+ enzima - Unime Group

ENZIMI
PROPRIETA':
- elevato potere catalitico
Aumento della velocità prodotto da alcuni enzimi:
anidrasi carbonica
107
chimotripsina
107
lisozima
108
catalasi
109
trioso fosfato isomerasi
109
fumarasi
1011
1011
b-amilasi
fosfoglucomutasi
1012
succinil-CoA transferasi
1013
ureasi
1014
adenosina deaminasi
1014
fosfatasi alcalina
1017
- elevata specificità
a) di substrato:
esocinasi: fosforila glucoso, mannoso e fruttoso
glucocinasi: fosforila solo glucoso
tripsina: idrolizza solo legami Lys/Arg-X
trombina: idrolizza solo legami Arg-Gly
lattico deidrogenasi: ossida solo l'acido L-lattico
b) di prodotto (assenza di prodotti collaterali indesiderati):
DNA polimerasi I: un solo errore ogni milione di basi inserite
- capacità di operare a valori fisiologici di pH, temperatura e pressione
- possibilità di operare in sequenze coordinate
- possibilità di regolazione (allosterica, covalente, per induzione, etc...)
Lucidi del Corso di Biochimica – Prof. Dario Ghigo - Enzimi (I) - 1
COMPOSIZIONE:
1) Proteine semplici o coniugate
2) acidi ribonucleici
Denaturazione ð perdita del potere catalitico
Oloenzima = apoenzima + cofattore
cofattori
ioni essenziali
ioni attivatori
(debolmente legati)
metallo
Fe
Cu
Zn
Mg
Mn
K
Ni
Co
Mo
V
Se
ioni di metalloenzimi
(saldamente legati)
coenzimi
cosubstrati
(debolmente legati)
gruppi prostetici
(saldamente legati)
enzima
citocromo ossidasi, catalasi, perossidasi
citocromo ossidasi, acido ascorbico ossidasi, lisina
ossidasi, dopamina idrossilasi
anidrasi carbonica, carbossipeptidasi A, termolisina, alcol
deidrogenasi
esocinasi, glucoso-6-fosfatasi, piruvato cinasi
arginasi, ribonucleotide reduttasi, istidina ammoniaca
liasi
piruvato cinasi
ureasi
glutamato mutasi
xantina ossidasi, dinitrogenasi
nitrato reduttasi
glutatione perossidasi
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Enzyme Commission (EC) of the International Union of Biochemistry and
Molecular Biology (IUBMB).
Classificazione degli enzimi:
1. Ossidoreduttasi trasferimento di elettroni
2. Trasferasi
trasferimento di gruppi funzionali da una molecola
all'altra
3. Idrolasi
idrolisi (trasferimento di gruppi funzionali sull'acqua)
4. Liasi
addizione di gruppi funzionali a un doppio legame o
formazione di un doppio legame per rimozione di
gruppi, o altre rotture di legame implicanti
redistribuzione di elettroni
5. Isomerasi
trasferimento di gruppi all'interno della stessa
molecola
6. Ligasi
reazioni endoergoniche in cui due molecole sono
unite tra loro, richiedono in genere la partecipazione
diretta di un nucleoside trifosfato
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Classi enzimatiche e principali sottoclassi:
1. Ossidoreduttasi:
q deidrogenasi
q ossidasi
q reduttasi
q perossidasi
q catalasi
q ossigenasi
q idrossilasi
2. Transferasi:
q transaldolasi, transchetolasi
q acetiltransferasi
q metiltransferasi
q glucosiltransferasi
q fosfotransferasi (cinasi)
q fosfomutasi
q aminotransferasi (transaminasi)
3. Idrolasi:
q esterasi
q glicosidasi
q peptidasi
q fosfatasi
q tiolasi
q lipasi, fosfolipasi
q amidasi
q deaminasi
q ribonucleasi
4. Liasi:
q decarbossilasi
q aldolasi
q idratasi
q deidratasi
q sintasi
q liasi
5. Isomerasi:
q racemasi
q epimerasi
q isomerasi
q mutasi (non tutte)
6. Ligasi:
q sintetasi
q carbossilasi
q
q
q
q
q
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NOMENCLATURA:
diidrossiacetone fosfato
gliceraldeide-3-fosfato
Trioso fosfato isomerasi: EC 5.3.1.1
classe
sottoclasse
sotto-sottoclasse
ordine di aggiunta alla lista
5 = isomerasi
3 = ossidazione in una parte del substrato e riduzione in un'altra
1 = interconversione di aldosi in chetosi e viceversa
1 = primo ingresso nella sotto-sottoclasse 5.3.3 (al 1992 sono 19)
ATP + D-glucoso
ADP + D-glucoso-6-fosfato
esocinasi: EC 2.7.1.1
nome sistematico: ATP:glucoso fosfotrasferasi
2 = trasferasi
7 = fosfotrasferasi
1 = gruppo ossidrilico come accettore
1 = D-glucoso come accettore
Enzyme Nomenclature (Academic Press, 1992): 3196 enzimi
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MECCANISMO DI AZIONE.
