Proprietà Generali degli Enzimi Le proprietà generali degli enzimi POTERE CATALITICO – SPECIFICITA’ – REGOLAZIONE Conce& chiave • Gli enzimi si differenziano dai catalizzatori chimici di uso comune per velocità, condizioni, specificità e controllo della reazione. • Le proprietà fisiche e chimiche uniche del sito aJvo limitano l'aJvità degli enzimi a substraM e reazioni specifiche. • Alcuni enzimi richiedono ioni metallici o cofaOori organici. Termodinamica e cineMca chimica Velocità di Reazione Potere CataliMco -­‐ Catalisi Chimica vs EnzimaMca Le velocità delle reazioni catalizzate dagli enzimi sono elevate Gli enzimi sono macchine molecolari Gli enzimi agiscono su substra9 specifici Interazioni stereospecifiche enzima-­‐substrato Alcuni enzimi catalizzano reazioni altamente stereospecifiche Alcuni enzimi sono più permissivi Gli enzimi sono classifica9 in base al 9po di reazione che catalizzano Classificazione degli Enzimi h"p://www.expasy.org/enzyme Nome raccomandato e nome sistema9co. Numero di Classificazione: Numero a quaEro cifre preceduto da EC (Enzyme Commission: la prima cifra indica la classe, la seconda la soEo-­‐classe, la terza la soEo-­‐soEo-­‐classe, la quarta il numero seriale). Unità di a&vità enzima9ca e dosaggio degli Enzimi Catal (kat, nel sistema SI): è la quan9tà di enzima che converte 1 mole di reagente nel prodoEo in 1 secondo nelle condizioni di reazione standard (o&mali). L’Unità internazionale (U o UI): corrisponde alla quan9tà di enzima che converte 1 µmole di reagente nel prodoEo in 1 minuto, nelle condizioni di reazione standard (o&mali). Poiché 1 µmole/min = 1,67 ×10-­‐8 moli/s, = 1,67 ×10-­‐8 kat. 1U L’a&vità specifica: è il rapporto tra il numero di U o di kat e il volume che la con9ene (U/mL) o la quan9tà totale di proteina espressa in milligrammi (U/mg). EffeEo del pH L’a&vità enzima9ca è influenzata dal pH. Ciò può derivare dai valori di pKa del substrato e/o dell’enzima. Perciò il pH scelto e la selezione di un tampone appropriato sono fondamentali per i saggi di a&vità enzima9ca. Amminoacidi nel sito cataliMco o implicaM nella stabilizzazione della conformazione naMva EffeEo della temperatura Le reazioni enzima9che, come le reazioni chimiche, dipendono dalla temperatura; tuEavia, ad una determinata soglia, il moto di agitazione termica denatura l’enzima Proprietà generali degli Enzimi
classificaM come semplici (se Gli enzimi, come le altre proteine, sono cos9tuite esclusivamente da amminoacidi) o coniuga9 (se contengono metalli o compos9 organici). Nel loro complesso, gli elemenM non amminoacidici che si aggiungono alla porzione proteica di un enzima coniugato vengono deJ cofaEori. maggior parte dei cofaOori organici, i coenzimi, sono derivaM di La vitamine solubili in acqua. Gli ioni metallici sono i più comuni cofaEori inorganici. Gli enzimi la cui forma aJva comprende uno o più metalli saldamente legaM alla matrice proteica (Fe2+, Fe3+, Cu2+, Cu+, Zn2+, Mn2+, Co3+ o Mo3+) sono deJ metalloenzimi (un terzo degli enzimi conosciuM). Gli enzimi aJvaM da metalli (Na+, K+, Mg2+ o Ca2+) richiedono solo un legame debole di quesM. I cofaEori ampliano il range delle reazioni enzima9che APOENZIMA (Enzima – cofaOore) OLOENZIMA (Enzima + cofaOore) Coenzimi e Gruppi prosteMci Se i cofaOori organici si legano reversibilmente all’enzima, sono deJ coenzimi (p.e., NAD, FAD). Se i cofaOori organici sono legaM permanentemente all’enzima, sono indicaM come gruppi prosteMci (p.e., eme) Esempi di enzimi e loro cofaOori Beriberi Pellagra Anemia perniciosa Scheda riassunMva dei principali coenzimi Coenzima
Precursore
Funzione
Tiamina
pirofosfato
Tiamina
(Vitamina
B1)
FAD e FMN
Riboflavina
(Vitamina
B2)
Trasferimento di atomi di H (elettroni)
NAD e
NADP
Acido
nicotinico
(Vitamina
PP)
Trasferimento di atomi di H (elettroni)
Deidrogenasi
piridiniche
Coenzima A
Acido
pantotenico
"Attivazione" e trasporto di gruppi acile o
acetile
Diidrolipoil
transacetilasi
Acil-CoA sintetasi
Trasporto gruppo aldeidico "attivato"
Decarbossilazione α-chetoacidi
-Le vitamine liposolubili come la D e la A,
non sono componenti di coenzimi.
Enzimi
Piruvico
deidrogenasi
Piruvico
decarbossilasi
Succinico
deidrogenasi
Acil-CoA
deidrogenasi
COFATTORI organici (e vitamine) TPP 9amina (vit B1) FAD e FMN riboflavina (vit B2) NAD(P) niacina (vit PP o vit B3) CoA pantotenato (vit B5) PLP piridossina (vit B6) Bio9na (vit B7 o Vit B8) THF folato (vit B9) Cobalammina (vit B12) Acido lipoico (vit N) CofaEori.pdf StruEura e reazione del NAD(P)+ Le proprietà generali degli enzimi Punto di verifica • Quali proprietà consentono di disMnguere gli enzimi dagli altri catalizzatori? • Descrivete come sono classificaM e nominaM i diversi enzimi. • Quali sono i faOori che influenzano la specificità per il substrato di un enzima? • Per quale moMvo i cofaOori sono necessari per determinate reazioni enzimaMche? • Qual è la correlazione tra cofaOori, coenzimi e gruppi prosteMci? L'energia di aJvazione e la coordinata di reazione Conce& chiave • Un enzima fornisce un percorso a bassa energia per converMre un substrato in prodoOo, ma non influenza la variazione di energia libera complessiva della reazione. Catalisi Diagrammi dello stato di transizione ° Perché due molecole possano reagire devono scontrarsi e rompere i legami che tengono uniM i loro atomi; per far questo necessitano di sufficiente energia cineMca, tale da portarsi in streOa vicinanza l’una con l’altra superando la repulsione tra i rispeJvi gusci eleOronici. Lo stato di massima energia di un sistema di molecole reagenM è deOo complesso aJvato o stato di transizione. La barriera energeMca che separa i reagenM dallo stato di transizione prende il nome di energia di a&vazione (ΔG≠). Non si confonda ΔG con ΔG≠; il ΔG° (variazione di energia libera standard di reazione) è invece una misura della stabilità termodinamica relaMva tra reagenM e prodoJ. In altre parole, il ΔG° indica il punto di equilibrio della reazione. Diagramma dello stato di transizione di una reazione a due tappe EffeEo di un catalizzatore sul diagramma dello stato di transizione L'energia di aJvazione e la coordinata di reazione Punto di verifica • Disegnate e idenMficate le varie parM dei diagrammi di transizione di stato per una reazione con e senza il catalizzatore. • Qual è la relazione tra ΔG e ΔG‡?
