Gli enzimi accelerano le reazioni anche di un milione di volte.

1. Gli enzimi accelerano le reazioni anche di un milione di volte. Se non ci fossero gli enzimi la maggior parte delle reazioni dei sistemi biologici procederebbe a velocità non apprezzabili

2. ENZIMICatalizzatori prodotti da cellule viventi ma capaci di agire indipendentemente da esseDeterminano tutti i processi di degradazione, sintesi, trasformazione e conservazione dell’energia nella formazione ed evoluzione della materia vivente.Sono PROTEINEspesso associate ad un metallo o molecola organica

6. Gli enzimi sono altamente specifici sia nei riguardi della reazione catalizzata sia nei riguardi dei substrati

7. Esiste in vasto repertorio chimico dei gruppi funzionali degli aa. Tuttavia essi spesso non riescono a soddisfare i fabbisogni chimici della catalisi. • L’attività catalitica di molti enzimi dipende dalla presenza di piccole molecole, chiamate cofattori, il cui ruolo può essere diverso da enzima ad enzima

8. La proteina enzimatica senza il suo cofattore è detto apoenzima, mentre la sua forma completa e cataliticamente attiva è detta oloenzima. • I cofattori possono essere suddivisi in due gruppi: • piccole molecole organiche dette coenzimi • metalli

9. Il ΔG è utile per comprendere il funzionamento degli enzimi • L’energia libera (G) è una funzione termodinamica che rappresenta una misura dell’energia utile, cioè dell’energia in grado di compiere un lavoro

11. Il ΔG non fornisce informazioni sulla velocità di reazione. • ΔG < 0 non significa che la reazione avviene ad una velocità apprezzabile • Gli enzimi aumentano la velocità ma non influenzano la posizione dell’equilibrio

12. CATALISI⇓legata ai gruppi R degli amminoacidi la cui natura e disposizione residua individua una tasca detta SITO ATTIVO. E’ fondamentale la conformazione nativa della proteina per la sua funzione catalitica.DENATURAZIONE ⇒ MODIFICA STRUTTURA NATIVA ⇒ DISATTIVAZIONE DELL’ENZIMA

13. La formazione del complesso enzima-substrato è la prima tappa nella catalisi enzimatica • Il potere catalitico degli enzimi deriva dalla loro capacità di avvicinare i substrati con un orientamento favorevole e promuovere la formazione di stati di transizione • Gli enzimi formano il complesso enzima-substrato (ES) in una specifica regione detta sito attivo

14. Il sito attivo di un enzima è la regione a cui si lega il substrato E’ costituito da una tasca o fenditura tridimensionale formata da gruppi che derivano da parti diverse della sequenza amminoacidica della proteina Quasi tutti gli enzimi sono costituiti da più di 100 aa Il sito attivo occupa una parte relativamente piccola del volume totale di un enzima

15. Il sito attivo

24. Un enzima complementare al suo substrato potrebbe essere un cattivo enzima. Per poter catalizzare una reazione, un enzima deve essere complementare allo stato di transizione della reazione

25. Meccanismo catalisi enzimatica

26. CATALISI OMOGENEA sub. e cat. nella stessa fase CATALISI ETEROGENEA sub. e cat. in fasi diverse Incremento di velocità 108-1020 volte con eventuale fondamentale intervento di componenti non proteiche (ioni Me o coenzimi). Struttura tridimenzionale dell’E fondamentale per la conoscenza dello stato di transizione e quindi del meccanismo di reazione. SITO ATTIVO = PARTE DELL’ENZIMA IN CONTATTO CON IL SUBSTRATO (zona piccola in confronto alle dimensioni dell’enzima). Modificazioni sito attivo scomparsa attività enzimatica.

27. Struttura primaria e strutture superiori determinate dalla sintesi proteica = predestinazione di una proteina a funzionare da enzima.  PM enzimi = da 12000 a 106 Molecola su cui opera l’enzima = substrato DIMENSIONE ENZIMA » DIMENSIONE SUBSTRATO

28.  Apoenzima(denaturato con cal.) • + • cofattore o gruppo prostetico (stabile al riscaldamento) • ⇓ • Enzima completo (oleoenzima) • Enzimi richiedono cofattori per funzionare che possono essere ioni inorganici (Fe, Mg, Mn, Zn, Mo etc.) o molecole organiche (coenzimi) che possono essere: •   legati debolmente alla proteina •   legati saldamente alla proteina (gruppo prostetico)

29. ATP ⇒ metabolita coezimatico + comune (cosubstrato modificato nella reazione e dissociato) NAD+ e NADP+⇒ coenzimi nucleotidici piridinici associati a deidrogenasi che catalizzano il trasferimento di un H- da un substrato al nucleotide portandolo nella forma ridotta con rilascio di H+ Coenzima A⇒coenzima derivato dall’acido pantotenico è coinvolto nel trasferimento di gruppi acilici CH3CO- Altri coenzimi sono: Biotina, Acido Lipoico, vitamine A, D, E e K.

