Dugga 1 TFKE44 2012
1. Vad innebär ”the Hammond postulate” - om det finns ett instabilt intermediat under
reaktionen, kommer transition state att likna strukturen av intermediatet (1p).
Vad menas med ”the Hammond effect” - en liten ändring i strukturen hos substratet så att
dess energi ökar (S blir mer instabilt) → TS sker tidigare i reaktionen → strukturen på TS blir mer
lik S (2p).
Vad innefattar BrØnsted β värde? Β = ΔΔG#/ΔΔG (β = 0 och 1 för enkla reaktioner). Det finns
ett linjärt samband mellan förändringen i aktiveringsenergi och jämviktsenergin (1p).
Dugga 1 TFKE44 2012
2. En reaktion som involverar en nukleofil attack på en ester kan beskrivas med följande
schema:
Under reaktionens gång bildas ett tetraedriskt intermediat.
a) Beskriv och förklara (rita) ett
energidiagram över reaktionen där det
hastighetsbegränsande steget är
formation av intermediatet. Markera
positionen för TS och intermediatet (2p)
och ge ett förslag på strukturen på TS
som visar laddningsfördelningen. (2p)
b) Beskriv och förklara (rita) ett
energidiagram över reaktionen där
det hastighetsbegränsande steget
är nedbrytning av intermediatet.
Markera positionen för TS och
intermediatet (2p) och ge ett
förslag på strukturen på TS som
visar laddningsfördelningen. (2p)
Dugga 1 TFKE44 2012
3. Förklara hur en metall kan fungera som en elektrofil katalysator i ett metalloenzym (det
går bra att förklara genom att visa exempel).
En koordinerad metalljon som stabiliserar en bildande negativ laddning. Det bildas en
bättre elektrofil än ursprungselektrofilen vilket underlättar för en nukleofil attack (4p).
Ex. hydrolys av en amid
Koordinerad Zn2+ polariserar en amid vilket underlättar för en nukleofil attack
och stabiliserar intermediatet
4. Om två substrat tävlar om aktiva ytan på ett enzym är dessa kompetetiva substrat. Vilka
faktorer bestämmer specificiteten (i.e. diskrimineringen mellan två substrat som binder
till samma enzym) mellan två kompetetiva substrat? (4p)
Från kvoten av reaktionshastigheten för A och B fås att specificiteten bestäms av kvoten mellan
hastighetskonstanten = kcat/KM (= specificitetskonstanten) för de båda substraten (2p)
k cat
ν A K M
=
ν B k cat
KM
A [ A]
[B ]
B
B
EB
E
A
EA
kB
kA
Specificiteten beror både på hur bra substratet binder till enzymet i.e. lågt KM och hur snabbt
katalysen går i.e. högt kcat (2p).
Dugga 1 TFKE44 2012
5. Schemat visar den termodynamiska cykeln där två ligander (A och B) kan binda in till
samma enzym.
A
E
KB
B
EB
EA
KA
A
K´B
B
EAB
K´A
a) Visa och förklara sambandet mellan jämviktkonstanterna i den termodynamiska
cykeln (2p)
Jämvikten definieras av fyra jämviktskonstanter:
Dissociationskonstanten A från E.A: K A =
[E ][A]
[EA]
Dissociationskonstanten B från E.B: K B =
[E ][B]
[EB]
Dissociationskonstanten A från E.A.B: K ′A =
[EB][A]
[EAB]
Dissociationskonstanten B från E.A.B: K B′ =
[EA][B]
[EAB]
Ur dessa fås:
[E ][A] * [EA][B] = [EB ][A] * [E ][B] → K ⋅ K ′ = K ′ ⋅ K
A
B
A
B
[EA] [EAB] [EAB ] [EB]
b) Hur ser sambandet ut om inbindning av A inte är beroende av inbindning av B? (1p)
Om inbindningen av A till E inte påverkas av om E bundit till B så gäller:
KA = K’A, vilket även innebär att KB = K’B
Dugga 1 TFKE44 2012
6. Schemat visar den termodynamiska cykeln för ett enzym E som har en alternativ
konformation E’ och där båda formerna kan protoneras.
