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Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 1

Classe 3: idrolasi

§ Le idrolasi in maggior parte o non hanno un gruppo prostetico o hanno solo un metallo di transizione( che destabilizza) ? in tutti i casi: favorita l’introduzione dell’acqua come reagente.§ Sono reazioni di pseudoprimordine

(attività dell’acqua è sempre molto più alta di quella dei prodotti).


Funzionalmente le idrolasi si possono classificare:

+ ExtracellulariIdrolasi ¦

+ Endocellulari


IDROLASIEXTRACELLULARI-ENDOCELLULARI

§ EXTRACELLULARI : ambiente in cui agiscono molte idrolasi?esocitate in vescicole di plasmalemma; degradazione del mezzo ambiente per assunzione di sostanza semplice (sono riversate al di fuori della cellula). Cellule eucariote specializzate la producono. Es.: cellule dell’apparato digerente.

§ ENDOCELLULARI : vescicole lisosomiali : entrano in funzione quando il lisosoma diventa accessibile al materiale nella cellula o diventa vacuolo digerito o si fonde con strutture endocellulari che vengono poi degradate.


ENDO- E ESO- ENZIMI

+ EndoenzimiIdrolasi ¦

+ Esoenzimi

ENDOENZIMI : endoglicosidasi, endopeptidasi.Aggrediscono la molecola in posizioni lontane dai terminali

ma esposte per la struttura terziaria della molecola polimerica.

ESOENZIMI : attacco a un terminale e poi procedono per esaurimento.


Proenzimi

Molte idrolasi sono prodotte come proenzimiinattivi.

Il proenzima è tale perchè nella sua struttura terziaria un braccio di diversa lunghezza viene a coprire un sito attivo (è un segmento peptidico).

Il passaggio proenzima? enzima attivo per rimozione del braccio (spontanea, per autolisi o catalizzato da altri fattori enzimatici).


ESTERASI

gruppo delle idrolasi? ESTERASI

esteri di:- ac. Carbossilici (? lipidi)

- ac. Fosforico (? composti come fosfolipidi o in acidi nucleici o in composti fosforilati che sono intermedi metabolici)

le esterasi destabilizzano il legame estereo o per semplice protonazione-deprotonazione (R aa che trasferiscono H+ :? pH ideale o gruppi sulfidrilicio più spesso residuo ..... dell’istidina) oppure con metallo di transizione.

C

O

O RR

P

O

O-

-O O-


Meccanismo di azione: protonazione

§ Protonazione : è protonato l’O del legame estereo. La comparsa del catione sull’O promuove una ridistribuzionee- di legame ? interruzione del legame estereo, la comparsa del catione sul C carbossilico su cui si lega l’OH- dell’acqua? addizione d’acqua.

C

O

O RRH

C

O

O+ RR C

+

O

R HO R

OH -


Meccanismo di azione: metallo

§ Metallo : è riconosciuto anche qui l’O del legame estereo.§ ? trasformazione del legame dativo in covalente a spese del legame

fra la componemte acida e quella alcolica e sulla componente acida si ha di nuovo addizione dell’acqua (OH-) del mezzo.

C

O

O RR

Me-Enzima

C+

O

ROH -

O R

Me-Enzima

§Questo vale anche per altri acidi es.?il residuo acido è sempre staccato in forma cationica e su di esso si addizionano gli OH- del mezzo.

P+

O

O-

-OOH -

OH


Lipasi e fosfatasi

§ tra queste estarasi sono importanti le LIPASI che idrolizzano i lipidi liberando alcoli e acili a lunga catena, sono importanti le FOSFATASI (es. Fosfomonoesterasi che staccano R fosforici, questi non si dividono in eso e endoenzimi).


Nucleasi

§ NUCLEASI : scindono legame fosfodiesterei.§ ? endonucleasi§ ? esonucleasi§ Le endonucleasi sono RIBO e DESOSSIRIBONUCLEASI che scindono il

legame fosfodiestereo lontano dai terminali e riconoscono queste posizioni di scissione in base a uno o più basi coinvolte nel legame (es. Endonucleasi di restrizione).

