Seconda Università degli Studi di Napoli DiSTABiF Anno Accademico 2015-16 Corso di Laurea Magistrale in SCIENZE DEGLI ALIMENTI E DELLA NUTRIZIONE UMANA Insegnamento di BIOCHIMICA e BIOTECNOLOGIE degli ALIMENTI Prof. Augusto Parente Lezione 15 ENZIMI 5733 2016 (2 Maggio) NOMENCLATURA E CLASSIFICAZIONE Sito web: http://www.enzyme-database.org/stats.php Classe funzionale Numero di enzimi (numero attuale che non include % () gli enzimi trasferiti altrove o cancellati) 1. Ossidoreduttasi 2. Transferasi 3. Idrolasi 1654 1713 1306 28 30 23 4. Liasi 5. Isomerasi 6. Ligasi 604 268 188 11 5 3 Totale 5733 Fonte: © 2001-2016 IUBMB International Union of Biochemistry and Molecular Biology 81 NOMENCLATURA E CLASSIFICAZIONE Prima del 1961, i ricercatori assegnavano personalmente il nome agli enzimi. Questa situazione causava confusione. Fu quindi creata una Commissione sugli Enzimi (EC) e nel 1961 fu pubblicato il primo libro sulla nomenclatura e classificazione degli enzimi. Il sistema di classificazione proposto serve anche come base per assegnare loro un numero EC (Enzyme Code; enzyme Commission), formato da QUATTRO NUMERI separati da un punto, che hanno i seguenti significati: Il primo numero indica la classe di appartenenza. Le classi di appartenenza, come detto, sono 6 (1. 2. 3. 4. 5. 6.), in base al tipo di reazione catalizzata; Il 2° numero indica una sotto classe che ha lo scopo di specificare in maggior dettaglio la reazione catalizzata. Esso può avere un significato diverso da classe a classe. Indica ad esempio il gruppo chimico coinvolto, il tipo di legame, etc. Il 3° numero indica una sotto sotto-classe e può indicare ad esempio l'eventuale coenzima, etc. Il 4° numero indica semplicemente il numero progressivo (la posizione) dell'enzima nella sotto sotto-classe. Classi di appartenenza 1. 2. 3. 4. 5. 6. Ossidoreduttasi Transferasi Idrolasi Liasi Isomerasi Ligasi ESEMPIO Il nome di un enzima termina generalmente in –asi; Il nome deriva generalmente da quello del substrato (es., lattosio lattasi) acido lattico (lattico deidrogenasi) o da quello della reazione catalizzata (idrolisi idrolasi); Questa regola non vale in tutti in casi (es., la papaina, una proteasi, deriva dalla papaia da cui si estrae). EC "Enzyme Commission/Code " Enzima lattico deidrogenasi (Nome comune) Nome sistematico L-lattato: NAD ossidoreduttasi Reazione: L-lattato + NAD+ = piruvato + NADH + H+ CLASSIFICAZIONE ENZIMI EC 1. Ossidorreduttasi - Tutti gli enzimi che catalizzano reazioni di ossido-riduzione appartengono a questa classe. - Il substrato ossidato è considerato un donatore di H o elettroni - Il nome comune è “deidrogenasi”, laddove possibile. - Si può usare, in alternativa, il nome dell’accettore seguito da “riduttasi” (es. NAD+ riduttasi) - Il termine ossidasi viene utilizzato solo SE l’accettore è O2. - In certi casi la classificazione è difficile, a causa della mancanza di specificità verso l’accettore. AH2 BH2 EC 1.1 EC 1.2 EC 1.3 EC 1.4 EC 1.5 EC 1.6 EC 1.7 EC 1.8 EC 1.9 EC 1.10 EC 1.11 EC 1.12 EC 1.13 EC 1.14 EC 1.15 EC 1.16 EC 1.17 EC 1.18 EC 1.19 EC 1.20 EC 1.21 EC 1.22 EC 1.23 EC 1.97 EC 1.98 EC 1.99 [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] [+] Sottoclassi Acting on the CH-OH group of donors (NAD+) Alcool deidrogenasi 1.1.1.1 Acting on the aldehyde or oxo group of donors (NAD+) 3-P-gliceraldeide 1.2.1.12 Acting on the CH-CH group of donors (FAD) Sucinico deidrogenasi 1.3.5.1 Acting on the CH-NH2 group of donors Acting on the CH-NH group of donors Acting on NADH or NADPH Acting on other nitrogenous