GLI ENZIMI

CHE COSA SONO?

Sono delle proteine

altamente

specializzate con

attività catalitica,

accelerano le reazioni

chimiche rimanendo

inalterati al termine

della reazione stessa.

CLASSIFICAZIONE

O.T.I.L.Is. Lig

NOMENCLATURA

Numero di classificazione

formato: (ECX.Y.Z.W)

(esempio:EC 1.1.1.1)

“EC”: EnzymeCommission

X: Classe

Y: Sottoclasse

Z: Sotto-sottoclasse

W: numero individuale

Catalisi chimica e catalisi enzimatica

gli enzimi catalizzano specifiche reazioni chimiche attraverso

meccanismi di per sé molto simili a quelli operanti nella normale

catalisi chimica

il meccanismo catalitico di un enzima è sempre una combinazione di più meccanismi elementari di catalisi chimica

il processo catalitico di un enzima interessa principalmente una porzione della molecola della proteina enzimatica, detta sito attivo

nel sito attivo sono presenti vari gruppi funzionali, detti gruppi

catalitici, disposti e orientati in modo opportuno per legare i substrati e promuovere la loro trasformazione nei prodotti

l’interazione tra enzima e substrato avviene a

livello di un infossamento, una tasca o una cavità,

definiti sito attivo "

PROPRIETA’

EFFICIENTI

ALTAMENTE SPECIFICI

MODULABILI

AGISCONO in condizioni FISIOLOGICHE

SPECIFICITA’

Diversamente dai catalizzatori

inorganici, gli enzimi sono

altamente specifici sia verso il

substrato sul quale agiscono, sia

verso il tipo di reazione che

catalizzano.

La maggior parte di enzimi agisce su

di un unico substrato o su un

numero molto limitato di composti.

Modello CHIAVE-serratura

Complementarità fra sito attivo dell’ enzima e il

substrato e nessun cambio conformazionale dovuto al

legame del substrato

ADATTAMENTO INDOTTO

il sito attivo più che essere complementare al

substrato, è complementare allo stato di

transizione

La proteina enzimatica senza il suo cofattore è detto apoenzima, mentre la

sua forma completa e cataliticamente attiva è detta oloenzima.

I cofattori possono essere suddivisi in due gruppi:

possono essere ioni inorganici (Fe, Mg, Mn, Zn, Mo etc.) o molecole

organiche (coenzimi) che possono essere: legati debolmente alla

proteina o legati saldamente alla proteina (gruppo prostetico)

Esempi di coenzimi

CATALISI ENZIMATICA

Gli Enzimi catalizzano tutte le reazioni che avvengono

nell’ambiente cellulare dove le condizioni di temperatura e

concentrazione esistenti comporterebbero tempi di reazione

molto lunghi.

FASI dell’ AZIONE CATALITICA

ATTIVITA’ ENZIMATICA

Unità enzimatica (UI) : quantità di enzima

capace di trasformare una mmole di S in

un minuto a 25 °C nelle condizioni ottimali

del saggio.

Un KATAL : quantità di enzima capace di

trasformare una mole di S in

un secondo a 25 °C nelle condizioni

ottimali del saggio.

Numero di turnover ed

efficienza catalitica

Si definisce la costante catalitica

numero di turnover:

numero di molecole di substrato

convertite in prodotto per molecola

di enzima per unità di tempo

quando l’enzima è saturato con il

substrato

Fattori che influenzano attività

enzimatica

Temperatura

pH

Concentrazione del substrato

Concentrazione dell’enzima

EFFETTO DELLA TEMPERATURA

La velocità delle reazioni enzimatiche varia col crescere della temperatura secondo il grafico a campana riportato.

Si può osservare che, inizialmente, la velocità cresce al crescere della temperatura, raggiunge un massimo in corrispondenza di una certa temperatura definita ottimale, si riduce, in seguito, per effetto della denaturazione dell’enzima.

