BIOCHIMICA e BIOTECNOLOGIE degli ALIMENTI

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1 Seconda Università degli Studi di Napoli DiSTABiF Anno Accademico Corso di Laurea Magistrale in SCIENZE DEGLI ALIMENTI E DELLA NUTRIZIONE UMANA Insegnamento di BIOCHIMICA e BIOTECNOLOGIE degli ALIMENTI Prof. Augusto Parente Lezione 15

2 ENZIMI (3 Maggio)

3 NOMENCLATURA E CLASSIFICAZIONE Sito web: Classe funzionale Numero di enzimi % (numero attuale che non include gli enzimi trasferiti altrove o cancellati) ( ) 1. Ossidoreduttasi Transferasi Idrolasi Liasi Isomerasi Ligasi Totale 5933 Fonte: IUBMB EXPLORENZ- The Enzyme Database International Union of Biochemistry and Molecular Biology

4 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 ( ), 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.

5 Classi di appartenenza 1. Ossidoreduttasi 2. Transferasi 3. Idrolasi 4. Liasi 5. Isomerasi 6. Ligasi

6 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 +

7 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 O 2. - In certi casi la classificazione è difficile, a causa della mancanza di specificità verso l accettore. AH 2 BH 2

8 EC 1.1 [+] Acting on the CH-OH group of donors (NAD + ) Sottoclassi Alcool deidrogenasi EC 1.2 [+] Acting on the aldehyde or oxo group of donors (NAD + ) 3-P-gliceraldeide EC 1.3 [+] Acting on the CH-CH group of donors (FAD) Sucinico deidrogenasi EC 1.4 [+] Acting on the CH-NH 2 group of donors EC 1.5 [+] Acting on the CH-NH group of donors EC 1.6 [+] Acting on NADH or NADPH EC 1.7 [+] Acting on other nitrogenous compounds as donors EC 1.8 [+] Acting on a sulfur group of donors EC 1.9 [+] Acting on a heme group of donors EC 1.10 [+] Acting on diphenols and related substances as donors EC 1.11 [+] Acting on a peroxide as acceptor EC 1.12 [+] Acting on hydrogen as donor EC 1.13 [+] Acting on single donors with incorporation of molecular oxygen (oxygenases) EC 1.14 [+] Acting on paired donors, with incorporation or reduction of molecular oxygen EC 1.15 [+] Acting on superoxide as acceptor EC 1.16 [+] Oxidizing metal ions EC 1.17 [+] Acting on CH or CH 2 groups EC 1.18 [+] Acting on iron-sulfur proteins as donors EC 1.19 [+] Acting on reduced flavodoxin as donor EC 1.20 [+] Acting on phosphorus or arsenic in donors EC 1.21 [+] Acting on X-H and Y-H to form an X-Y bond EC 1.22 [+] Acting on halogen in donors EC 1.23 [+] Reducing C-O-C group as acceptor EC 1.97 [+] Other oxidoreductases EC 1.98 [+] Enzymes using H 2 as reductant (deleted subclass) EC 1.99 [+] Other enzymes using O 2 as oxidant (deleted subclass)

9 Esempio EC 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

10 CLASSIFICAZIONE ENZIMI * glicogeno fosforilasi * B A (chinasi)

11 Esempio EC Nome: Esochinasi Sinonimo: esochinasi tipo I, esochinasi tipo II, esochinasi tipo III esochinasi tipo IV (glucochinasi) Reazione: ATP Mg 2+ + 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 Mg 2+ Mg 2+

12 CLASSIFICAZIONE ENZIMI *

13 Esempio EC Nome: Glucosio-6-fosfatasi Reazione: D-glucosio-6-fosfato + H 2 O D-glucosio + fosfato (reazione terminale della gluconeogenesi) Cofattori: nessuno. Enzima ampiamente distribuito nei tessuti animali

14 CLASSIFICAZIONE ENZIMI

15 Esempio EC Nome: Fosfopiruvato idratasi Sinonimo: enolasi Reazione: 2-fosfo-D-glicerato fosfoenolpiruvato + H 2 O Cofattori: Mg Isocitrato succinato + gliossilato

16 CLASSIFICAZIONE ENZIMI

17 Esempio EC Nome: Triosofosfato isomerasi Reazione: diidrossiaceton fosfato D- gliceraldeide 3- fosfato Cofattori: nessuno

18 CLASSIFICAZIONE ENZIMI

19 Esempio EC Nome: piruvato carbossilasi Reazione: ATP+ piruvato + HCO 3 - ADP + fosfato + ossalacetato Cofattori: Biotina, manganese o zinco P i +

20 Classe 1. OSSIDOREDUTTASI Nome sistematico: donatore: accettore ossidoreduttasi (es. L-lattato NAD ossidoreduttasi) 2. TRANSFERASI Nome sistematico: donatore: gruppo accettore transferasi (es. L-aspartato: 2-chetoglutarato amminotransferasi) 3. IDROLASI Nome sistematico: substrato idrolasi (es. succinil-coa idrolasi) Reazione catalizzata Reazioni di ossidoriduzione Nome comune: deidrogenasi o reduttasi Ossidasi (1.x.3): solo quando O 2 accettore e - (generalmente si forma H 2 O 2 ) Perossidasi (1.11.1): quando l accettore è H 2 O 2 Ossigenasi (1.13): solo quando O 2 introdotto nel substrato Trasferimento di gruppi funzionali Nomenclatura corrente 2.6: Transamminasi (ma meglio, amminotransferasi) da a 2.7.4: Chinasi (fosfotransferasi) Idrolisi: Rottura di un legame con intervento H 2 O Nome comune: substrato + suffiso asi 3.1: Idrolisi esteri (esterasi) Fosfatasi (idrolisi monoesteri fosforici) 3.2: Glicosilasi (es. amilasi) 3.4: Peptidasi (idrolisi legame peptidico) 3.6: Idrolisi legame anidridico anidridi acido fosforico (es. pirofosfatasi, ATPasi)

21 Classe 4. LIASI Nome sistematico: substrato: gruppo-liasi (es. citrato ossalacetato-liasi= citrato sintasi) 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. Reazione catalizzata Rottura non idrolitica di un legame C-C, C-O, C-N o altro oppure addizione ad un doppio legame 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 decarbossilasi (o carbossilasi) aldolasi 4.2: Rottura legame C-O 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). 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 Fosfomutasi (precedentemente classificate in 2.7.5: es. fosfoglucomutasi, fosfoglicerato mutasi)

22 6. LIGASI Classe 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

23 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 (Fe 2+, Fe 3+, Mn 2+, Mg 2+, Cu 2+, Zn 2+ ) 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

24 I meccanismi catalitici - Catalisi acido-basica - Catalisi covalente - Catalisi da ioni metallici - Catalisi elettrostatica - Dimostrazione della catalisi acido-basica Esempio di catalisi acida generale

25 Gli enzimi possono avere un meccanismo catalitico che può essere ricondotto alla catalisi acida generale o basica generale.

26 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 catalitico Ser (-OH) Cys (-SH) O O Reazione Enz-OH + O C R OH + Enz O C R * Enz-SH + O C R OH + Enz S C R O O Legame E-S Estere Tioestere His (-NH-) ENZ + O + O C R OH + ENZ + O + C R Acilimidazolo

27 Lys (-NH 2 ) R 1 R 1 Base di Schiff Enz NH 2 + O C H 2 O + Enz N C R 2 R 2 Asp Glu ( COOH ) O Enz C OH + O O O C R 1 H + ENZ C O C R 2 Anidridico R 2 R 1 *La freccia indica i siti dell attacco nucleofilico