ENZIMI - I blog di Unica

ENZIMI
Tutti gli enzimi sono PROTEINE che funzionano da catalizzatori
biologici nelle reazioni cellulari, e lavorano in condizioni blande di
temperatura e pH (sono in grado di aumentare la velocità delle
reazioni biologiche anche di 1020 volte).
Durante la reazione l’enzima può essere temporaneamente modificato ma
alla fine del processo ritorna nel suo stato originario, un enzima viene
«riciclato» in modo da poter prendere parte alla stessa reazione numerose
volte.
Gli enzimi catalizzano le reazioni con una Specificità molto elevata:
quando un enzima funziona correttamente non si formano mai
prodotti secondari di reazione (che potrebbero essere
potenzialmente tossici per la cellula)
Affinché un enzima funzioni correttamente è essenziale:
1) Che conservi la sua conformazione nativa: struttura proteica
tridimensionale biologicamente attiva
2) La presenza di gruppi funzionali specifici che partecipano alla
catalisi (quelli delle catene laterali dei suoi residui amminoacidici e/o
quelli di cofattori)
Ioni inorganici (Mg2+, Zn2+), o molecole
organiche o metallorganiche (coenzimi)
3) Condizioni appropriate di temperatura e pH, che influenzano la
stabilità della struttura proteica degli enzimi e quindi la loro attività
catalitica. Ogni enzima possiede un intervallo ideale di valori di
temperatura e pH all’interno del quale è attivo.
Classificazione: In base al tipo di reazione che catalizzano
OSSIDORIDUTTASI (deidrogenasi, ossigenasi, perossidasi, ossidasi, riduttasi)
Reazioni di ossido-riduzione (trasferimento di elettroni, ioni idruro (H:¯) o atomi di idrogeno
(H•))
TRANSFERASI (chinasi, transamminasi o amminotransferasi…)
Reazioni di trasferimento di un gruppo, richiedono spesso la presenza di un coenzima
(es.: le Chinasi >> trasferiscono un gruppo fosfato dall’ATP su un substrato; le Transamminasi
>> trasferiscono un gruppo amminico)
IDROLASI
Reazioni di idrolisi dei legami C=O, C-N, C-C, P-O-P….(l’H2O agisce da accettore del gruppo
eliminato)
LIASI (sintasi, decarbossilasi…)
Reazioni di lisi di un substrato che danno luogo alla formazione di un doppio legame.
Reazione di eliminazione non idrolitica e non ossidativa.
ISOMERASI
Reazioni di cambiamenti strutturali all’interno di una stessa molecola (isomerizzazioni)
LIGASI (sintetasi)
Reazioni di condensazione di 2 substrati che richiedono l’energia chimica di un nucleotide
trifosfato (ATP).
L’enzima partecipa alla reazione che catalizza senza modificare lo stato di equilibrio della
reazione. L’enzima non modifica la variazione di energia libera tra reagenti e prodotti che si
verifica durante la reazione.
L’enzima accelera i tempi con cui reagenti e prodotti raggiungono l’equilibrio.
Per es.:
A
GA = Energia libera reagenti
GB = Energia libera prodotti
B
ΔG0 = variazione di energia libera della
reazione (rende conto della spontaneità
della reazione, non della sua velocità)
ΔG0 < 0 = reazione esoergonica
(spontanea) (A→B)
ΔG0 > 0 = reazione endoergonica (non
spontanea) (è spontanea la reazione
inversa B→A)
Affinché avvenga la
trasformazione dei reagenti in
prodotti è necessario superare
un dislivello energetico:
ENERGIA DI ATTIVAZIONE (ΔG0‡)
(correlata alla velocità della
reazione)
A
B
ΔG10‡ = Eatt della reazione diretta
ΔG-10‡ = Eatt della reazione inversa
ENERGIA DI ATTIVAZIONE (ΔG0‡) = È l’energia necessaria a raggiungere e
superare lo stato di transizione della
reazione.
A
B
Vanno avanti nella reazione
solo le molecole che hanno
l’energia sufficiente per
superare gli ostacoli alla loro
trasformazione. E che
possiedono, quindi, un’energia
≥ all’En. ATTIVAZIONE (ΔG0‡).
STATO DI TRANSIZIONE: è il
momento più difficile della reazione,
in cui le molecole sono orientate
correttamente per trasformarsi, sono
avvicinate e subiscono distorsioni
perché contemporaneamente si
rompono alcuni legami e se ne
formano degli altri.
Ostacoli da superare
1) URTI MOLECOLARI
2) ORIENTAMENTO
3) FORZE REPULSIVE
4) DESOLVATAZIONE
L’energia di cui necessitano le molecole di reagente per essere trasformate in
prodotto è fornita dalla En. cinetica che le molecole stesse possiedono.
L’En. cinetica è convertita in energia libera G: le molecole di reagente che hanno
un’En. cinetica > all’Eatt superano lo STATO DI TRANSIZIONE e si trasformano in
prodotto.
 Se l’Eatt è BASSA: un gran numero di molecole avrà l’en. cinetica media
≥ all’Eatt
La reazione sarà VELOCE
 Se l’Eatt è ALTA: un piccolo numero di molecole avrà l’en. cinetica media
≥ all’Eatt
La reazione sarà LENTA
LA VELOCITÀ DELLA REAZIONE DIPENDE DALL’ENERGIA DI
ATTIVAZIONE
L’ENZIMA AGISCE ABBASSANDO L’ENERGIA DI ATTIVAZIONE
Modifica il meccanismo della reazione e crea un ambiente in cui i reagenti non
incontrano ostacoli alla reazione
Substrato
(reagente)
S+E
ES
E+P
Prodotto
Complesso
Enzima/substrato
Complessi transitori
S+E
ES‡
EP‡
E+P
S‡ (in assenza di enzima)
ES‡
ΔG0‡ ES
EP‡
E+S
Stato intermedio della
reazione che si trova ad
un minimo energetico
ΔG0‡ EP
ES
E+P
L’enzima lega il reagente (o i reagenti) >> SUBSTRATO/I.
Abbassa l’Eatt nella formazione di un complesso enzima/substrato (ES)
Promuove direttamente l’evento catalitico rilasciando il prodotto e ritornando
inalterato nel suo stato originario
S+E
ES
E+P
 L’interazione fra enzima e substrato (o più substrati) è reversibile.
 La formazione del complesso ES comporta il legame fra il SITO ATTIVO
dell’enzima e il substrato/i.
Tasca della proteina in cui sporgono le catene laterali di alcuni residui
amminoacidici che costituiscono il sito di legame per il substrato (responsabile
della specificità) e di altri residui amminoacidici, o cofattori che costituiscono il sito
catalitico (responsabile dell’evento catalitico)
La formazione di legami fra il sito attivo dell’enzima e il substrato è un
processo esoergonico: libera ENERGIA DI LEGAME che va ad abbassare
la barriera costituita dall’Enatt.
Quando il substrato si lega al sito attivo dell’enzima (ES),
viene bloccato nella corretta posizione
(La specificità di legame fa si che il complesso ES si formi
molto facilmente).
Il substrato viene desolvatato e nel sito attivo
subisce distorsioni in modo che gli atomi che
devono reagire sono avvicinati.
S = substrato
da scindere
stato di
transizione
EP
Le interazioni fra sito attivo di un
enzima e substrato diventano ottimali
solo quando è raggiunto lo stato di
transizione del passaggio ES → E + P