Dipendenza dal pH

Effetto della concentrazione del

substrato

curva di saturazione del substrato :

[S] bassa ⇒

v proporzionale ad [S]

[S] alta ⇒v indipendente da [S] ⇒effetto di saturazione

ogni molecola di enzima ha il sito di legame occupato da S

EQUAZIONE DI MICHAELIS –MENTEN

A basse concentrazioni di substrato,

v = Vmax [S] / Km + [S] cioè, la velocità è direttamente

proporzionale alla concentrazione del

substrato.

Ad alte concentrazioni di substrato,

quando [S] è molto più grande di Km, Km

diventa trascurabile e si ha

v = Vmax,

cioè, la velocità è la massima,

indipendentemente dalla concentrazione

del substrato.

COSTANTE DI Michaelis-Menten

Km corrisponde alla concentrazione di S alla quale la

velocità è = Vmax/2

se Km è bassa, in ogni istante è necessaria una bassa

concentrazione di substrato per saturare metà delle

molecole di enzima e questo è segno di alta affinità

dell’enzima per il substrato

se Km è alta, occorre una più alta concentrazione di

substrato per saturare metà delle molecole di enzima in

ogni istante e questo vuol dire che l’enzima presenta

bassa affinità per il substrato.

Il valore di Km è indipendente dalla concentrazione

dell'enzima e dalla concentrazione del substrato.

Enzimi multimerici regolatori: Cooperatività tra subunità ed effetto allosterico

in alcuni casi il legame di uno, o più, effettori induce variazioni conformazionali che fanno variare l’attività di un enzima"

Gli effettori possono essere attivatori o inibitori"

gli enzimi modulati dal proprio substrato sono

definiti omotropici; presentano il solo sito attivo

gli enzimi modulati da effettori diversi dal proprio substrato sono definiti eterotropici; presentano il sito attivo e uno, o più, siti regolatori o allosterici nella stessa subunità o in subunità diverse"

Allosterismo

COMPARAZIONE TRA CURVE DI ATTIVITÀ DI UN ENZIMA NORMALE E UN ENZIMA ALLOSTERICO

la cinetica sigmoide riflette la presenza

di interazioni cooperative tra subunità"

la variazione di struttura di una subunità

dà luogo a variazioni nelle altre"

Il controllo per modificazione

covalente: la fosforilazione induce cambiamenti strutturali reversibili"

attivatori oppure inibitori"

Modificazioni covalenti irreversibili:

Proteolisi (zimogeni)

L’attivazione proteolitica del chimotripsinogeno

Inibizione enzimatica

Gli inibitori enzimatici interagiscono

reversibilmente

o irreversibilmente con un enzima

Tra i reversibili, si distinguono:

• inibitori competitivi

• inibitori non competitivi

INIBIZIONE COMPETITIVA

INIBIZIONE NON COMPETITIVA

INIBIZIONE REVERSIBILE

COMPETITIVA

L’inibitore possiede una struttura molto simile a

quella del substrato la similitudine porta il

substrato e l’inibitore a competere per lo stesso

sito attivo dell’enzima. L’esito della competizione

dipende dalla concentrazione delle due molecole

che si contendono il sito attivo

Può essere completamente rimossa

aumentando notevolmente la

concentrazione di substrato

L’inibitore si lega all’enzima in una zona diversa

da quella del sito attivo dando luogo al

complesso EI inattivo. Il legame dell’inibitore

deforma la conformazione spaziale dell’enzima

ed il suo sito catalitico pur potendosi legare al

substrato risulta inattivo.

NON COMPETITIVA

L’aumento della [S] aumenta la

probabilità che sia S a legarsi all’enzima

invece dell’inibitore. Alti valori di [S]

possono annullare l’effetto di I.

La Vmax rimane invariata (infatti a

concentrazione elevata di substrato

tutta l’inibizione viene rimossa) mentre

la Km aumenta.

L’inibitore ed il substrato si legano a siti

diversi dell’enzima e il legame di I non

influenza il legame di S

A qualsiasi concentrazione di substrato

la velocità di reazione in presenza di

inibitore è sempre minore che in sua

assenza. Quindi la Vmax diminuisce

mentre la Km rimane costante.

ISOZIMI: lattato deidrogenasi