struttura e meccanismi d`azione degli enzimi - e
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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