Den apparenta jämviktskonstanten mellan E’ och E (Kapp) kan skrivas som:
[E '] + [E ' H + ] DVS ∑E’/∑E
K app =
[E ] + [EH + ]
[E '] + [H ][E ']
+
K app =
K A'
+
[E ] + [H ][E ]
→ K app
KA
EH+
K´
[E ']1 +
=
[E ]1 +
[H ]
+
K A'
→ K app
H+
K A
[ ]
1 +
=K
1 +
[H ]
+
E´H+
KA
K´A
E+H+
K
E´+H+
K ′A
H+
K A
[ ]
a) Beskriv och förklara hur värdet på Kapp påverkas vid högt pH? (3p)
Vid högt pH där [H+] << KA och K’A, är Kapp(highpH) = K
EH+
K´
Detta kan man utläsa från schemat:
E´H+
•
Vid högt pH är E deprotonerad
•
Jämvikten är mellan E
KA
K´A
E+H+
K
E´+H+
E’ → Kapp(highpH) = K
b) Beskriv och förklara hur värdet på Kapp påverkas vid lågt pH? (3p)
KK A
Vid lågt pH där [H+] >> KA och K’A, är Kapp(lowH) =
K ′A
Tillämpa regler för cykliska reaktioner
Ka * K = K’ * Ka’ → K’= K * Ka/K’a → Kapp(lowH) = K’
EH+
K´
E´H+
Detta kan man utläsa från schemat:
•
Vid lågt pH är E protonerad
•
Jämvikten är mellan EH+
E’H+ → Kapp(lowH) = K’
KA
K´A
E+H+
K
E´+H+
Dugga 1 TFKE44 2012
7. Fersht beskriver något som kallas kinetiskt pKa: Förklara, vad är ett kinetiskt pKa? hur
uppkommer ett kinetiskt pKa? och hur är ett kinetiskt pKa relaterat till pKa för den
inblandade joniserbara gruppen. (8p)
Dugga 1 TFKE44 2012
Information för uppgift 8.
Ks
E+S
ES
k2
k3
EI
E+P2
+P1
För att bevisa förekomsten av intermediatet EI i ovanstående enzymkatalyserade reaktion
måste man mäta k2 och k3 vid ”pre-steady state” och visa att dessa är större än eller lika med
kcat för den totala reaktionen under ”steady state” betingelser
Ett sätt att studera k2 är att använda en kromofor inhibitor till enzymet (E). Exempelvis kan man
använda proflavin (pro) som är en kompetitiv inhibitor till chymotrypsin, trypsin och trombin
(see nedanstående reaktion) och som ger en hög absorbans vid inbindning till E.
E
pro
S,Ks
k2
k3
EI
ES
E+P2
+P1
Epro
A465
8. Grafen nedan visar hur absorbansen förändras över tid om man blandar chymotrypsin
(10 μM), proflavin (50 μM) och Ac-Phe-OCH3 (2 mM) vid pH 6 och 25°C i en stopped-flow
spektrofotometer. Förklara vad som händer vid de olika faserna i grafen och visa från
vilken fas Ks och k2 kan beräknas. (8p)
ms
Tid
s
Dugga 1 TFKE44 2012
S,Ks
E
k2
ES
pro
EI
+P1
k3
E+P2
Epro
A465
i
Dissociering av Epro
Produktion av ES
Beräkning av Ks
ii
Produktion
av EI,
beräkning
av k2
iii
iv
Brist på
substrat →
minskning av
EI
(hydrolysen
detekteras)→
ökning av
Epro
Tid
Abs konstant tills S är förbrukad
i)
Vid tillsats av substrat sker först en snabb minskning i Abs pga snabb dissociering av
Epro och snabb formation av ES. S konkurrerar ut pro. Från denna fas kan Ks beräknas
ii)
Exponentiell minskning av Abs fås då EI bildas vilket leder till att mängden fri E som kan
binda till pro minskar. Från denna fas kan k2 beräknas
iii)
Abs är konstant så länge det finns nog med S som försäkrar att E är acylerat (i.e.EI)
iv)
Efter en tid stiger abs då S börjar ta slut [EI] minskar och [E] ökar som kan binda till pro.
