Coenzimi. Ioni essenziali. Molti coenzimi hanno come precursori le vitamine.

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1 COENZIMI

2 Molti enzimi richiedono l associazione con particolari COFATTORI per poter esplicare la loro attività catalitica. Ioni essenziali Coenzimi Ioni attivatori, Mg 2+, K +, Ca 2+ (legati debolmente) Ioni metallici di metalloenzimi, Zn 2+, Cu 2+ (legati fortemente) Cosubstrati (legati debolmente) Gruppi prostetici (legati fortemente) Sono temporaneamente modificati ma ritornano nella forma originaria alla fine del processo. Trasferiscono gruppi in modo specifico attraverso il loro CENTRO REATTIVO Molti coenzimi hanno come precursori le vitamine.

3 VITAMINE idrosolubili Sono molecole essenziali per la sopravvivenza delle cellule. Gli organismi animali devono assumerle con la dieta in piccole quantità giornalmente, perché non sono capaci né di sintetizzarle né di accumularle. liposolubili Vitamina C Biotina (H) Vit. Complesso B Tiamina (B1) Riboflavina (B2) Niacina (B3) Ac. Pantotenico (B5) Ac. Folico (B9) Piridossina (B6) Cobalamina (B12) Vitamina A (retinolo, β-carotene) Vitamina D (colecalciferolo) Vitamina K (fillochinone) Vitamina E (tocoferolo) Coenzima Q (Ubichinone) Ac. Lipoico

4 COENZIMI che coadiuvano l azione di enzimi che catalizzano reazioni di ossidoriduzione (ossidoriduttasi, deidrogenasi): I derivati della NIACINA (B3), I derivati della RIBOFLAVINA (B2), COENZIMA Q, AC. LIPOICO NAD, NADP FAD, FMN

5 LE REAZIONI DI OSSIDORIDUZIONE CHE AVVENGONO NEI SISTEMI BIOLOGICI PREVEDONO: 1) trasferimento diretto di elettroni: Fe e - Fe 2+ (centri ferro/zolfo; citocromi) 2) trasferimento di atomi di idrogeno: H = 1 H e - (1 protone e 1 elettrone) (FAD; FMN; Ubichinone) 3) trasferimento di 1 ione idruro: H: - (1 protone e 2 elettroni) (NAD; NADP) 4) incorporazione di ossigeno come OH o COOH da parte di ossigenasi

6 Coenzimi nicotinammidici NAD + (NICOTINAMMIDE ADENINA DINUCLEOTIDE) NADP + (NICOTINAMMIDE ADENINA DINUCLEOTIDE FOSFATO) Derivano dall acido nicotinico o niacina, Vitamina B3 o dalla nicotinammide Niacina Ac. nicotinico Sono coinvolti nelle reazioni di ossido-riduzione catalizzate dalle DEIDROGENASI, trasferiscono 2 elettroni e 1 protone dal o al substrato sotto forma di ione idruro :H - Sono associati al sito attivo dell enzima attraverso interazioni elettrostatiche (debolmente)

7 NAD + (ossidato) + 4 H: - NADH (NADPH) (ridotto) (OPO 2-3 ) NADP + fosfato in posizione 2 ossidato L attacco dello ione idruro può avvenire sopra (A) o sotto (B) il piano dell anello nicotinammidico

8 ASSORBANZA SPETTRO DI ASSORBIMENTO DEL NAD OSSIDATO RIDOTTO LUNGHEZZA D ONDA La misura dell assorbimento a 340 nm consente di seguire il decorso di molte reazioni catalizzate dalle deidrogenasi NAD(P) + dipendenti.

