Lezione 15- (02.05.2016) Enzimi

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
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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: ATPMg2+ + 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 + OCR

OH + EnzOCR
*O
Cys (-SH)
His (-NH-)
 
Enz-SH + OCR
ENZ

++ OC R
Tioestere
O

OH  + EnzSCR
O

Estere
O
O
OH ++ ENZ
+

Acilimidazolo
CR
Lys (-NH2)
R1
R1
H2O + EnzN  C
EnzNH2 + OC
R2
R2
Asp
( COOH )
Glu
O
O
O



EnzCOH +
O

R1H + ENZ C O C R2
C
R2
Base di
Schiff
R1
*La freccia indica i siti dell’attacco nucleofilico
Anidridico