30. Idrolizzano il legame peptitico e glicosidico

31. Enzimi identificati da 4 numeri:1.   Appartenenti a una delle classi relative alla reazione catalizzata2.   Appartenenza ad una sottoclasse3.   Appartenenza ad una sottosottoclasse4. Posizione progressiva nella sottosottoclasse

32. EsempioATP + glucosio = ADP + glucosio-6-fosfatoCatalizzatore esochinasi (nome comune) o ATP-glucofosfotransferasi (catalizza il trasferimento del P da ATP a glucosio). Numero dell’enzima 2.7.1.1.2. classe delle transferasi7. sottoclasse fosfotransferasi1.   sottosottoclasse fosfotransferasi con OH come gruppo accettore1.glucosio come accettore del gruppo fosforico.

33. Enzima Chirale riesce a distinguere tra gruppi della molecola stericamente non equivalenti. • Risulta perciò altamente specifico e distingue due diversi stereoisomeri o nella reazione con un centro Pro-chirale genera uno solo dei possibili isomeri (geometrici o ottici) • SPECIFICITA’ DEGLI EMZIMI • Un enzima può avere diversi gradi di specificità: • Specificità che tiene conto del legame (specificità di legame, Bassa specificità) • Specificità che tiene conto di una parte della molecola (specificità di gruppo) • Specificità che richiede le due parti della molecola ed il legame che le unisce (specificità assoluta).

34. Es. • A-B + H2O = AOH + BH • la natura di A e B non è importante • A o B devono essere determinate • A e B devono essere del tipo appropriato. • Maltasi: catalizza l’idrolisi del maltosio ma essa può operare sugli a-glucosidi cioè sul glucosio legato con legame a-glucosidico ad un altro zucchero qualsiasi (specificità di gruppo).

35. Meccanismo reazione enzimatica • Catalisi per abbassamento Ea per stabilizzazione chimica del complesso attivato e/o + corretto orientamento geometrico per la formazione del complesso attivato • E con S forma ES ad energia + bassa in un equilibrio non alterato, riuscendo a discriminare tra parecchi substrati (specificità) in competizione per il S.A. nel quale ci sono gruppi funzionali che: • Reagiscono temporaneamente con S • Predispongono S a formare P

36. I gruppi catalitici di E interagendo con S lo preparano (attivano) alla reazione abbassando Ea. • Tra substrato-enzima si forma il complesso ES la cui energia di legame serve per: • ridurre l’entropia (avvicinamento e orientamento substrato) • desolvatare il substrato • indurre binding produttivo o adattamento indotto Dall’energia del legame E-S dipendono la catalisi e la specificità.

37. Desolvatazione

38. DIVERSI TIPI DI CATALISI Catalisi acido base specifica se dovuta a H+ o OH- o generale se dovuta a gruppi accettori o donatori di protoni (sulle catene laterali degli a.a. e più comune al pH 7 della cellula) Catalisi covalente mediante formazione di un complesso attivato stabile per la formazione di legami covalenti tra E ed S.

40. Cinetica Enzimatica La velocità iniziale di una reazione aumenta quasi linearmente all'aumentare della concentrazione di substrato. Vo La velocità è direttamente proporzionale alla concentrazione del substrato e la reazione è di primo ordine V = k [S] [S]

41. Vmax Cinetica Enzimatica La proporzionalità fra V e [S] progressivamente diminuisce. V La velocità iniziale diventa indipendente dalla [substrato] e la reazione è di ordine zero rispetto al substrato. [S]

42. Il complesso ES è la chiave per comprendere la cinetica enzimatica E + S ES ES K1 K2 K-1 K-2 E +P La seconda reazione è più lenta e quindi limita la velocità globale. In qualsiasi istante l’enzima è presente nella forma libera e in quella combinata. Quando la [S] è bassa, l’enzima sarà per lo più nella forma libera. Quindi via via che [S] tende ad aumentare viene favorita la formazione di ES.

43. La velocità iniziale massima della reazione (Vmax) si osserva quando tutto l’enzima è presente sotto forma di complesso ES. • Questa condizione, però, esiste solo quando [S] è elevata. L’effetto saturante del substrato è una proprietà caratteristica degli enzimi responsabile dell’appiattimento della curva.

44. E +S ES E +P • La velocità di catalisi Vo, definita come moli di prodotto formate al secondo, viene determinata dalla demolizione di ES per dare origine a P, quindi • Vo = K2[ES] K1 K2 K-1

45. Alla fine Vo = Vmax [S] Vmax [S] Km + S Km + S Equazione di Michaelis-Menten dove: costante di Michaelis-Menten Quando Vo= 1/2Vmax = Vmax 2

46. Dividendo per Vmax si ha: [S] 1 = 2 Km +[S] Risolvendo per Km abbiamo Km+[S] = 2S Oppure Km=[S] quando Vo=1/2 Vmax Quindi Km è equivalente alla concentrazione del substrato a cui Vo è metà della Vmax Vmax e Km possono variare considerevolmente passando da un enzima all’altro. Sono parametri calcolabili sperimentalmente

47. Grafico di Michaelis-Menten

48. Significato delle costanti cinetiche • Lo studio della cinetica enzimatica è importante per vari motivi: • Aiutano a comprendere come lavorano gli enzimi • Aiutano a comprendere come lavorano in vivo: le costanti cinetiche Km e Vmax, sono di estrema importanza per capire come gli enzimi si coordinano tra loro a livello metabolico • Permettono confronti tra organi e tra specie • Possono essere usate a scopo clinico-diagnostico

49. Andamento cinetico

50. Vmax Cinetica Enzimatica Vo=Vmax V ½ Vmax Km [S]