Enzimi

Didascalia alternativa:

2e--> FADH2 forma ridotta = FADH2 + 2e--> FAD + 2H+ + 2e- La proteina enzimatica quando catalicamente inattiva, quindi non legata al cofattore, si chiama apoenzima; mentre il complesso catalicamente attivo, oloenzima. VELOCITÀ DI REAZIONE ED ENERGIA DI ATTIVAZIONE Affinché una reazione avvenga le molecole dei reagenti devono possedere un'energia minima chiamata energia di attivazione. Prima che i reagenti si trasformano completamente nei prodotti si forma il cosiddetto stato di transizione, detto complesso attivato, che ha energia potenziale maggiore rispetto a quella 8-8 dei reagenti. A causa proprio di questa elevata K il complesso è instabile e si trasforma nei prodotti, reapenti più stabili perché hanno K minore. КА Ke KP reagents La variazione K in una reazione si può rappresentare con il profilo di reazione, che la esprime in funzione del tempo di reazione. Prodoth esoergonica T E+S →ES→ EP → E + P 2. formazione complesso enzima-prodotti 3. distacco prodotti dall'enzima KR K ES si trasforma nel complesso EP In reagenti endoergonica Prodoth Kc>Ke Complesso athva to T AZIONE CATALITICA L'azione catalitica consiste nell'aumentare la velocità di una reazione e si esplica abbassando l'EA della reazione. Il meccanismo di una reazione catalizzata da un enzima comprende tre stadi: кос кс 1. formazione complesso enzima-substrato: E orienta il S per corretta interazione E si combina con S per formare il complesso ES stabilendo legami deboli (ad idrogeno o polari) 88 Prodotti ES complesso attivato instabile e con energia minore rispetto a quella che avrebbe senza enzima P ha caratteristiche diverse rispetto al S e quindi si stacca dall'E SPECIFICITÀ ENZIMA Gli enzimi sono proteine altamente specializzate a differenza dei catalizzatori inorganici*. La loro elevata specificità si manifesta sia nei confronti del substrato su cui agiscono sia nei confronti del tipo di reazione² catalizzata. esempio catalizzatore inorganico* = platino in polvere che catalizza tutte le reazioni in cui un reagente è l'idrogeno molecolare SPECIFICITÀ SUBSTRATO¹ La specificità del substrato dipende dal sito attivo dell'enzima, che è una regione dell'enzima dalla configurazione ben definita (si può legare un unico substrato) entro la quale si trovano le catene laterali degli aminoacidi* che partecipano alla catalisi e il coenzima se necessario. *amminoacidi: monomeri proteine si rappresentano con una formula generale definita da un atomo di C a cui sono legati un atomo di H, un gruppo amminico -NH2, un gruppo carbossilico -COOH, e una catena laterale R. La catena laterale determina le proprietà specifiche dell'amminoacido. >+< H. H OH Gli enzimi hanno sviluppato una struttura (o architettura) e una sequenza amminoacidica che li rende perfetti per il processamento del proprio substrato naturale. Essi infatti sono in grado di distinguere in maniera precisa il substrato da altre molecole presenti nell'ambiente e molto spesso la specificità è legata alla forma 3D del sito attivo: soltanto molecole con certe caratteristiche spaziali, infatti, saranno in grado di raggiungerlo e di posizionarsi in maniera corretta. SPECIFICITÀ REAZIONE Un enzima ad esempio che catalizza una reazione di idrolisi su un dato substrato non può catalizzare anche una reazione di ossidazione sullo stesso substrato. Gli enzimi si possono quindi classificare in 6 classi in base al tipo di reazione che catalizzano. Nome della classe: radice tipo di reazione + -asi 1) ossidoreduttasi: reazioni di riduzione e ossidazione (catalizzano quindi trasferimento di elettroni) esempio: deidrogenasi ciclo di krebs 2) transferasi: permettono il trasferimento di gruppi funzionali da un substrato all'altro esempio: l'esochinasi della glicolisi che trasferisce un gruppo fosfato da un donatore (l'ATP) a un accettore (il glucosio) 3) idrolasi: idrolisi, rottura legame covalente grazie a molecole di acqua esempio: proteasi spezzano il legame peptidico tipico delle proteine 4) liasi: rottura doppio legame (aggiungendo gruppo funzionale) o formazione doppio legame (sottraendo gruppo funzionale) esempio: decarbossilasi, che permettono la rimozione dalla molecola di un acido organico di uno o più gruppi carbossilici sotto forma di anidride carbonica 5) isomerasi: trasferimento di atomi all'interno di una stessa molecola con conseguente formazione di isomeri esempio: citrato a