Enzime

2. Enzime • Ce sunt enzimele? • Nomenclatura enzimelor • Caracteristici generale ale enzimelor • Clasificarea enzimelor • Structura enzimelor • Specificitatea enzimelor • Mecanismul catalizei enzimatice • Cinetica enzimatica • Cofactori (coenzime, grupari prostetice).

3. Enzime • Definiţie • Biocatalizatoriproteici care măresc viteza reacţiilor chimice, dar numai pentru reacţiile termodinamic posibile • Coordonează toate procesele metabolice • Catalizează un număr redus de reacţii, foarte frecvent numai una; se caracterizează printr-o înaltă specificitate • Sunt implicate în majoritatea reacţiilor biochimice din celule, fiind importante în diagnostic şi tratament

4. ai

5. EnzimeCaracteristici • Au o ToC si pH optim de functionare • Nu sunt produse sau consumate in timpul unei reactii chimice • Nu declanseaza o reactie chimica ci intensifica viteza reactiei chimice • Enzimele modifica viteza reactiei dar nu constanta de echilibru a reactiei catalizate.

6. Enzime • Nomenclatura • 2 denumiri: • A. Denumirea recomandată sau comună 1. “- ază “ la numele substratului reacţiei Ex.: glucozidază, urează sau 2. la formula care descrie acţiunea desfăşurată Ex.: lactatdehidrogenază, adenilat ciclază Există enzime care îşi păstrează în continuare formula originală, istorică, neavând legătură cu reacţia catalizată

7. Enzime • B. Denumirea ştiinţifică sau sistematică • IUBMB (UniuneaInternaţională de Biochimie şi Biologie Moleculară): 6 clase de enzime, fiecare cu maimultesubclase • Sufixul“- ază “ esteataşat unei formule descriptive complete a reacţiei chimice catalizate, incluzând denumirea tuturor substraturilor • Ex. D-gliceraldehid 3 fosfat: NAD+ oxidoreductaza • Denumirepreacomplexapt a fi utilizata in practicauzuala

9. Enzime- clasificare • 1) Oxidoreductazele • - enzime ce catalizează reacţiile de oxidoreducere ce au loc înorganismele vii; • Lactat dehidrogenaza Piruvat Lactat

10. 2) Transferazele - enzimececatalizeazăreacţii de transfer ale unorgrupe de atomi (C-, N-, P-) ce pot fi şigrupări funcţionale de la un substrat la altul, fără ca acestegrupărisăexistelibereîntimpulprocesului; Enzime- clasificare Metilen THF Serin-hidroximetil transferaza THF

11. Enzime- clasificare • 3) Hidrolazele • - enzimececatalizeazăscindareadiferitelorlegăturicovalente din moleculasubstratului cu participareamoleculelor de apă; + HOH ---- CO2 + NH3 ureaza UREE

12. 4) Liazele  - catalizează clivarea legăturilor de tip C-C, C-S, C-Ncu rearanjarea ulterioară a valenţelor; Enzime- clasificare Piruvat decarboxilaza

13. Enzime- clasificare • 5)Izomerazele • - enzime care catalizează diferite reacţii de izomerizare a substratelor;

14. Enzime- clasificare • 6)Ligazelesausintetazele • - enzimececatalizeazăformareaunornoilegăturichimice C – C sau C– O, S, N înmajoritateacazurilorutilizându-se energiastocatăînlegăturilemacroergice ale moleculelor de ATP. Piruvat carboxilaza

15. Enzime

16. Structuraenzimelor • 2 categorii: • 1. formatenumai din AA; structură exclusiv proteică. Ex proteaze, lipaze, ribonucleaze • 2. componenta proteicăsau APOENZIMA + componenta neproteică sau COFACTOR; majoritateaenzimelor • COFACTORI: • A. Grupareaprostetică • Componenta neproteică legată de apoE prin legături ferme, stabile, neputându-se desprinde de aceasta. Ex FMN, FAD

17. Structura enzimelor

18. Structura enzimelor • COFACTORI: • B. Coenzima • Derivat al unei vitamine, componenta neproteică legată de apoE prin legături labile • Poate trece uşor de la o apoE la alta • NAD+; NADH, H+; NADP+

