Corso di Laurea: Scienze Biologiche
Nome del corso: Enzimologia (corso opzionale)
Responsabile del corso
Altri docenti
Numero di CFU
Lezioni frontali
Umberto Mura
Obiettivi formativi del
corso
Contenuti
Analisi delle proprietà catalitiche e regolatorie degli enzimi
6
6
Risultati attesi
Acquisizione degli strumenti di base per lo studio delle proprietà
catalitiche e regolatorie degli enzimi
Scopo del Corso nell’ambito del Corso di Laurea
Fornire gli strumenti per la razionalizzazione dei processi metabolici e delle
funzioni cellulari da un punto di vista molecolare
Argomenti trattati nelle
lezioni frontali
Richiami sull'equilibrio chimico; energia di attivazione; equa-zione di
Arrhenius; lo stato di transizione; il concetto di coordi-nata di reazione;
campi di riferimento della cinetica chimica; definizione di velocità di
reazione; elementi di cinetica formale: ordine di reazione e molecolarità;
reazioni di ordine zero; reazioni del primo e secondo ordine; utilità del
tempo di semi-trasformazione nello studio cinetico. Effetto della temperatura sulla costante di equilibrio; Reazioni consecutive; condizione di
stato stazionario nelle reazioni consecutive; reazioni reversibili. La
catalisi e l'equilibrio chimico; catalisi in fase eterogenea ed in fase
omogenea; catalisi acida e basica specifica; catalisi acida e basica
generale; catalisi da ione metallico; catalisi covalente nucleofila; reazioni
di sostituzione SN1 e SN2; catali-si covalente elettrofila: le basi di Shiff
quali centro elettrofilo nella catalisi; catalisi asimmetrica; catalisi
concertata; catalisi intramolecolare.
Generalità sugli enzimi; il sito attivo; teoria della "chiave e serratura";
teoria dell'"induced fit"; classificazione degli enzimi; fattori che
influiscono sulla efficienza catalitica degli enzimi; profilo energetico in
una reazione enzimatica: il complesso enzima substrato. Cofattori
enzimatici e gruppi prostetici; catalisi enzimatica covalente nucleofila: il
meccanismo della saccarosio fosforilasi; il meccanismo della
chimotripsina; importanza della triade catalitica; catalisi enzimatica
elettrofila per formazione di una base di Schiff: acetoacetato decarbossilasi; il piridossalfosfato quale cofattore di transaminasi, racemasi, alfa e
beta decarbossilasi; catalisi enzimatica elettro-statica da metalli:
l'anidrasi carbonica, l'enolasi; l'importanza della concertazione nella
catalisi enzimatica: l'aldolasi di classeA; enzimi a NAD: le alcool
deidrogenasi a zinco; la stereospecificità del trasferimento elettronico
nelle ossidore-duttasi a NAD; atomi o gruppi atomici enantiotopici e
diastereo-topici (proR, proS); facce enantiotopiche (Re, Si) di molecole
planari; lo zinco non è richiesto nella ADH di Drosofila lebano-ensis;
cofattori enzimatici endogeni: il caso della istidina ammoniaca liasi e
della fenilalanina ammoniaca liasi.
Richiami sulla analisi cinetica di enzimi Michaeliani: analisi
all'equilibrio; analisi allo stato stazionario; i parametri cinetici Vmax e
Km; metodi grafici per la misura dei parametri cinetici; il grafico dei
doppi reciproci; il grafico lineare diretto; il grafico di Eadie-Hofstee; il
grafico di Hanes; la costante di specificità; il concetto di perfezione
catalitica. Il concetto di Unità enzimatica; dosaggi spettrofotometrici di
enzimi; dosaggi spettrofotometrici diretti ed accoppiati; esempi di saggi
diretti e accoppiati: lattato deidrogenasi, fosfatasi alcalina, creatina
chinasi, alanina e aspartato transaminasi.
Analisi cinetica allo sto stazionario di una reazione reversibile; reazione
di equilibrio considerando sia il complesso ES che il complesso EP;
equazione generale di Michaelis; la relazione di Haldane; equazione di
Michaelis integrata; due substrati agoni-sti per lo stesso enzima: il
concetto di substrato "reporter"; analisi del modello allo stato stazionario; curva temporale di trasformazione; il parametro “costante di specificità relativa”. Reazioni con due substrati: meccanismo BiBi-Random;
mecca-nismo BiBi-ordinato e meccanismo a ping-pong. Effetto della
temperatura sulle reazioni enzimatiche: ffetto sulla reazione; effetto
sull'enzima. Considerazioni sulla preservazione dell'attività enzimatica.
Dosaggi spettrofotometrici di enzimi. L'inibizione degli enzimi;
generalità della inibizione reversibile; inibitori di tipo compe-titivo;
inibizione di tipo non competitivo e a-competitivo; effetto sulla Km e
Vmax degli inibitori reversibili; misura dell'IC50 di un inibitore:
significato e limitazioni. Determinazione della Ki per i diversi tipi di
inibizione; Inibitori "tight binding"; inibizione irreversibile; inibizione
irreversibile lenta; quando il substrato protegge dall'inattivazione. Effetto
del pH sull'attività enzima-tica; definizione del modello; effetto del pH
sulla Vmax, sulla Km e sulla costante di specificità; il caso di un
substrato in grado di dissociare; più forme ioniche presenti; esempi
dell'analisi; i limiti dell'analisi.
Gli enzimi allosterici; la cooperatività positiva e negativa quale evoluzione molecolare della azione catalitica; analisi di equilibri multipli; il
modello sequenziale; il modello simmetrico; modelli di regolazione
enzimatica: inibizione retroattiva da prodotto finale; risposte di tipo
sigmoideo non necessariamente riflettono feno-meni di coopera-tività:
misure in condizioni di non equilibrio; enzimi mnemonici; gli enzimi
isteretici.
La modifica covalente delle proteine; cascate reversibili e irreversibili; la
cascata monociclica reversibile; ampiezza della modifica; segnale di
amplificazione; la flessibilità delle cascate; La cascata monociclica che
regola il complesso della piruvato deidrogenasi; indice di sensibilità e
ultrasensibilità delle cascate enzimatiche; ultrasensibiltà quale proprietà
intrinseca delle cascate; consumo energetico nei sistemi a cascata; la
cascata biciclica aperta e chiusa; la cascata che regola la glutamminma
sintetasi batterica; effetto della coppia regolatrice glutammina alfa-cheto
glutarico; Analisi della cascata della glutammina sin-tetasi; cascate
multicicliche: la cascata che regola l'omeo-stasi del glicogeno;
integrazione fra cascate; le cascate enzimatiche quali amplificatori di
velocità.
Attività di laboratorio
Non previste
Esercitazioni
Non previste
Materiale didattico
consigliato
Testi di riferimento
ISBN 978 88 7959 705 0
Umberto Mura
Enzimi in azione:fondamenti di cinetica e regolazione delle reazioni
enzimatiche
Prima edizione -2012 - EDISES srl – Napoli
Modalità di svolgimento
delle prove di esame
Propedeuticità (indicare
solo se previste dal
Regolamento)
Conoscenze richieste
Orale
conoscenze inerenti le discipline propedeutiche di base (Matematica, Fisica;
Chimica generale e Chimica fisica; Chimica Organica )e della biochimica
generale.