Interazione substrato-sito attivo:
E+S
ES
EP
E+P
Catalizzatori:
B
B
B
B
A
A
A
C
A
A
C
A
A
C
C
O
O
S O
O
O
O
O
O
S O
O
O
A
S O
O
platino
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E
E
prodotto
E
E
E
E
stato di transizione
legame e posizionamento dei reagenti
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stato di transizione
Energia di attivazione
reagenti
DG°'
CH2OH
O
CH2OH
O
conformazione a barca
prodotti
conformazione intermedia
CH2OH O
conformazione a sedia
stato di transizione
Energia di attivazione
in assenza del catalizzatore
Energia di attivazione
in presenza del catalizzatore
reagenti
DG°'
prodotti
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Substrato
H
N
H
O
+
H
H
HO
_
O
H
H
Enzima
Substrato
H
H
N
H
O
O
+
_
HO
H
H
H
Enzima
H = gruppo idrofobico
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substrato
stato di transizione
prodotti
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H
+
H3 N
C
Ry
O
C
N
C
H
H
O
C
+
H3 N
O
C
C
O
O
Rx
Ry
H
+ H2 O
+
+
H3 N
C
H
H O
N
C C
N
C
C
R1
H
H
O
R2
proteasi
Ser-proteasi
tripsina
chimotripsina
trombina
elastasi
R1 = Lys, Arg; R2 ¹ Pro
R1 = residui idrofobici voluminosi: Tyr, Phe, Trp (ma
anche Leu, Ile, Val, Met, His); R2 ¹ Pro
R1 = Arg; R2 ¹ Pro
R1 = piccoli residui neutri: Ala, Gly, Ser, Val; R2 ¹
Pro
Cys-proteasi
papaina
caspasi
R1 = Lys, Arg, Phe; R2 ¹ Pro
R1 = Asp
Asp-proteasi
pepsina
R1 = Phe, Tyr, Trp, Leu, Glu, Asp; R2 ¹ Pro
Metallo-proteasi
carbossipeptidasi A R1 ¹ Pro; R2 = aa C-terminale
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C
O
H
Rx
O
Chimotripsina:
O
Ser
195
CH2
C
O
NH2
CH2
_
O
CH
Ser
195
NH
H
CH2
H
N
COOH
N
H
His
57
_
C
O
O
Asp
102
O
CH2
_
C
O
Asp
102
Ser
195
COOH
+
N
H
O
C
O
NH2
CH2
O
CH
Ser
195
CH2
C
O
H
H NH
N
COOH
O
O
_
O
C
O
O
H
O
H NH
_
C
O
Asp
102
CH2
CH
N
H
His
57
_
C
Ser
195
NH2
CH2
N
N
H
His
57
CH
NH
N
His
57
C
O
NH2
CH2
COOH
O
Asp
102
CH2
NH2
CH
H
Ser
195
CH2
O
H
H
N
CH2
N
O
+
C
CH
OH
His
57
N
H
O
His
57
_
C
Asp
102
N
H
O
O
_
C
O
Asp
102
Lucidi del Corso di Biochimica – Prof. Dario Ghigo - Enzimi (I) - 12
NH2
Vmax
v0
V0 = Vmax/2
Km
[S]
ordine 0
v0
ordine 1
[S]
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Reazioni coinvolgenti un complesso ternario:
a) casuali:
S1
E
S2
S1
P
E
S1
P
E
S2
P1
P1
S2
S2
E
P1
P1S
E
P2
S1
b) ordinate:
S1
E
P1
S2
E
S1
P
S1
P
E
S2
P1
P1 S
E
P2
c) doppio spostamento (ping pong):
S1
E
P1
E
S1
P
E*
E
P1
E*
P1
P1
S
S2
E
P1
P2
E*
Lucidi del Corso di Biochimica – Prof. Dario Ghigo - Enzimi (I) - 14
P1
Valori di Km di alcuni
Enzima
catalasi
esocinasi (cervello)
enzimi:
Substrato
H2O2
D-glucoso
ATP
D-fruttoso
anidrasi carbonica
HCO3chimotripsina
acetilfenilalanil-alanina
N-benzoiltirosinamide
acetil-L-triptofanamide
glicil-tirosinil-glicina
pepsina
fenilalanil-glicina
D-lattoso
b-galattosidasi
treonina deidratasi
L-treonina
arginil-tRNA sintetasi tRNA
arginina
ATP
benzilpenicillina
b-lattamasi
piruvico carbossilasi
ATP
acido piruvico
HCO3-
Km (mM)
25,0
0,05
0,4
1,5
9
0,15
2,5
5
108
0,3
4,0
5,0
0,0004
0,003
0,3
0,05
0,06
0,4
1
Numero di turnover (kcat) di alcuni enzimi:
Enzima
Substrato
catalasi
H2O2
superossido dismutasi O2anidrasi carbonica
HCO3acetilcolinesterasi
acetilcolina
benzilpenicillina
b-lattamasi
fumarasi
fumarato
ribonucleasi
RNA
DNA polimerasi I
DNA
papaina
peptidi
pepsina
fenilalanil-glicina
chimotripsina
acetilfenilalanil-alanina
kcat (molecole/sec)
40.000.000
1.000.000
400.000
25.000
2.000
800
100
15
10
0,5
0,14
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2E
v0
E
Km
[S]
vmax
1
2
3
4
5
[E]
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Effetto della temperatura sulla velocità:
+ enzima
vel
- enzima
temp
Effetto del pH sulla velocità:
amilasi monoamino ossidasi
pepsina
attiv.
enz.
acetilcolinesterasi
lisozima
3
5
7
9
11
pH
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Aminoacidi in grado di scambiare protoni:
+
NH 2
NH
+
NH 3
NH 2
C
CH2
CH2
NH
NH
R
R
R
R
Lys
NH 2
C
NH 2
Arg
R
R
CH2
CH2
HN
+
NH
N
NH
His
COOH
_
COO
CH2
CH2
R
R
Asp
COOH
_
COO
CH2
CH2
CH2
CH2
R
R
Glu
OH
O
_
CH2
CH2
R
R
CH 2SH
_
CH 2S
R
R
Cys
Tyr
Lucidi del Corso di Biochimica – Prof. Dario Ghigo - Enzimi (I) - 18