyse peptidbindinger ved aromatiske aminosyrer.

Eksempel — DNA-polymerase: aktivt sted "tjekker" base-paring — fejlrate kun 1 i 10⁹ pga. proofreading.

Bestemmelse af aktivt sted: røntgenkrystallografi (Max Perutz, John Kendrew — Nobelpris 1962 for hæmoglobin), NMR, kryo-elektronmikroskopi (2017 Nobel: Dubochet, Frank, Henderson).

Mutagenese-studier: udskift specifikke aminosyrer for at identificere katalytisk vigtige residuer.

Læringsmål

• Forklare aktivt sted og substratspecificitet
• Anvende Michaelis-Menten-kinetik (V_max, K_m)
• Skelne kompetitiv og ikke-kompetitiv inhibition
• Forklare allosterisk regulering
• Beskrive hvordan temperatur, pH og koncentration påvirker enzymer

Sådan kan du arbejde med emnet

• Forklar nøgle-lås-modellen og induced fit-modellen for enzym-substrat-binding
• Beskriv, hvordan et enzyms aktive sted bestemmer dets substratspecificitet
• Diskutér hvad der sker, hvis et enzyms aktive sted ændrer form på grund af en mutation

Eksperiment-forslag

• Tegn lock-and-key- og induced fit-modellerne ved siden af hinanden, og forklar forskellen med dine egne ord.
• Find en illustration af chymotrypsins katalytiske triade (Asp102, His57, Ser195), og forklar hvordan de tre aminosyrer samarbejder.
• Diskuter: hvorfor er DNA-polymerases fejlrate på 1 i 10⁹ vigtig for cellens overlevelse?

Brobygning

Når man har målt enzymets aktivitet ved forskellige substratkoncentrationer, kan man bruge et grafisk værktøj til at bestemme V_max og K_m præcist — det undersøges i 'Lineweaver-Burk-plot'.