ENZIMI : catalizzatori biologici

Documenti analoghi
ENZIMI : catalizzatori biologici

REAZIONI CHIMICHE. Perché una reazione chimica avvenga devono essere soddisfatte tre condizioni: I reagenti (substrati) devono entrare in collisione

REAZIONI CHIMICHE. Perché una reazione chimica avvenga devono essere soddisfatte tre condizioni: I reagenti (substrati) devono entrare in collisione

ENZIMI. Un enzima è un catalizzatore (acceleratore) di reazioni biologiche.

Enzimi = catalizzatori di una reazione biochimica Caratteristiche: Specificità: ogni enzima riconosce specificamente il/i substrato/i e non altre

Energia di attivazione

- utilizzano esclusivamente le reattività chimiche di alcuni residui AA

proteine enzimi RNA ribozimi substrati altamente specifici -asi

Casi più complicati. inibizione mista (competitiva e non competitiva)

Gli enzimi sono i catalizzatori dei processi biologici. Possono essere proteine globulari oppure acidi nucleici (ribozimi)

CLASSIFICAZIONE O.T.I.L.Is. Lig

Funzioni dei nucleotidi

REGOLAZIONE DELL ATTIVITA ENZIMATICA 1) MODULAZIONE ALLOSTERICA NON-COVALENTE (REVERSIBILE)

GLI ENZIMI: proteine con attività CATALITICA

Regolazione dell attività enzimatica. Allosteria Modificazioni covalenti Isoenzimi

Esempi di funzioni svolte dalle proteine

ENZIMI. Durante la reazione l enzima può essere temporaneamente modificato ma alla fine del processo ritorna nel suo stato originario, un enzima viene

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

Regolazione enzimatica Isoenzimi

CATALISI COVALENTE. H 2 O Enz-R-OH + P. Enz-R-O S Enz-R-O-S

Gli enzimi e la catalisi

BIOCHIMICA APPLICATA e CLINICA

Enzimi e loro ruolo nel metabolismo

catabolismo anabolismo

Funzione catalitica delle proteine. Enzimi

ENZIMI. Molecole proteiche globulari che consentono alle reazioni biochimiche di procedere ad una velocità adeguata alle

Gli enzimi sono molecole proteiche aventi il compito di catalizzare praticamente tutte le reazioni chimiche che avvengono negli organismi viventi.

STRUTTURA E MECCANISMI D AZIONE DEGLI ENZIMI

Gli enzimi e l inibizione enzimatica.

Via finale comune per l ossidazione di tutti i combustibili metabolici che entrano nella via come molecola di acetil CoA

Fondamenti di Chimica Farmaceutica. Inibizione enzimatica

PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI ENZIMI. 1) Aumentano la velocità di reazione. 2) Non modificano l equilibrio della reazione

INTRODUZIONE AL METABOLISMO

Enzimi come catalizzatori biologici

Amminoacidi Peptidi Proteine

Gli enzimi e l inibizione enzimatica.

INTRODUZIONE AL METABOLISMO. dal gr. metabolè = trasformazione

Nicotinamide adenin dinucleotide (NAD + ) H - NMN R AMP. Nel NADP + questo gruppo ossidrilico è esterificato con un gruppo fosforico

Esercitazione Esempi di domande del 2 test

2. Quale delle seguenti affermazioni relative ad una reazione enzimatica è vera?

INIBIZIONE ENZIMATICA REVERSIBILE Gli inibitori (I) legano l enzima e interferiscono con la loro attività modificando la Vmax, la Km o entrambe.

Determinazione dell attività enzimatica

Il laboratorio di Biochimica si svolgerà nei seguenti giorni;

2) La presenza di gruppi funzionali specifici che partecipano alla catalisi (quelli delle catene laterali dei suoi residui amminoacidici e/o quelli

INIBIZIONE ENZIMATICA REVERSIBILE

BIOENERGETICA IL METABOLISMO RISULTA DALL INSIEME DELLE REAZIONI CHIMICHE CHE PERMETTONO AI SISTEMI VIVENTI DI UTILIZZARE ENERGIA E MATERIA

METABOLISMO CELLULARE

Introduzione allo studio del metabolismo Parte I

Respirazione cellulare: processi molecolari medianti i quali le cellule consumano O 2 e producono CO 2

Una panoramica del ciclo dell acido ciclico

Aerobiosi C A T A B O L I S M O. Lez 4A. Schema generale del metabolismo dei glucidi

