Curs 1 Enzime Biocataliza Enzimatica Pptx

Semestrul II, 2011-2012

Enzime si bocataliza enzimatica

Subiecte ce vor fi tratate

• Ce sunt enzimele?

• Caracteristici generale ale enzimelor

• Clasificarea enzimelor

• Structura enzimelor

• Specificitatea enzimelor

• Mecanismul catalizei enzimatice

• Cinetica enzimatica

• Nomenclatura enzimelor

• Cofactori (coenzime, grupari prostetice).

Enzime-definitie

Enzimele sunt catalizatori biologici (fermenti)

Enzimele sunt in general proteine cu rol biocatalitic

>100 aminoacizi, >10kDa

Au structura primara, secundara, tertiara, cuaternara

Tehnici: cercetare cristalografica cu raze X, spectrometrie

de masa, fluorescenta, imunotehnici, etc

ARN nuclear cu masa moleculara mica

(ARNsn) =rol catalitic

La eucariote, in urma procesului de transcriere, rezulta un ARNm primar care contine exoni (secvente informationale ce se vor exprima in proteine) si introni (nu vor fi tradusi in proteine). Acest ARNm primar sufera un proces de excizare a intronilor si legare a exonilor numit splicing. Acest proces este catalizat de catre complexe formate din proteine si molecule mici de ARN nuclear (ARNsn) (din engl.small nuclear RNAs (snRNAs)) numite spliceosomes sau structuri ribonucleoproteice cu masa moleculara mica, snSNP (din engl. small nuclear ribonucleoprotein particles). Fiecare complex contine ARN nuclear cu masa mica (ARNsn) format din 100 to 200 nucleotide. In nucleii eucarioti exista 5 tipuri de ARNsn notate cu U1, U2, U4, U5, si U6 implicate in reactiile de excizie a intronilor si legare a exonilor.

ARNsn si proteinele din snSNP sunt inalt conservate la eucariote, de la drojdii la oameni.

Excizarea intronilor si legarea exonilor in ARNm la

eucariote

Aceasta masinarie enzimatica recunoaste situsurile de excizie a intronilor. Intronii in general incep cu GU si se termina cu AG. Aceste secvente sunt semnale pentru procesul de splicing.

ARNm primar

ARNm intermediar

ARNm fara introni

Gruparea 3’OH a guanozinei actioneaza ca o molecula nucleofila atacand fosfatul 5’ la nivelul situsului de excizare

Gruparea 3’OH a exonului dinspre extremitatea 5’ actioneaza ca o molecula nucleofila finalizand excizia intronului


Ce sunt enzimele?

Caracteristici generale ale enzimelor

Clasificarea enzimelor

Structura enzimelor

Specificitatea enzimelor

Mecanismul catalizei enzimatice

Cinetica enzimatica

Nomenclatura enzimelor

Cofactori (coenzime, grupari prostetice).

Diferente dintre enzime si catalizatori chimici:

Enzimele sunt in general proteine

Enzimele au specificitate pentru un substrat

Specificitatea poate fi “ingusta” pentru un singur fel de substrat (ex. D-Glucoza) sau poate fi “larga” pentru o multitudine de substrate (ex. Hexoze)


Diferente dintre enzime si catalizatori chimici:

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.

Cat timp decurge o reactie catalizata enzimatic?


Ce sunt enzimele?



Structura enzimelor



Cinetica enzimatica




2 criterii majore:

Solubilitate

Structura

Dupa solubilitatea (localizarea) enzimelor

Enzime hidrosolubile (ex. Enzimele cu localizare citosolica, lumenala sau matriceala)

Enzime partial hidrosolubile sau insolubile in apa (ex. cu localizare membranara, periferica sau transmembranara)

Ca 2+ ATP-aza

Dupa criteriul structural

2 categorii de enzime:

Enzime numai de natura proteica:

Ex: ribonucleaze, hidrolaze

Enzime alcatuite dintr-o parte proteica si una

neproteica


Ce sunt enzimele?



Structura enzimelor



Cinetica enzimatica



Structura unei enzime

(Holo)enzima (holoferment sau simplex).

Parte proteică (apoenzimă, apoferment sau feron)

Parte neproteica- Cofactor (coenzimă, coferment, sau agon)

Structura unei enzime

Componenta proteică a enzimei - determină caracterul de izoenzimă,

- determină specificitatea de substrat

- dirijează specificitatea de acţiune.

Componenta neproteică - micromoleculară şi termostabilă

- joacă rolul de coenzimă sau grupare prostetica şi este implicată în mecanismul

catalitic.

