ENZIME studenti

8/15/2019 ENZIME studenti

1/32

NZIM


2/32

Proteine globulare care catalizează reacţiile biologice → desfăşurarea proceselor chimicenecesare vieţii

Definitie:


3/32

Nomenclatură şi clasificare

a) denumire uzuală - nu indică tipul reacţiei catalizate

(pepsină, tripsină etc.)

b) pentru enzimele care catalizează reacţii de hidroliză:numele substratului + sufixul “ază” (peptidază; urează;fosfatază)

c) numele substratului urmat de cel al reacţiei catalizate +“ază” (malat dehidrogenază, lactat dehidrogenază etc.)

d) în 1961 - clasificare şi nomenclatură sistematică: 6

clase - subclase - sub-subclase

* număr de cod din 4 cifre -EC abcd- , unde a = clasa, b = subclasa, c = sub-subclasa, d = numărul de ordine alenzimei în sub-subclasă


4/32

1. OXIDO-REDUCTAZE – catalizează reacţii de oxido-reducere

2. TRANSFERAZE – catalizează transferul unor grupefuncţionale

3. HIDROLAZE – catalizează reacţii de scindare a unorlegături cu ajutorul apei

4. LIAZE (SINTAZE ) – catalizează reacţii de adiţie sau deeliminare

5. IZOMERAZE – catalizează reacţii de izomerizare

6. LIGAZE (SINTETAZE ) – catalizează reacţii de sinteză princondensarea a două molecule, simultan cu hidroliza uneilegături fosforice din ATP sau din alt compus macroergic


5/32

Exemplu:

lactat dehidrogenaza:

EC 1.1.1.27

1 – clasa: oxido-reductaze;1 – subclasa: oxido-

reductaze ce acţionează asupra substraturilor de tip

R2CH-OH;

1 – sub-subclasa: acceptorulde hidrogen este NAD+ sau

NADP+;

27 – numărul de ordine alenzimei


6/32

Proprietăţile enzimelor

- se regăsesc neschimbate la sfârşitul reacţiilor

- nu modifică echilibrul reacţiilor - permit atingerea lui într-un timp foarte scurt, mărind vitezele ambelor reacţii

- nu modifică termodinamica reacţiilor catalizând numaireacţii termodinamic posibile

- sunt de natură proteică

- eficienţă catalitică f.mare: cresc foarte mult

vitezele reacţiilorbiochimice prin

micşorarea energiilor deactivare ale acestora =>

timpi de reacţie foartemici (ps = 10-12s)


7/32

Ex: * hidratarea CO2 - viteză de 36 milioanemolecule/min.

* descompunerea apei oxigenate: - fără catalizator: 18Kcal/mol;- în prezenţă de Pt coloidală: 11,7 Kcal/mol;- în prezenţa enzimei catalază: 2 Kcal/mol


8/32

- specificitate: faţă de reacţie şi faţă de substrat ← absoluta,relativa de grup, larga; specificitate stereochimica

-evită formarea produşilor secundari de reacţie (datorită eficienţei catalitice şi a specificităţii ridicate)- permit atingerea unor randamente de 100%

- acţionează în concentraţii foarte mici (cca 10-6 moli)- acţionează în condiţii blânde de temperatură

(~ 37 C) şi la pH neutru

- activitatea reglată şiautoreglată: viteza reacţiilorbiochimice este controlată de

necesarul celulei, cantitateade produşi este controlatăprin reglarea acţiuniienzimelor


9/32

Centrul act iv

* regiune restransa din molecula enzimei in care se desfasoara

actiunea catalitica - geometrie tridimensionala variata fctie de

natura si pozitia AA componenti

*legarea substratului - situs/centru de legare

*cataliza (transformarea chimică) – situs/centru catalitic

* formarea centrului activ posibila datorita conformatiei native a

moleculei proteice care prin infasurari si plieri specifice aduce

in pozitii apropiate spatial anumite grupari chimice ale unor

aminoacizi distantati ca structura primara => interactiunea AA

Ex : Tripsina: Hys 57 (ciclul imidazolic), Ser 195 (OH), Asp 102 (COO-)


10/32

Enzime alosterice → situs alosteric – legarea unorefectori enzimatici – influenţează activitatea situsuluicatalitic (prin modificarea conformatiei)=> activatori sau

inhibitori


11/32

Proprietăţile situsului catalitic

* este localizat în porţiunea internă, hidrofobă a moleculei proteice→ există condiţii favorabile pentru transferul de electroni, de protoni saude grupe chimice între enzimă şi substrat

* are o geometrie spaţială perfect ordonată *este alcătuit dintr-un număr mic de resturi de aminoacizi ce

contin grupe functionale reactive


12/32

• resturile de aminoacizi includ grupe funcţionale active:-OH (Ser, Tyr), -NH2 (Lys, Arg), -SH (Cys), -COOH (Glu, Asp),

ciclu imidazolic (Hys) etc. → participă la legarea substratuluila enzimă şi la procesul chimic (ruperea legăturilor chimicedin substrat si formarea legaturilor din produsi)


13/32

Tipuri de interacţiune situs – substrat: interacţii hidrofobe(chimotripsină), interacţii ionice (tripsină)


14/32

Proprietăţile substratului:poate forma cu enzima un complex activat (instabil)

→ produs de reacţie

E + S (ES) E + P

-satisface necesitatea de specificitate a enzimei prin anumite

particularităţi structurale


15/32

- conformaţie bine definită care-i permite accesul la centrulactiv al enzimei

=> manifestăcomplementaritatestructurală şiconformaţională cucentrul activ al enzimei