§ Esonucleasi: staccano i nucleotidi partendo da un terminale? a esaurimento staccano un R per volta.

§ Endonucleasi : proenzima? enzima attivo.§ (ribo e desossiribonucleasi sono prodotti come proenzimi con un R peptidico

che copre il sito attivo e che sarà rimosso dall’ambiente esterno? il pH e gli ioni che ne condizionano l’attività (metalli cofattori) promuovono una transizione per cui il frammentocambia, spazialmente, orientamento? maggiore ingombro sterico e si stacca per idrolisi spontanea? adesso si ha enzima attivo che può degradare il substrato che ha a disposizione.


Glicosidasi

§ GLICOSIDASI : agiscono su legami glicosidici§ ? endonucleasi§ ? esonucleasi§ Ci saranno endo ed esoglicosidasi.§ Le ENDO riconoscono solo i polisaccaridi ramificati (quelli di

riserva e che portano delle catene laterali)§ GLICOGENO§ AMILOPECTINA(vegetale)

O

OH

HH

OHOH

HOH

H

OH

O

OH

HH

OHOH

H OH

H

OH

O

OH

HH

OH

H OH

H

OH

O

OH

HH

OH

H OH

H

OO

OH

HH

OH

H OH

H

OHO

OHH

HH

OH

H OH

H

OH

O

HH

HOH

HOH

H

OH

NR R


Polisaccaridi ramificati

§ La struttura non è cosi piatta ma è arrotondata. I legami si hanno fra posizione 6 della catena pricipale e 1 della catena laterale.§ Queste ramificazioni sono molto fitte (ogni 3 o 4 glucosi

delle catene principali), hanno un numero vario di elementi (circa 10).§ Nelle amilopectine le catene laterali hanno fino a 20-30

elementi e sono più radi (ogni 7-8-10 elementi della catena principale).


Meccanica di scissione: protonazione

§ La meccanica di scissione del legame glucosidico? destabilizzazione per protonazione o con un metallo di transizione.

§ • Protonazione § ? è protonato l’O del legame glicosidico§ ? riaggiustamento della distribuzione dei legami dovuto al catione O con

interazione del legame glicosidico e trasferimento del catione sul gruppo glucosidico. Si mette in liberta il residuo alcolico mentre sul gruppo glicosidico si ha addizione di OH- dal mezzo.

HO

+

.

.

H .

.

H1 4

1, 4 α

HO

.

.

H.

.

HOH -

+


Meccanica di scissione: metalloproteine

§ • Metalloproteine§ Es glicosidasi Mn.§ Il Mn si unisce con legame dativo all’O del legame glucosidico. Si ha un

aumento di una delle covalenze del Mn che avviene a spese del legame O-gr glucosidico. Ancora C glucosidico + con addizione di OH-

O

.

.

H .

.

H1 4

Mn-enzima

Mn-Enzima

O

.

.

H.

.

HOH -

+


Endoglicosidasi

§ Se consideriamo le endoglicosilasi (solo sui polisaccaridi ramificati possono agire) ? il riconoscimento del legame è legato a condizioni steriche di interazioni sito attivo e siti accessibili della molecola.§ Solo alcune posizioni vengono riconosciute e quindi scisse.§ Polisaccaridi ramificati (glicogeno o amilopectina)si degradano a

destrine che a loro volta sono attaccate e danno oligosaccaridi ancora con struttura terziaria e poi disaccaridi.§ endoE endoE endoE§ PSrr ? DESTRINE ? OLIGOSACCARIDI ?

DISACCARIDI§ Anche le endoglicosidasi riconoscono specificatamente il legame a-

glicosidici.


Prodotti dell’idrolisi

§ A seconda del punto in cui si ha la scissione possiamo avere alla fine:§ - il maltosio se l’unità disaccaridica riguarda due unità di glucosio legate con

legame 1-4.§ -l’isomaltoso : punto in cui le due unità disaccaridiche sono legate da 1-6.§ ? piccole quantità di maltotrioso ( oligosaccaride) che si realizza quando le

scissioni hanno riguardato 2 glucosi 1-4 più una ramificazione? questa non ha più struttura terziaria e quindi non è più riconosciuta da un endoenzima.