compounds as donors Acting on a sulfur group of donors Acting on a heme group of donors Acting on diphenols and related substances as donors Acting on a peroxide as acceptor Acting on hydrogen as donor Acting on single donors with incorporation of molecular oxygen (oxygenases) Acting on paired donors, with incorporation or reduction of molecular oxygen Acting on superoxide as acceptor Oxidizing metal ions Acting on CH or CH2 groups Acting on iron-sulfur proteins as donors Acting on reduced flavodoxin as donor Acting on phosphorus or arsenic in donors Acting on X-H and Y-H to form an X-Y bond Acting on halogen in donors Reducing C-O-C group as acceptor Other oxidoreductases Enzymes using H2 as reductant (deleted subclass) Other enzymes using O2 as oxidant (deleted subclass) Esempio EC. 1.1.1.1 EC. 1 (classe). 1 (HCOH). 1 (NAD+ dipendente). 1 (prima posizione nell’elenco) Nome: Alcool deidrogenasi Sinonimo: aldeide reduttasi Reazione: Un alcool + NAD+ aldeide o chetone + NADH + H+ Cofattori: Zinco o ferro CLASSIFICAZIONE ENZIMI * glicogeno fosforilasi * B A (chinasi) Esempio EC. 2.7.1.1 Nome: Esochinasi Sinonimo: esochinasi tipo I, esochinasi tipo II, esochinasi tipo III esochinasi tipo IV (glucochinasi) Reazione: ATPMg2+ + D-esoso ADP + D-esoso 6-fosfato D-glucosio, D-mannosio, D-fruttosio, sorbitolo e glucosammina possono fungere da accettori. Anche ITP e dATP possono fungere da donatori Cofattori: nessuno, ma è richiesto Mg2+ Mg2+ CLASSIFICAZIONE ENZIMI * Esempio EC. 3.1.3.9 Nome: Glucosio-6-fosfatasi Reazione: D-glucosio-6-fosfato + H2O D-glucosio + fosfato (reazione terminale della gluconeogenesi) Cofattori: nessuno. Enzima ampiamente distribuito nei tessuti animali CLASSIFICAZIONE ENZIMI Esempio EC. 4.2.1.11 1- Nome: Fosfopiruvato idratasi Sinonimo: enolasi Reazione: 2-fosfo-D-glicerato fosfoenolpiruvato + H2O Cofattori: Mg2+ 2- Isocitrato → succinato + gliossilato CLASSIFICAZIONE ENZIMI Esempio EC. 5.1.3.22 Nome: Triosofosfato isomerasi Reazione: diidrossiaceton–fosfato D- gliceraldeide 3fosfato Cofattori: nessuno CLASSIFICAZIONE ENZIMI Esempio EC 6.4.1.1 Nome: piruvato carbossilasi Reazione: ATP+ piruvato + HCO3- ADP + fosfato + ossalacetato Cofattori: Biotina, manganese o zinco Pi + Classe Reazione catalizzata 1. OSSIDOREDUTTASI Nome sistematico: donatore: accettore ossidoreduttasi (es. L-lattato NAD ossidoreduttasi) Reazioni di ossidoriduzione Nome comune: deidrogenasi o reduttasi Ossidasi (1.x.3): solo quando O2 accettore e(generalmente si forma H2O2) Perossidasi (1.11.1): quando l’accettore è H2O2 Ossigenasi (1.13): solo quando O2 introdotto nel substrato 2. TRANSFERASI Nome sistematico: donatore: gruppo accettore transferasi (es. L-aspartato: 2-chetoglutarato amminotransferasi) Trasferimento di gruppi funzionali Nomenclatura corrente 2.6: Transamminasi (ma meglio, amminotransferasi) da 2.7.1 a 2.7.4: Chinasi (fosfotransferasi) 3. IDROLASI Nome sistematico: substrato idrolasi (es. succinil-CoA idrolasi) Idrolisi: Rottura di un legame con intervento H2O Nome comune: substrato + suffiso asi 3.1: Idrolisi esteri (esterasi) 3.1.3 Fosfatasi (idrolisi monoesteri fosforici) 3.2: Glicosilasi (es. amilasi) 3.4: Peptidasi (idrolisi legame peptidico) 3.6: Idrolisi legame anidridico 3.6.1 anidridi acido fosforico (es. pirofosfatasi, ATPasi) Classe Reazione catalizzata 4. LIASI Nome sistematico: substrato: gruppo-liasi (es. citrato ossalacetato-liasi= citrato sintasi) Rottura non idrolitica di un legame C-C, C-O, C-N o altro oppure addizione ad un doppio legame 5. ISOMERASI Nome sistematico: in generale isomerasi, tranne quando si ha inversione di centri asimmetrici. In tal caso: racemasi, se un solo centro asimmetrico; epimerasi, se più di uno. Equilibrio fra isomeri Nome comune simile al sistematico, ma semplificato. 