19. Structura enzimelor

20. Structuraenzimelor • COFACTORI: • B. Ioniimetalici • Suntnecesaripentrupentruactivitatea a numeroaseenzime. După modul de legare a şi rolul ionului metalic, enzimele sunt: • - metaloenzimece conţin o cantitate bine definită de ion metalic funcţional, fiind strâns legat de apoE • - enzimemetaloactive, a căror activitate creşte în prezenţa ionului metalic, care leagă metalul slab, iar cantitatea acestuia nu este strict delimitată

21. Structura enzimelor • COFACTORI: Metaloenzime: - Fe-enzime: grupprostetic hem (citocromi, catalaze, peroxidaze); - Cu-enzime: citocromoxidaza, superoxid-dismutaza, tiroxin-hidroxilaza; - Mn-enzime: peptidaza, arginaza, izocitrat-dehidrogenaza; - Co-enzime: cobalamin-enzime; - Se-enzime: glutationperoxidaza

22. Structura enzimelor

23. Structura enzimelor • Unele enzime necesită pentru a fi active prezenţa coenzimelor, altele a gruparilor prostetice sau a ionilor metalici • In reacţiile catalizate de enzime ce necesită prezenţa coenzimelor, acestea sunt considerate al doilea substrat, fiind numite cosubstrat • Modificările pe care le suferă coenzima contrabalansează exact modificările de la nivelul substratului

24. Cofactori enzimatici

25. Structura enzimelor • Regiunea din enzimă unde se fixează moleculele substratului şi se produc reacţiile chimice care transformă aceste molecule se numeşte centru activ.

26. Centrul activ al enzimelor • O regiune a componentei proteice în care resturile de AA sunt aranjate astfel încât să permită o interacţiune adecvată cu substratul, numit la modul generic ligand

27. Centrul activ al enzimelor • Complexul ES de la nivelul centrului activ este stabilizat prin: • Atracţii electrostatice • Legături de hidrogen • Interacţiuni hidrofobe • După fixarea S la centrul activ al E numeroase resturi laterale ale AA din vecinătatea ligandului catalizează transformarea acestuia.

28. Centrul activ al enzimelor • Centrul activ cuprinde resturi de fixare a S cât şi resturi catalitice • Centrul activ ocupă o porţiune mică din enzimă şi este o entitate tridimensională • Cofactorii joacă un rol important atât în fixarea S cât şi în procesul catalitic • S trebuie să aibă o formă potrivită pentru a pătrunde în centrul activ al unei E

29. 1890 Fisher propunemodelul “broască- cheie”: S trebuie să se potrivească perfect la centrul activ pentru a suferi procesul catalitic Centrul activ al enzimelor Fisher

30. 1958 Koshland susţine că centru activ al enzimei nu este rigid Forma acestuia se modifică în momentul legării S= recunoastere dinamica a S de catre E Centrul activ al enzimelor

31. Centrul activ al enzimelor S se leagă de E prin forţe relativ slabe; complexul ES care se formează trece în produşii de reacţie cu eliberarea E sau poate reface S iniţial

32. Centrul activ al enzimelor • Apare sub forma unei despicături în apoE căptuşită cu AA hidrofobi , apa fiind exclusă în mare parte • Conţine şi aa polari esenţiali în procesul de cataliză • Pe lângă resturile catalitice aflate în centru activ, care participă direct la transformarea S, apoE conţine şi aşa-numiteleresturi de specificitate, undesuntprezentiaa cu rolîn recunoaşterea S • Ex. ribonucleazascindeaza ARN • Centrulactivprezinta: resturicatalitice (His 12 si His 119) siresturi de specificitate: intreaa 31-41 exista 5 aabazici care recunosc ARN cu caracter acid

33. Contine: Ser, Cys, His, Tyr, Lys Enzimele alosterice contin pe langa centrul activ si centrul alosteric; Aici se fixeaza efectorii alosterici care nu intervin direct in cataliza, dar pot influenta procesul catalitic prin modificarea conformatiei spatiale a enzimei Centrul activ al enzimelor