Cap.16 GLICOLISI. Glucosio + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD + 2 Piruvato + 2 ATP + 2 H 2 O+ 2 NADH + 2H + 2 ADP + 2 Pi 2 ATP H 2 O 2 NAD + 2 NADH + 2H +

Esercitazione Esempi di domande del 1 test

3) La presenza di gruppi funzionali specifici che partecipano alla catalisi (quelli delle catene laterali dei suoi residui amminoacidici e/o quelli

BIOLOGIA GENERALE 19 dicembre 2006

Modulo 14 Il ciclo di Krebs

k 2 per una reazione semplice ad uno stadio corrisponde alla k cat (costante catalitica)

Gli enzimi. Gli enzimi sono le proteine 1 che catalizzano 2 le reazioni chimiche che avvengono nei sistemi biologici

prodotto finale della glicolisi

Utilizzo del glucosio: la glicolisi

Metabolismo del glucosio

2015 /2016. scaricato da

Energia e metabolismi energetici

Helena Curtis N. Sue Barnes

NADH FADH 2 (trasportatori ridotti di elettroni) Catena respiratoria (trasferimento degli

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

REGOLAZIONE ENZIMATICA

DESTINI METABOLICI DEL PIRUVATO

Il trasporto del glucosio

FUNZIONI BIOLOGICHE DELLE PROTEINE

Il metabolismo cellulare

DEGRADAZIONE di polisaccaridi (glicogeno epatico, amido o glicogeno dalla dieta) Glucosio. GLUCONEOGENESI (sintesi da precursori non glucidici)

I MITOCONDRI: LE CENTRALI ENERGETICHE DELLA CELLULA

TEORIA DELLO STATO DI TRANSIZIONE (Henry Eyring anni 30)

La glicolisi non è l unica via catabolica in grado di produrre energia. Se il suo prodotto viene ulteriormente ossidato si ottiene molta più energia.

Amminoacidi Peptidi Proteine

Se la biosintesi del glicogeno dipendesse unicamente dalla glicogeno sintasi il glicogeno sarebbe costituito da lunghe catene lineari simili a quelle

Il metabolismo cellulare

Fonte diretta di Energia è l ATP.

Velocità di reazione

NADH e NADPH. ATP = 1 moneta (energetica) della cellula NADH, NADPH = 2 moneta (potere riducente)

costruire un equazione che potesse descrivere in generale il comportamento cinetico degli enzimi e quindi di determinare parametri cinetici più

1/v

Come le cellule traggono energia dal cibo: produzione di ATP

ENZIMI. Catalizzatori delle reazioni biologiche

Ossidazione dell α-chetoglutarato: questa reazione porta alla formazione di un legame TIOESTERE ad alta energia e alla produzione di NADH

La materia vivente è costituita da molecole, che costruiscono strutture ordinate partendo da materiali disordinati, tramite una spesa energetica

DESTINI METABOLICI DEL PIRUVATO

La catalisi enzimatica. Copyright 2013 Zanichelli editore S.p.A.

DESTINI METABOLICI DEL PIRUVATO

catalizzatori biologici RUOLO DEGLI ENZIMI: 16/03/15

Gli Enzimi. catalizzatori biologici rendono possibile da un punto di vista cinetico le reazioni chimiche

Informazioni sul corso a.a v.1. Insegnamento di Biochimica 090SM BIO/10 6 CFU 48 ore

IL METABOLISMO. Dal carbonio agli OGM Capitolo 2

MANTENIMENTO DELLA STRUTTURA CRESCITA SVILUPPO RIPRODUZIONE

La via glicolitica. Caratteristiche generali Le reazioni della via glicolitica. Francesca Anna Scaramuzzo, PhD

Transcript:

ENZIMI : catalizzatori biologici 1 Nell organismo sono indispensabili alla vita: per esempio le reazioni chimiche connesse con un singolo respiro, in assenza di enzimi, durerebbero ore. L enzima anidrasi carbonica accelera la reazione CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3 di quasi 107 volte AUMENTANO la VELOCITA DI REAZIONE da 1 MILIONE A 1 MILIARDO di VOLTE

Modello Lock and Key: l enzima si combina chimicamente col substrato 2 Il sito attivo o catalitico è costituito dal negativo del substrato Si formano legami ionici e elettrostatici esatti fra enzima e substrato