5.1: Racemasi e Epimerasi 5.2: cis-trans isomerasi 5.3: Ossidoreduttasi intramolecolari (es. triosofosfato isomerasi, spostamento doppi legami C-C e tautomerasi) 5.4: Transferasi intramolecolari 5.4.2 Fosfomutasi (precedentemente classificate in 2.7.5: es. fosfoglucomutasi, fosfoglicerato mutasi) Schema comune di reazione: un substrato = due prodotti (o viceversa). Uno dei prodotti contiene un doppio legame (neoformato o preesistente) Nomenclatura comune: 4.1: Rottura legame C-C 4.1.1 decarbossilasi (o carbossilasi) 4.1.2 aldolasi 4.2: Rottura legame C-O 4.2.1 Idro-liasi (eliminazione di acqua o addizione a doppio legame: deidratasi o idratasi. Tuttora consentiti i nomi: fumarasi, aconitasi, enolasi). Nel caso in cui la reazione di condensazione sia più importante, si può usare il termine sintasi, ma mai sintetasi (vedi citrato sintasi). Classe 6. LIGASI Nome sistematico: X : Y ligasi (prodotto idrolisi) X e Y = nome molecole da unire; eventualmente, fra parentesi, il prodotto dell'idrolisi del nucleotide. [es. succinato - CoA ligasi (GDP)] Reazione catalizzata Fomazione di un legame accoppiata con idrolisi ATP o altro nucleotide Nome comune: Ligasi In alcuni casi si usa Sintasi o Carbossilasi. In questa classe, e solo in questa, è consentito l'uso di sintetasi in alternativa a sintasi. 6.4: Carbossilasi (enzimi con biotina come coenzima) es. piruvato carbossilasi, acil-CoA carbossilasi Cofattore, gruppo prostetico, coenzima Per il funzionamento di alcuni enzimi, è necessario che la loro parte proteica sia integrata da altre molecole essenziali per il processo catalitico (importanza delle vitamine). - Cofattore: in genere uno ione metallico (Fe2+, Fe3+, Mn2+, Mg2+, Cu2+, Zn2+) o altra molecola inorganica legata alla parte proteica dell’enzima sia direttamente che attraverso un altro elemento non proteico - Gruppo prostetico: molecola organica (diversa da amminoacidi) stabilmente legata alla parte proteica (FAD). Il legame è in genere covalente con alcune eccezioni (emoglobina/mioglobina). - Coenzima: molecola organica non stabilmente legata alla parte proteica (NAD+, ecc.) In questi casi la parte proteica dell’enzima viene chiamata apoenzima, mentre l’enzima con il cofattore/gruppo prostetico/ coenzima viene chiamato oloenzima I meccanismi catalitici - Catalisi acido-basica - Catalisi covalente - Catalisi da ioni metallici - Catalisi elettrostatica Dimostrazione della catalisi acido-basica Esempio di catalisi acida generale Gli enzimi possono avere un meccanismo catalitico che può essere ricondotto alla catalisi acida generale o basica generale . CATALISI COVALENTE Nel corso della catalisi si forma un intermedio covalente tra Enzima e Substrato. Alla fine della catalisi si ha il Prodotto e l’Enzima libero pronto a catalizzare un nuovo evento catalitico. A seconda del gruppo chimico della catena laterale dell’AMMINOACIDO (AA) catalitico si instaurano diversi tipi di legami covalenti. Catena laterale dell’AA del sito Reazione Legame E-S catalitico O Ser (-OH) Enz-OH + OCR OH + EnzOCR *O Cys (-SH) His (-NH-) Enz-SH + OCR ENZ ++ OC R Tioestere O OH + EnzSCR O Estere O O OH ++ ENZ + Acilimidazolo CR Lys (-NH2) R1 R1 H2O + EnzN C EnzNH2 + OC R2 R2 Asp ( COOH ) Glu O O O EnzCOH + O R1H + ENZ C O C R2 C R2 Base di Schiff R1 *La freccia indica i siti dell’attacco nucleofilico Anidridico