Structura spaţială a enzimelor

Structura spaţială a enzimelor

Structura primară

Structura secundară

Structura tertiară

Structura cuaternară

Foi beta pliate

Alpa helix

Centrul activ al enzimelor

Centru activ= totalitatea gruparilor chimice din

molecula enzimei care recunosc, leaga specific si

transforma molecula de substrat

Centrul activ al enzimelor

Cuprinde un numar mic de aminoacizi:

catalitici sau de specificitate

Confera specificitate enzimelor pentru

substrat

Are un caracter hidrofob

Interactiunea centru activ substrat

2 modele:

Mecanismul cheie-broasca - Emil Fischer, 1890

Mecanismul potrivirii induse - Daniel E. Koshland,Jr.,

1958

Mecanismul cheie-broasca


Enzima

Situs activ

Substrat

Complex

enzima-substrat

Mecanismul potrivirii induse


Substrat

+

Enzima

Complex

enzima-substrat

Centrul reglator al enzimelor

Este diferit de centrul activ (catalitic) al enzimelor

Leaga moleculele de efectori (nu sunt substrate ale

enzimelor)

Efectorii legati de enzima modifica proprietatile catalitice ale

acesteia


Ce sunt enzimele?



Structura enzimelor



Cinetica enzimatica




Specificitatea enzimelor: - de actiune - de substrat - absoluta 1. Specificitate de actiune Este determinata de partea proteica a enzimei Ex: piridoxalfosfat- coenzima a transaminazelor, decarboxilazelor, liazelor, sintetazelor hemul- grupare prostetica a hemoglobinelor, a peroxidazelor, catalazelor, citocromilor si a oxigenazelor

Capacitatea enzimelor de a cataliza anumite reactii chimice, in care este implicat un anumit tip de compus, uneori numai un singur compus


2. Specificitate de substrat -specificitate de legatura: enzimele

recunosc un anumit tip de legatura chimica Ex: Esterazele recunosc legaturile de tip

esteric -stereospecificitate Ex: L-aminoacid-oxidazele : catalizeaza numai

dezaminarea oxidativa a L-aminoacizilor !!! Subtilizina- proteaza nespecifica ADN polimeraza I

3. Specificitate absoluta: enzimele recunosc un anumit tip de

legatura chimica si un anumit component chimic

Exemplu: Ureaza degradeaza numai ureea

Exemplu: Hexokinaza

- D-glucoza

- 2-18F-dezoxi-D-glucoza –utilizare in tehnici de imagistica


Tomografia prin emisie de positroni engl Positron emission tomography (PET)

aplicatii in diagnosticarea si tratamentul cancerului si a bolilor

inflamatorii

Aorta

Izoformele enzimelor

Izoenzime sau izozime

Sunt enzime localizate în aceeaşi celulă sau în celule diferite,

care îndeplinesc funcţii catalitice identice, dar diferă prin unele

proprietăţi cum ar fi afinitate pentru substrat, termostabilitate,

sarcină electrică etc.

Izoformele LDH

LDH-1 (4H) - in inima

LDH-2 (3H1M) - in sistemul reticuloendotelial

LDH-3 (2H2M) - in plamani

LDH-4 (1H3M) - in rinichi

LDH-5 (4M) - in ficat si muschiul striat

)

Rol in diagnosticul medical indicand distrugeri celulare

Enzime cu dubla localizare

În aceeaşi celulă, dar în compartimente diferite, pot exista enzime cu

aceeaşi specificitate de substrat, dar cu proprietăţi fizice şi chimice

diferite

Enzime biloculare – mitocondriale şi citosolice:

-aspartat-aminotransferaza (GOT)

-malat-dehidrogenaza,

-izocitrat-dehidrogenaza,

--glicerofosfat-dehidrogenaza.

Izoaloenzime

Izoaloenzime= enzime cu origine celulara unica, care

catalizeaza aceeasi reactie cu substratul, in mod diferit

-aspartat-aminotransferaza (GOT)

-glutamat-dehidrogenaza (NAD-dependenta, NADP-dependenta)

-izocitrat-dehidrogenaze (NAD-dependenta, NADP-dependenta)

--glicerofosfat-dehidrogenaza (NAD-dependenta, FAD-dependenta)

Complexe enzimatice Enzimele pot fi organizate in complexe enzimatice atunci cand

produsul unei reactii este rapid preluat si transformat de o alta enzima

Diferite grade de organizare:

Exemple: acid-gras sintetaza cu localizare citosolică. Acest sistem enzimatic, descoperit de Lynen în drojdie, apare ca fiind format din 6 enzime diferite, grupate în jurul unei proteine centrale purtătoare de radical acil. Întregul sistem enzimatic are masa moleculară de 2300 kDa

Complexe multienzimatice: enzime asociate cu ribozomii, enzimele lantului respirator

Documents

Curs 1 Enzime Biocataliza Enzimatica Pptx