STRUTTURA
E
MECCANISMI D AZIONE
DEGLI ENZIMI
Confronto tra gli enzimi e
i catalizzatori chimici
Gli enzimi sono caratterizzati da:
• Velocità di reazione più elevate
• Condizioni di reazione più moderate
• Maggiore specificità di reazione
• Capacità di regolazione
- 1810 Joseph Gay-Lussac
Etanolo e CO2 sono i principali prodotti
della decomposizione degli zuccheri da
parte dei lieviti
- 1835 Jacob Berzelius
Prima teoria generale sulla catalisi chimica
Un estratto di malto (diastasi) è in grado
di catalizzare l idrolisi dell amido
- Metà 1800 Luis Pasteur
Il vitalismo , i sistemi viventi sono dotati
di una forza vitale che permetteva loro di
evadere le leggi della natura inanimata
- Justus Liebig
dall azione
I processi biologici sono causati
di sostanze chimiche chiamate fermenti
- 1878 Fredrich Wilhelm
Kuhne
Enzima (dal Greco en, in + zyme, lievito)
Nel 1897 Eduard Buchner ottenne un estratto cellulare
che poteva produrre etanolo a partire dal glucosio
Nel 1894 Emil Fischer scoprì che gli enzimi glicolitici
possono distinguere tra stereosisomeri, portando alla
IPOTESI DELLA SERRATURA E DELLA CHIAVE
La natura proteica degli enzimi fu proposta da
James Sumner, che nel 1926 cristallizzò per la
prima volta un enzima, l ureasi.
Questa idea fu però accettata solo dopo che
John Northrop e Moses Kunitz, negli anni 30,
cristallizzarono la pepsina, la tripsina ed altri
enzimi digestivi e verificarono che tutti erano proteine
In questo periodo J.B.S Haldane scrisse un trattato
intitolato Enzimi , in cui, nonostante la natura
molecolare degli enzimi non fosse stata ancora definita
con precisione, proponeva delle ipotesi che sono alla
base delle nostre conoscenze sulla catalisi enzimatica
1 MALKSLVLLSLLVLVLLLVRVQPSLGKETAAAKFERQHMD
41 SSTSAASSSNYCNQMMKSRNLTKDRCKPVNTFVHESLADV
81 QAVCSQKNVACKNGQTNCYQSYSTMSITDCRETGSSKYPN
101 CAYKTTQANKHIIVACEGNPYVPVHFDASV
1963 Prima sequenza aminoacidica di un enzima,
la ribonucleasi A del pancreas bovino
1965 Prima struttura ai raggi X di un enzima,
il lisozima
Formazione del complesso
enzima-substrato
SPECIFICITA DI SUBSTRATO
• Stesse forze coinvolte nel ripiegamento delle proteine
• Complementarietà geometrica
• Complementarietà elettronica
Diidrofolato reduttasi
Diidrofolato + NADPH ↔ Tetraidrofolato + NADP+
Diidrofolato reduttasi
Diidrofolato + NADPH ↔ Tetraidrofolato + NADP+
Esochinasi:
D-glucosio + ATP → D-glucosio 6-fosfato + ADP + H+
Esochinasi
D-glucosio + ATP → D-glucosio 6-fosfato + ADP + H+
STEREOSPECIFICITA DEGLI ENZIMI
• Gli enzimi sono altamente stereospecifici
nelle reazioni che catalizzano
Il caso dell alcol deidrogenasi del lievito (YADH) :
NAD+
NADH
NICOTINAMIDE ADENINA DINUCLEOTIDE
L etanolo è una molecola prochiralica
Westheimer e Vennesland identificarono la natura stereospecifica della reazione
della YADH mediante la seguente serie di esperimenti:
1) Usando etanolo deuterato si produce NADD
2) Se il NADD viene isolato ed usato nella reazione
inversa, il deuterio viene trasferito quantitativamente
all etanolo
3) Se viene prodotto l enantiomero dell etanolo
mostrato nel passaggio precedente, questo non
è in grado di trasferire il deuterio al NAD+
SPECIFICITA GEOMETRICA DEGLI ENZIMI
Classificazione
Tipo di Reazione Catalizzata
1. Ossidoreduttasi
Reazioni di ossido-riduzione
2. Trasferasi
Trasferimento di gruppi funzionale
3. Idrolasi
Reazioni di idrolisi
4. Liasi
Eliminazione di gruppi per formare doppi legami
5. Isomerasi
Isomerizzazione
6. Ligasi
Formazione di legami accoppiata all idrolisi
di ATP
Carbossipeptidasi A (Nome raccomandato)
Peptidil-L-aminoacido idrolasi (Nome sistematico)
3.4.17.1
3 (idrolasi); 4 (legami peptidici); 17 (metallopeptidasi); 4 (numero di serie)
I COFATTORI ENZIMATICI
• Ioni metallici (Zn2+, Cu2+, Fe3+).
necessari in tracce nell alimentazine
tossicità dei metalli pesanti (Hg2+, Cd2+)
• Molecole organiche o COENZIMI (NAD +)
• COFATTORI LEGATI TRANSITORIAMENTE
• GRUPPI PROSTETICI (legati permanentemente)
• ENZIMA + COFATTORE = OLOENZIMA
• ENZIMA – COFATTORE = APOENZIMA
MOLTE VITAMINE SONO PRECURSORI DI COENZIMI
