ENZIMI
ENZIMI
• Un enzima è un catalizzatore (acceleratore) di reazioni
biologiche.
• Catalizzatore = sostanza in grado di accelerare lo
svolgimento di una reazione chimica e quindi di aumentarne
la sua velocità, diminuendo la sua energia di attivazione .
• Quasi tutti gli enzimi sono PROTEINE.
Tratto da: P. Champe, R. Harvey, D.R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Ed. Zanichellli
CARATTERISTICHE degli enzimi
• Gli enzimi sono catalizzatori organici prodotti dagli organismi.
• In una reazione catalizzata da enzimi il reagente è detto substrato.
• Il sito attivo di un enzima è la regione dell’enzima responsabile della
sua azione catalitica.
• Gli enzimi hanno un maggior potere catalitico di catalizzatori
inorganici.
• Gli enzimi sono altamente specifici sia per il substrato che per la
reazione chimica.
• L’attività di un enzima è strettamente regolata da una serie di
fattori.
CLASSIFICAZIONE degli enzimi
• OSSIDOREDUTTASI:
OSSIDOREDUTTASI catalizzano reazioni di ossidoriduzione
• TRANSFERASI: catalizzano trasferimento di gruppi funzionali
• IDROLASI: catalizzano reazioni di idrolisi
• LIASI: catalizzano reazioni di addizione a doppi legami
• ISOMERASI: catalizzano reazioni di isomerizzazione
• LIGASI: catalizzano la formazione di legami con rottura di
molecole di ATP
MECCANISMO DI AZIONE degli enzimi
Tratto da: P. Champe, R. Harvey, D.R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Ed. Zanichellli
Quando un substrato S (reagente) deve essere trasformato in un prodotto
P, le molecole di S passano attraverso uno stadio intermedio tra S e P
chiamato stadio di transizione T. L’enzima si lega al substrato S
generando uno stadio di transizione ad energia minore di quello che si
formerebbe in assenza di enzima (diminuisce l’energia di attivazione).
MECCANISMO DI AZIONE degli enzimi
9 Il sito attivo dell’enzima reagisce con il substrato per formare un
complesso enzima-substrato.
9 Il complesso enzima substrato si dissocia per formare i prodotti e
l’enzima libero pronto a reagire di nuovo.
Sito attivo
Substrato
Enzima
Prodotti
Complesso
enzima-substrato
Enzima
COENZIMI E COFATTORI
Molecole o ioni metallici che sono necessari
all’enzima per essere attivi.
9 COENZIMI ⇒ prendono parte direttamente all’azione catalitica
dell’enzima e spesso si ritrovano modificati chimicamente al termine
della reazione.
9 COFATTORI ⇒ hanno grande importanza gli ioni di alcuni metalli
come ad esempio Ca+2, Mg+2 ecc.
Es. Coenzimi:
Coenzima A (Co A)
A ⇒ essenziale per l’organismo nel metabolismo di
carboidrati, lipidi e proteine.
Nicotinamide adenina nucleotide (NAD+) ⇒ coinvolto nella maggior
parte delle reazioni di ossidoriduzione che si verificano nei
mitocondri.
NAD+
Coenzima A
FATTORI CHE INFLUENZANO L’ATTIVITA’ degli enzimi
9 pH ⇒ influenza la struttura terziaria dell’enzima e
modifica le cariche dei residui presenti nel sito attivo
che sono importanti per il legame con il substrato.
9 temperatura
l’enzima.
⇒
un’elevata
temperatura
inattiva
9 concentrazione del substrato ⇒ la velocità delle
reazioni aumenta all’aumentare della concentrazione dei
reagenti.
CINETICA ENZIMATICA
La velocità di una reazione aumenta all’aumentare della concentrazione di
substrato e in presenza di un enzima essa tende a raggiungere un valore
massimo indicato con Vmax
Vmax
⇒ la velocità massima della reazione viene raggiunta quanto il
substrato ha saturato l’enzima
Vmax ⋅[S]
v0 =
K M + [S]
Equazione di Michaelis-Menten
Km ⇒ corrisponde alla concentrazione di substrato al quale la velocità della
reazione è uguale alla metà di Vmax
CINETICA ENZIMATICA
Km
COSTANTE DI MICHAELIS-MENTEN
Tratto da: P. Champe, R. Harvey, D.R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Ed. Zanichellli
INIBIZIONE dell’attività enzimatica
Inibitore enzimatico ⇒ sostanza che causa una diminuzione dell’attività di
un enzima o lo rende inattivo.
REVERSIBILE
Si lega all’enzima per mezzo di
legami deboli e può quindi essere
allontanato rendendo di nuovo
l’enzima attivo
Competitivo
Si lega al sito
attivo dell’enzima
impedendone il
legame del
substrato
Non competitivo
Si lega in un sito
diverso dal sito
attivo formando
un complesso
cataliticamente
inattivo
IRREVERSIBILE
Si lega all’enzima attraverso legami
forti, spesso covalenti, rendendo
l’enzima definitivamente inattivo
Molte sostanze
altamente tossiche
o velenose sono
inibitori di enzimi
FARMACI come inibitori enzimatici
L’inibizione enzimatica ha grande importanza medica e farmacologica ⇒
molti farmaci sono inibitori di qualche enzima dell’organismo o di cellule
estranee all’organismo stesso agendo su processi metabolici.
Sono inibitori enzimatici:
• farmaci attivi sul sistema nervoso centrale
• farmaci ipocolesterolemizzanti → agiscono inibendo l’enzima
regolatore della biosintesi endogena del colesterolo
• antibiotici
• agenti chemioterapici
• farmaci antivirali
Tratto da: M. Stefani e N. Taddei, Chimica biochimica e biologia applicata, Ed. Zanichelli
FARMACI come inibitori enzimatici
Acido acetilsalicilico ⇒ inibisce irreversibilmente l’enzima cicloossigenasi
che catalizza la prima reazione di biosintesi delle
prostaglandine. Le prostaglandine sono ormoni la
cui over produzione è associata all’ infiammazione
e all’ insorgenza della febbre.
Cicloossigenasi
Acido arachidonico
Farmaci
antiinfiammatori non
stereoidei
Prostaglandine
Infiammazione
FARMACI come inibitori enzimatici
Penicillina ⇒
gli antibiotici inibiscono enzimi che sono essenziali per la
crescita batterica. Nel caso della penicillina la sua azione
consiste nell’inibizione di una tappa finale della sintesi della
parete cellulare dei batteri.
Agenti chemioterapici ⇒ tra gli agenti chemioterapici utilizzati nella
terapia del cancro alcuni sono antimetaboliti
(composti con struttura simile ai substrati su
cui agiscono gli enzimi). Tali composti hanno la
capacità di inibire la rapida riproduzione delle
cellule cancerose inibendo ad esempio la
biosintesi del DNA.
DOSAGGIO di enzimi plasmatici
9 La determinazione dei livelli degli enzimi nel siero viene utilizzata come
importante parametro diagnostico in medicina.
9 Il livello dell’attività di numerosi enzimi aumenta nel siero in differenti
condizioni patologiche. Esso indica che ci sono cellule o tessuti, in cui
quell’enzima agisce, danneggiati.
Tratto da: P. Champe, R. Harvey, D.R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Ed. Zanichellli
L’incremento dell’attività di un enzima può essere dovuto:
• aumentato rilascio dalle cellule per danno cellulare o aumentata popolazione
cellulare