§ N.B. esistono anche a-polisaccaridi a catena lineare, su questi (amilosi) agiscono delle esoglicosidasi

O

OH

HH

OHOH

H OH

H

OH

O

OH

HH

OH

H OH

H

OH

O

OH

HH

OH

H OH

H

OHO

OH

HH

OH

H OH

H

OHO

OHH

HH

OH

H OH

H

OH


Esoglicosidasi

§ Su amilosi : esoenzimi agiscono sulle catene lineari.§ Esoglicosidasi: sito attivo ospita e riconosce il terminale non

riducente? viene riconosciuto e scisso il penultimo legame glicosidico partendo dal terminale non ridotto.§ Scissione con liberazione di maltosio (o per protonazione o con

metallo) via via lungo la catena ad esaurimento.

O

OH

HH

OHOH

H OH

H

OH

O

OHH

HH

OH

H OH

H

OH

OH

O

OH

HH

OH

H OH

H

OHO

OH

HH

OH

H OH

H

OHO

OHH

HH

OH

H OH

H

OH

N.R. N.R.


Glicosidasi

§ Glicosidasi

α-glicosidasi(a-legami)

β-glicosidasi(ß-legami)

α-amilasi(TUTTE LE CELL.)

ßamilasi(PROCARIOTI,FUNGHI alcuni vegetali)

ESOENZIMI(dal N.R. staccano 1 disaccar x volta)

endo (danno disaccaridie polisaccaridi) P.RAMIFICATI

eso P. LINEARI

cellulasi? cellobio

emicellulasi?xiloso+xilosocon ßlegame

jalunoridasi?periodo di ident ac. Uronico 1,3amminomonosacc


ß-glicosidasi

§ I polisaccaridi ß sono a lunga vita: cellulose e emicellulose (vegetali) o mucopolisaccaridi (animali). Sono legati in modo lineare con legami 1,4 o 1,3 . § Le ß-glicosidasi (Nome tecnico: glucanoidrolasi) siccome

sono esoenzimi, riconoscono solo i terminali non riducenti e anch’essi destabilizzano il penultimo legame glucosidicodella catena dal t. N.R.§ ? riconoscono e staccano un periodo di identità

(disaccaridi).


α−glicosidasi

§ α−glicosidasi (soprattutto a-amilasi) possono essere intra o extra. es amilasi del pancreas.


Peptidasi

§ Scindono elettivamente i legami peptidici H

NC

OENDOPEPTIDASI: scissione di grosse molecole attaccate lontano dai terminali

ESOPEPTIDASI: attaccano un terminale (amino- o carbossi- e staccano 1 aa alla volta fino ad esaurimento

Esistono anche le dipeptidasi che scindono i dipeptidi

Le peptidasi possono inoltre essere:• endocellulari (o catepsine) presenti nei lisosomi• esocellulari, secrete in vescicole che si fondono col plasmalemma e vengono esocitate.


Proteasi ad acido aspartico

H

NC

OH

H

NC

O+

His HOOC-GluEnzima

His HOOC-GluEnzima

H+

HNC +

HO

-

His HOOC-GluEnzima

OH-

1° frammento liberato

Asp Asp Asp


Proteasi ad acido aspartico

OH

C +

HO

O

C

HO

+ H+ COOH + NH

Enzima

H O+

C Glu-Enzima

NH. NH-.

OH C +

Glu-Enzima

OH -

H+

OH

O C Glu-Enzima

H+

NH2


Asp Asp Asp


Proteasi a serina

H

NC

O

HOH2C-Ser His Enzima

H+

H

H

N+

C

O H

H

NC +

O

HOH2C-Ser His Enzima


C

O

O CH2-Ser-Enzima

H+


Proteasi a serina

C

O

O CH2-Ser-Enzima

H+H

C

O

O+

CH2-Ser-Enzima

HO CH2-Ser-EnzimaC

+

O

OH -

COOH



Esopeptidasi: Zn-enzimi

H

NC

O

Zn-enzima

H

NC

O

Zn-enzima

+

OH -

H+

COOH H2N

Zn-enzima

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