3 Energia di attivazione Y si trova ad uno stato energetico inferiore rispetto a X Conversione X Y termodinamicamente favorevole Ma la reazione non avviene se X non acquisisce sufficiente energia per superare la barriera dell energia di attivazione

4 Energia di attivazione ENZIMI Stabilizzano lo stato di transizione e riducono la barriera dell energia di attivazione

Enzimi 5 Si combinano transientemente col substrato e ne abbassano l energia di attivazione Non modificano l equilibrio della reazione, ma solo la velocità con la quale l equilibrio viene raggiunto Non vengono modificati nella reazione, e al termine della reazione sono subito disponibili per catalizzare una nuova reazione Infatti stabilizzano lo stato di transizione vengono usati in quantità non stechiometriche e non compaiono nella reazione né tra i reagenti né tra i prodotti Migliaia di molecole di substrato trasformate ogni secondo

6 Specificità Gli enzimi riconoscono selettivamente i propri substrati Gli enzimi catalizzano specifiche reazioni La specificità è controllata dalla struttura Riconoscimento spesso tridimensionale Gli enzimi possono distinguere gli stereoisomeri D-e L- degli aminoacidi

7 Classificazione internazionale degli enzimi 1 - ossidoreduttasi: reazioni di ossido-riduzione 2 - transferasi: trasferimento di gruppi chimici da una molecola ad un'altra 3 - idrolasi: reazioni di idrolisi 4 - liasi: reazioni di rottura di legami senza idrolisi o ossidazione 5 - isomerasi: reazioni di trasformazione di una molecola nel suo isomero 6 - ligasi: reazioni di formazione di nuovi legami con rottura di ATP in AMP e pirofosfato o ADP e Pi

Ipotesi per l azione degli enzimi N.B.: [S] >> [E] 8 E + S ES EP E + P L enzima si lega col substrato per formare ES: reazione reversibile Il complesso ES subisce il cambiamento conformazionale che induce la formazione di P L enzima rilascia P e torna nello stato iniziale La velocità globale è regolata dallo stadio più lento che spesso è la conversione di ES in EP

9 Reversibilità delle reazioni enzimatiche L enzima favorisce il raggiungimento dell equilibrio, quindi in teoria catalizza anche la reazione inversa A B Ma, se B è substrato di una reazione successiva, la prima reazione diventa praticamente irreversibile A B C Ciò vale per catene anche molto lunghe di reazioni (catene enzimatiche) A B C D E Spesso il prodotto terminale di una sequenza di reazioni (E) inibisce il deflusso della stessa catena a livello della prima reazione A B L accumulo di E chiude il rubinetto La mancanza di E riapre il rubinetto A B C D E

Le reazioni enzimatiche sono spesso in cascata (vie metaboliche) 10

11 Velocità di reazione ed attività enzimatica Velocità di reazione: quantità di substrato trasformato nel tempo Attività enzimatica: è espressa in base alla velocità della reazione promossa dall enzima: 1 Unità internaz. (IU): quantità di enzima che converte 1 µ mol substrato in 1 min

Rappresentazione grafica delle reazioni enzimatiche 12 v 0 la cinetica è definita di saturazione V max Curva di Michaelis-Menten V max /2 La [enzima] è molto + bassa della [substrato], di 5-6 ordini di grandezza. Quindi è la [E] che limita la Vmax. In queste condizioni l E è completamente saturato dal S. K M [S]

Km alta affinità bassa Km bassa affinità alta 13

Modulazione dell attività dell enzima 14 ph Temperatura Inibizione reversibile ed irreversibile: Competitiva Non-competitiva Incompetitiva Modificazioni allosteriche Modificazioni covalenti

Temperatura e attività enzimatica 15 Per ogni enzima esiste una temperatura ottimale

ph e attività enzimatica 16

17 Coenzimi Piccole molecole organiche, spesso derivate da vitamine Si legano con forte affinità a enzima e substrato Spesso fungono da secondo substrato Determinano la specificità della reazione catalizzata

18 Coenzima di deidrogenasi Nicotinamide Adenina Dinucleotide (NAD + ) Derivato da niacina Trasferisce un H - da/a substrati: lattato + NAD + piruvato + NADH + H + Esiste una forma fosforilata NADP + H -

19 Coenzima di deidrogenasi Derivato da riboflavina (vit. B 6 ) Trasferisce due protoni e 2 elettroni (2H) da/a substrati Esempio: Succinato + FAD Fumarato + FADH 2 Flavina adenina dinucleotide (FAD) Questo FADH 2 entra poi nella catena respiratoria