isocitrato 6) ligasi: reazioni di sintesi tra due molecole con formazione di un solo prodotto esempio: DNA ligasi, ad esempio, permettono l'unione di due nucleotidi all'interno di un filamento di DNA interrotto ATTIVITÀ ENZIMATICA L'attività enzimatica corrisponde alla loro azione catalitica, definita come la quantità di substrato trasformata in prodotto in un certo tempo (gli enzimi diminuendo l'Età aumentano il numero di molecole di substrato capaci di superare la barriera energetica). L'attività enzimatica dipende dalle variazioni di temperatura, dai valori di pH, da un aumento o diminuzione della concentrazione dell'enzima e del substrato. variazioni di temperatura Le reazioni chimiche subiscono un aumento della velocità in seguito ad un aumento di temperatura, perché l'aumento dell'energia termica permette alle molecole di superare il valore dell'Ea. Però nelle reazioni catalizzate da enzimi, che sono proteine e che quindi si denaturano a certe temperature causa rottura dei legami (che nella struttura secondaria e terziaria sono molto deboli), la velocità aumenta all'aumentare della temperatura fino ad un determinato valore chiamato temperatura ottimale. Nelle cellule umane la temperatura ottimale è 37º. Persina M 123. Chimotripsina √mon- PH 50+ Esaturo 20 effetto concentrazione enzima All'aumentare della concentrazione dell'enzima aumenta anche l'attività catalitica, in quanto aumentano i siti attivi disponibili. !Tothmale 1 T (°C) effetto del pH Dal valore del pH dipendono la conformazione del sito attivo e l'interazione tra enzima e substrato. Il valore del pH della soluzione al quale corrisponde la massima attività catalitica si chiama pH ottimale. K effetto concentrazione substrato Ad un aumento della concentrazione dei reagenti aumenta anche la velocità di reazione che raggiungerà un livello massimo e poi rimarrà costante. Questo andamento, ossia la curva di saturazione, si giustifica con il raggiungimento di un valore di concentrazione di substrato tale da saturare in ogni istante gli enzimi, la velocità diventa quindi costante e diviene indipendente dalla concentrazione del reagente. REGOLAZIONE ATTIVITÀ ENZIMATICA L'attività degli enzimi in una cellula può essere modulata a seconda delle esigenze metaboliche. effettori allosterici Molecole che si possono legare in modo specifico all'enzima inducendo un lieve cambiamento conformazionale. positivi: aumentano la capacità del sito attivo di legarsi al substrato negativi: diminuiscono " L'enzima la cui attività è inibita o aumentata da un effettore si chiama enzima allosterico. Gli effettori si legano debolmente e in modo reversibile e in una cellula sono presenti contemporaneamente sia quelli positivi che quelli negativi che agiscono a seconda della necessità. "4 inibitori enzimatici Gli inibitori si legano agli enzimi formando complessi che perdono la capacità di legare il substrato riducendo l'attività catalitica. • irreversibili: modifica permanente, inibitore non si stacca dall'enzima L'inibitore si lega con un legame covalente con gli amminoacidi del sito attivo, in particolare con quelli le cui catene laterali contengono -OH (tirosina, serina) e -SH (cisteina) esempio: DFP si lega al gruppo -OH della serina bloccando il sito attivo e impedendo il legame con il substrato. il DFP inibisce l'enzima acetilcolinesterasi che serve per demolire l'acetilcolina, un neurotrasmettitore che trasmette l'impulso nervoso attraverso le sinapsi poste tra due neuroni. Per far tornare a riposo la sinapsi e quindi renderla abile a ricevere un altro impulso nervoso è necessario che l'acetilcolina venga degradata, appunto da questo enzima acetilcolinesterasi. Quindi il DFP andando a bloccare questo enzima blocca la trasmissione di un possibile altro impulso. reversibili: modifica momentanea, inibitore può staccarsi dall'enzima competitivi: molecole con forma analoga al substrato che formano un legame non covalente con il sito attivo, legame debole che permette all'enzima di allontanare l'inibitore se necessario. competitivo = al sito attivo si possono legare sia l'inibitore che il substrato (attività catalitica dipende dalla concentrazione di uno e dell'altro) non competitivi: si legano in un sito diverso dal sito attivo causando un cambiamento conformazionale del sito attivo che non può più legarsi al substrato. non competitivo = al sito attivo si può legare solo il substrato