9 Uno ione idruro :H - è trasferito dal C-4 del NADH al C-2 del piruvato R + H + Lattato deidrogenasi Piruvato L-lattato Uno ione H + è trasferito da un residuo di His del sito attivo dell enzima sull ossigeno carbonilico che diventa un ossidrile

10 COENZIMI FLAVINICI FAD (FLAVINA ADENINA DINUCLEOTIDE) FMN (FLAVINA MONONUCLEOTIDE) Derivano dalla riboflavina (vitamina B2) 7,8-dimetil-isoallossazina Ribitolo legato in N-10 Sono saldamente associati (in qualche caso anche covalentemente) al sito attivo di DEIDROGENASI chiamate flavoproteine. Partecipano a reazioni di ossidoriduzione in cui possono accettare o rilasciare 2 elettroni e 2 protoni (due atomi di idrogeno)

11 Forma completamente ossidata 5 1 +H + + e - + +H + + e -. - Centri reattivi: N-5 e N-1 Semichinone Forma completamente ridotta + H + + H: - Accetta 1 atomo di idrogeno alla volta oppure 2 insieme

12 UBICHINONE (COENZIMA Q): benzochinone con 4 sostituenti uno dei quali è una lunga catena isoprenoide (6-10 unità). Si solubilizza nel doppio strato lipidico delle membrane e essendo un forte agente ossidante ha un ruolo chiave nel trasporto di elettroni attraverso i complessi della catena respiratoria mitocondriale. ) n H CH 3 O e O CH 33 O 2H +, 2e - e + 2 H + CH 3 O CH 3 O CH 3 O O O O OH OH CH 3 CH 3 CH (CH 3 CH 3 O 2 CH C CH 2 ) n H coenzyme Q e CH 3 (CH 2 CH C CH 2 ) n H CH 3 O coenzyme Q CH 3 CH 3 (CH 2 CH C CH 2 ) n H coenzyme QH 2 1H +, 1e - 1H +, 1e - e + 2 H + OH O O OH CH 3 O CH 3 semichinone CH 3 (CH 2 CH C CH 2 ) n H coenzyme Q Ossido-riduzione in 2 tappe oppure CH 3 in un unica tappa CH

13 ACIDO LIPOICO Acido carbossilico a 8 atomi di carbonio con due gruppi tiolici in C-6 e C-8. Viene sintetizzato dagli animali. Forma ossidata 2 H +, 2 e- Forma ridotta Partecipa a reazioni di ossidoriduzione e di trasferimento di gruppi acilici intermedi di reazione. È il gruppo prostetico delle diidrolipoammidi aciltransferasi, enzimi che fanno parte di complessi multienzimatici (piruvato-deidrogenasi, α-chetoglutarato deidrogenasi) Si lega con legame ammidico all εamminogruppo di una Lys del sito attivo dell enzima che lo utilizza. Funziona come un braccio oscillante che trasferisce gruppi acilici Forma acetilata

14 COENZIMA A (HS-CoA) Trasferimento di gruppi acilici nel corso dei processi metabolici. Deriva dalla vitamina B 5 (ac. pantotenico) β-mercaptoetilammina Centro reattivo: gruppo tiolico SH che forma il legame tioestere con i gruppi acilici che trasferisce. O ll H 3 C C S CoA Acetil-CoA 3 -P-ADP (3 -fosfoadenosinadifosfato) Legame tioestere ad alta energia di idrolisi: ΔG 0-31,5 kj/mol Quando si forma un legame tioestere viene conservata energia metabolica che può essere utilizzata per promuovere altri processi.

15 TIAMINA PIROFOSFATO (TPP) Deriva dalla tiamina (vitamina B 1 ) È il gruppo prostetico delle decarbossilasi (decarbossilazione degli α-chetoacidi). È anche il gruppo prostetico delle transchetolasi (trasferimento di un gruppo a 2 atomi di carbonio contenente una funzione C=O) Protone dissociabile Centro reattivo: C-2 dell anello tiazolico 2 + Il carbonio 2 dell anello tiazolico è molto acido a causa dell effetto elettronattrativo esercitato dall N con carica positiva e dallo zolfo in 1 R R 2 R 1

16 Piruvato α-chetoacido TPP (carbanione dipolare) H + rimosso da un residuo basico dell enzima Enz-B: Idrossietil-TPP Enz-B H + carbanione stabilizzato da risonanza