20 Adenosin trifosfato (ATP) Coenzima delle chinasi, trasferisce un gruppo Pi al substrato Esempio: Glucosio + ATP Glucosio-6-fosfato + ADP In molte chinasi, il substrato vero è Mg-ATP

21 Coenzima A Trasportatore e attivatore di gruppi acilici (acidi grassi) e di acetato Abbreviazione CoA-SH oppure CoA

22 Metalli di transizione (Fe, Zn, Cu, Mn ) Cofattori più che coenzimi Presenti in 2/3 degli enzimi Agiscono come stabilizzatori della proteina e come donatori/accettori di elettroni

Inibizione enzimatica 23 Reversibile Competitiva Non competitiva Irreversibile

24 Inibitori irreversibili DIFP, esteri fosforici (Parathion), gas nervini (Sarin) inibiscono gli enzimi contenenti serina nel sito attivo (acetilcolinesterasi)

25 Inibizione competitiva e non-competitiva Competitiva: S e I si legano al sito attivo, EI è inattivo Non-competitiva: Quando E lega I, cambia la conformazione e diventa inattivo

26 Esempi di inibizione enzimatica competitiva CH 3 OH CH 3 -CH 2 OH Metanolo Etanolo

27 Inibitori come farmaci: i sulfamidici Inibitori come farmaci: i sulfamidici

28 Esempi di inibizione enzimatica competitiva Metotrexato o antifolato, antileucemico che rallenta la biosintesi di purine e pirimidine

29 Esempi di inibizione enzimatica competitiva Substrati suicidi o antimetaboliti, prevengono la reazione col substrato e/o disattivano l enzima Penicillina inibisce transpeptidasi che stabilizza le membrane batteriche

30 Esempi di inibizione non-competitiva Molti veleni e composti mercuriali (reagiscono con -SH dei residui di Cys) Cianuro, reagisce con gli ioni metallici degli enzimi della catena respiratoria

La > parte degli enzimi ha la tipica cinetica iperbolica di Michaelis 31 Alcuni però hanno una cinetica sigmoidale anziché iperbolica, un modulatore positivo può poi modificarla in iperbolica, abbassandone la Km o a volte alzando la Vmax mentre un modulatore negativo può abbassare la curva, aumentando il valore della Km o calando la Vmax. Vo + - [S] CINETICA SIGMOIDALE in certi intervalli di [S] curva + ripida, la V aumenta + rapidamente con piccoli aumenti della [S], rispetto all intervallo di [S] precedente. In questo caso IL LEGAME SI DICE COOPERATIVO Questo tipo di enzimi appartiene alla classe degli ENZIMI REGOLATORI Sono anche chiamati ENZIMI ALLOSTERICI, XCHÈ OLTRE AL SITO ATTIVO VI È UN SITO REGOLATORE. Il legame di un ligando a questo sito regolatore modifica le proprietà del sito attivo, x es. inducendo modifiche conformazionali.

32 Modello di enzima allosterico: effetto negativo S Gli inibitori a volte sono regolatori fisiologici Sito attivo X S I

33 Modello di enzima allosterico: effetto positivo a volte sono invece attivatori S X S A

Modificazione covalente: taglio di un legame 34 Regolazione dell attività enzimatica mediante proteolisi Attivazione di zimogeni <>

zimogeni 35 Attivazioni proteolitiche: gli enzimi digestivi

Regolazione dell attività enzimatica: Modificazioni covalenti degli enzimi, formazione di un nuovo legame 36 La fosforilazione AUMENTA l attività di alcuni enzimi La fosforilazione DIMINUISCE l attività di altri enzimi

37 La fosforilazione è la regolazione covalente più comune ma ve ne sono altre: acetilazioni, glicosilazioni, attacco di lipidi o addirittura piccole proteine come l ubiquitina, che segnala che la proteina è da demolire (all interno del proteasoma, grosso complesso proteico)

Enzimi del plasma 38 Specifici del plasma, con un ruolo ben definito (es: enzimi della coagulazione) Specifici di un tessuto, si ritrovano nel plasma solo in seguito alla lesione di quel tessuto Significato della presenza di enzimi intracellulari nel plasma Aumento del turnover cellulare anche nella crescita Proliferazione cellulare (neoplasia) Aumento di sintesi enzimatica (induzione) Ostruzione della secrezione Diminuzione della eliminazione (clearance)

Infarto miocardico 39