→ cel puţin trei punctede interacţiune specifică

- se asociază cu enzimape baza unei orientări

strict specifice care-ipermite pătrunderea încentrul activ


16/32

Enzimele: acţionează singure => apoenzime, sau înprezenţa unor cofactori (se formează un complex catalitic

activ) => holoenzime


17/32

Cofactori (f. de natura chimica si modul de legare la apoenzima)

- coenzime: molecule organice de dimensiuni mici, de obicei legate

slab co-substrate (ex . coenzimele reacţiilor de oxido-reducere sunt şi acceptoarele / donoarele de hidrogen: NAD+/NADH (Niacina = vit B3),

FMN/FMNH2 (Riboflavina = vit.B2), FAD+/FADH2 (vit.B2)


18/32

- grupări prostetice: cofactori strâns legaţi de molecula apoenzimeiprin legături covalente; rol important in exercitarea functiilorbiologice (ex: hemul – componentă a citocromilor)

- ioni metalici: Zn2+, Fe2+, Mg2+, Cu2+, Ni2+ etc. (mijloc de legare a

substratului sau activatori)


19/32

Organizarea structurală a enzimelor

* monomer – M < 30 000 D (ex: tripsina, ribonucleaza)

* oligomeri – 2-6 resturi polipeptidice asociate; M > 30 000 D (ex:alcooldehidrogenaza = 4 protomeri)

* izoenzime (izozime) – forme ale aceleeasi enzime pt. care diferă protomerii şi ţesutul/organul în care acţionează (ex: lactatdehidrogenaza, creatin kinaza)

* sisteme multienzimatice


20/32

Mecanisme implicate în cataliza enzimatică I. Mecanismul “lacăt – cheie ”

- complementaritate structurală perfectă între substrat şi

centrul activ- la reacţiile enzimatice cu specificitate absolută de substrat- legarea prin 3 tipuri de catene: de legatura propriu-zisa, de

orientare sterica si de activare a substratului legat


21/32

II. Mecanismul ajustării indus e

- flexibilitate a conformaţiei centrului activ- cazul enzimelor care în stare liberă nu se află în

conformaţie optimă pentru cataliză - legarea substratului sau a cofactorului → “ajustarea”

centrului activ → geometrie optimă pentru ES


22/32

III. Mecanism pr in cataliză covalentă

- legarea reversibilă a substratului la centrul activ prinlegături covalente (prin intermediul unor grupe funcţionale

nucleofile din aminoacizii ce alcătuiesc situsul)


23/32

Cataliză covalentă – mecanismul catalitic al chimotripsinei:


24/32

Efectori enzimatici - modifică cinetica reacţiilor enzimatice

Inhibi tor i i enzimatici → anularea definitivă sau

temporară a activităţii enzimatice => inhibiţie ireversibilă sauinhibiţie reversibilă

Inhibiţia reversibilă: - nu modifică structuramoleculară a enzimei;

- competitivă- incompetitivă- necompetitivă


25/32

a) Inhibiţia reversibilă competitivă - inhibitoricompetitivi = substanţe cu analogie structurală cu

substratul => manifestă afinitate pentru centrul activ alenzimelor => competiţie pentru ocuparea situsuluicatalitic al enzimei

- creşterea concentraţiei de substrat conduce laanularea inhibiţiei => viteza maximă a reacţiei nu se

modifică


26/32

Exemple:

• acidul malonic (malonatul) -

inhibitor competitiv cu acidul succinic(succinatul) în reacţia dedehidrogenare a acestuia la acid

fumaric

COOH

NH2

SO2 NH2

NH2

C O

NH CH

COOH

CH2 CH2 COOH

NH CH2

N

N N

N NH2

OHH

H

Acid p-aminobenzoic

p-Aminobenzensulfonamida

Acid tetrahidrofolic (FH4)• sulfonamidele (sulfamidele): p-aminobenzensulfonamida -

inhibitor competitiv cu acidul p-aminobenzoic (necesar

biosintezei coenzimei FH4)


27/32

b) Inhibiţia reversibilă incompetitivă - inhibitorul incompetitiv sefixeazǎ numai la complexul enzimǎ-substrat

=> complexul ESI este inactiv

=> viteza reacţiei nu se apropie niciodatǎ de viteza maximǎ


28/32

c) Inhibiţia reversibilă necompetitivă - inhibitori (necompetitivi) -nu prezintǎ analogie structuralǎ cu substratul – se fixeaza fie la

enzimǎ, fie la complexul

enzimǎ-substrat => scade concentratia de

enzima activa

=>viteza maximǎ a reacţiei este diminuatǎ

Exemplu: enzimele care au

drept cofactori metale grele

(ioni) – inhibate necompetitiv deEDTA


29/32


30/32

Inhibiţia ireversibilă - inhibitori ireversibili - formeazǎ legǎturi covalente cu anumite grupe funcţionale ale enzimelor esenţiale

pentru activitatea cataliticǎ => enzima devine inactivǎ - prin îndepǎrtarea inhibitorului enzima nu îşi mai recapǎtǎ

funcţia cataliticǎ - util în identificarea grupelor funcţionale cu rolcatalitic din situsul activ al enzimelor


31/32


32/32

Zimogeni

* precursori ai enzimelor inactivi faţǎ de substraturilespecifice enzimelor respective stabili; numai în celulele

secretoare (feriţi de acţiunea enzimelor proteolitice)* sunt transformaţi enzimatic ireversibil în formele active

prin hidroliza selectivǎ a unor legǎturi peptidice dinmoleculǎ

Exemple:

pepsinogenul, tripsinogenul şi

chimotripsinogenul, protrombinaetc.

Documents

ENZIME studenti