34. Centrul activ al enzimelor

35. Specificitate de substrat: absoluta, relativa si stereochimica specificitate de legatura: enzimele recunosc un anumit tip de legatura chimica Esterazele recunosc legaturile de tip esteric Tripsina recunoaste legatura dintre Arg-Lys Trombina recunoaste legatura dintre Arg-Gly Arg Lys Specificitatea enzimelor

36. Specificitatea enzimelor • Alte exemple: • Chimotripsina actioneaza asupra legaturilor peptidice la care participa AA aromatici • Carboxipeptidazele scindeaza legatura peptidica cea mai apropiata de capatul C-terminal, daca ultimul AA este aromatic • Glicozidazele scindeaza legaturile glicozidice si sunt specifice unei monozaharide particulare: glucozidaza, galactozidaza etc

37. Acetilcolinesteraza hidrolizeaza esterul acidului acetic cu colina Substituirea radicalului acetil din S cu alt radical alifatic diminua mult activitatea enzimatica (cu cat radicalul este mai lung Butirilcolina este hidrolizata cu o viteza de 100 ori mai mare ca acetilcolina Specificitatea enzimelor

38. Specificitatea enzimelor • 1. Specificitate de substrat relativa • Enzimele actioneaza asupra unui grup de substraturi cu structura asemanatoare • ADH (alcool dehidrogenaza) transforma toti alcooli cu nr mic de atomi de C

39. Specificitatea enzimelor • 1. Specificitate de substrat relativa. Alte exemple

40. Specificitatea enzimelor • 2. Specificitate de substrat absoluta • O enzima actioneaza asupra unui singur substrat • Ureaza, arginaza

41. Specificitatea enzimelor • 2. Specificitate de substrat absoluta

42. Specificitatea enzimelor • 3. Stereospecificitate • Specificitatea stereochimica. Existenta unor compusi biologici sub forma de izomeri determina posibilitatea actiunii selective a unor enzime asupra unuia dintre ei • Enzima leaga substratul pe baza complementaritatii intre centrul activ si un fragment din molecula, respectata numai in cazul unuia dintre izomeri • Celalalt izomer avand o dispozitie spatiala diferita nu se poate lega de enzima.

43. Specificitatea enzimelor • Stereospecificitate • Enzimele pot sa determine: • transformarea unui anumit izomer geometric (cis sau trans); • formarea unui anumit izomer geometric sau optic; • transformarea unui substrat apartinand unei anumite serii sterice D sau L.

44. Specificitatea enzimelor • Stereospecificitate

45. Specificitateaenzimelor • Stereospecificitate • Lactat dehidrogenaza (LDH) este o enzima care determina transformarea acidului L-lactic dar nu si pe cea a acidului D-lactic • Determina transformarea unui compus optic inactiv, acidul piruvic, intr-un compus optic activ, acidul L-lactic, realizand o sinteza asimetrica • L-aminoacid oxidaza care catalizeaza reactiile de dezaminare a L-aminoacizilor si D-aminoacid oxidaza care transforma D-aminoacizii;

46. Specificitatea enzimelor • Succinat dehidrogenaza (SDH) catalizeaza preferential dehidrogenarea acidului succinic cu formarea acidului fumaric (izomerul trans).

47. Specificitatea enzimelor • Specificitate de actiune • Enzimele catalizeaza un anumit tip de reactie, in functie de modul de actiune asupra substratului • Acest tip de specificitate sta la baza clasificarii enzimelor si este datorat cofactorului care guverneaza tipul de reactie in care se va angaja substratul.

48. Specificitatea enzimelor • De exemplu, un anumit α-aminoacid poate fi substrat pentru mai multe enzime care au cofactori diferiti.

49. Mecanismul de actiune al enzimelor

50. Mecanismul de actiune al enzimelor • Intr-o reactie S  P, la un moment dat un anumit numar de molecule de substrat au energia necesara sa atinga o stare reactiva, denumita stare de tranzitie, intermediara intre S si P si instabila • Aceasta poate fie sa se transforme in produsul P fie sa reformeze substratul si se situeaza la punctul maxim al diagramei energetice ce caracterizeaza relatia intre S si P