ENZIMI

Gli enzimi sono i catalizzatori dei processi biologici.

Possono essere proteine globulari oppure acidi nucleici (ribozimi)

Sono in grado di aumentare la velocità dei processi catalizzati fino a 1015 volte.

Sono molto specifici per un particolare substrato o classe di substrati

SPECIFICITA’

• assoluta (un solo substrato)• di gruppo (catalizza la reazione di uno specifico gruppo

funzionale)• di legame (catalizza la formazione o rottura di un solo tipo

di legame, es. peptidico)• stereochimica (distingue un enantiomero dall’altro di una

stessa molecola)

MODELLO DELL’ ADATTAMENTO INDOTTO

Il sito attivo non è rigido eperfettamente complementare allaforma del substrato (modellochiave-serratura), il che renderebbeenergeticamente non conveniente latrasformazione del substrato, maviene modificato dall’interazionecon il substrato.

OSSIDOREDUTTASI reazioni di ossidoriduzione

TRANSFERASI reazioni di trasferimento di gruppi funzionali

IDROLASI reazioni di idrolisi

LIASI reazioni di rottura di legami attraverso processi diversi da ossidazione e idrolisi

ISOMERASI reazioni di isomerizzazione

LIGASI (SINTETASI) reazioni di formazione o rottura di legami C-C, C-S, C-O, C-N.

Un enzima (oloenzima) è costituito dalla parte proteica (apoenzima) e da cofattori organici (coenzimi) o inorganici (ioni metallici).

Il substrato S si lega al sito attivo dell’enzima formando un complesso ES, che poi reagisce:

E + S ES ES EP E + P

L’enzima, in quanto catalizzatore, agiscefacendo avvenire il processo per una via conenergia di attivazione più bassa. Nessunenzima può catalizzare una reazione nonspontanea, ne’ far formare più prodotto diquanto previsto dalla costante d’equilibrio.

EFFETTO DELLA TEMPERATURA E DEL pH SULL’ATTIVITA’ DI UN ENZIMA

Perché l’enzima agisca, occorre che si trovi nella conformazione corretta. Tale conformazione è stabile entro un certo intervallo di temperatura e di pH.

SATURAZIONE del sito attivo dell’enzima

DIPENDENZA DELLA VELOCITA’ DALLA CONCENTRAZIONE DEL SUBSTRATO

CINETICA ENZIMATICA

E + S ES E + Pk1

k-1

k2 v0 = k2 [ES]

[Etot] = [E] + [ES]

La velocità di formazione del complesso ES è data da vform = k1 [E] [S]

mentre la sua velocità di decomposizione risulta da vdiss = k-1 [ES] + k2 [ES]

Ipotesi dello stato stazionario: a regime si può supporre [ES] = costante, ossia vform = vdiss. In tal caso:

k1 [E] [S] = (k-1 + k2) [ES]

k1 [E] [S] = (k-1 + k2) [ES] ma [Etot] = [E] + [ES] e quindi sostituendo [E] = [Etot] – [ES]

k1 [S] ([Etot] – [ES]) = (k-1 + k2) [ES] da cui si può ricavare [ES] che risulta:

[ES] = ����

[�]

k−1 + k2k1

�[�]

Il terminek−1 + k2

k1= KM è detto COSTANTE DI MICHAELIS-MENTEN, e rappresenta

l’affinità dell’enzima per il suo substrato

e dato che, come si era detto, v0 = k2 [ES], si ha che

v0 = k2[Etot] [S]KM

+ [S]

Quando [Etot] = [ES] l’enzima è saturo (non è presente enzima libero) e quindi v = vmax. Se ne ricava l’EQUAZIONE DI MICHAELIS-MENTEN:

v0 = vmax [S]KM

+ [S]

EQUAZIONE DEI DOPPI RECIPROCI O DI LINEWEAVER-BURK

v0 = vmax [S]KM

+ [S]

�

��= ���[�]

����[�]

�

��=

��

����[�]+

[�]

����[�]

�

��=

��

����[�]+

�

����

INTERCETTA

INTERCETTA

PENDENZA

ENZIMI ALLOSTERICI

Sono enzimi che hanno più di un sito di legame. Legandosi a piccole molecole dette effettori, questi enzimi cambiano la loro conformazione diventando più attivi (allosterismo positivo) oppure inattivi (allosterismo negativo) rispetto alla reazione che devono catalizzare. Il secondo caso comprende l’inibizione a feedback, in cui una via metabolica come la seguente:

A B C D E F

dove ogni passaggio è catalizzato da un diverso enzima, può essere soppressa quando lacellula disponga di una sufficiente quantità del prodotto F. Tale prodotto costituisceinfatti un effettore negativo per l’enzima che catalizza la prima reazione, A B. In talmodo si evita di sprecare risorse per produrre un metabolita non necessario. Quando laconcentrazione di F diminuisce, questo si dissocia dal sito di legame sull’enzimariattivando la via metabolica.

INIBIZIONE REVERSIBILEIRREVERSIBILE

INIBIZIONE REVERSIBILE

COMPETITIVAACOMPETITIVANON COMPETITIVA

INIBIZIONE REVERSIBILE COMPETITIVA

L’inibitore è un analogo strutturale del substratoL’inibizione dipende dalla concentrazione relativa di S e di IQuindi vmax resta costante (basta che ci sia abbastanza S da saturare l’enzima) mentre KM aumenta (aumenta il valore di [S] per il quale v = ½ vmax.)

INIBIZIONE REVERSIBILE ACOMPETITIVA L’inibitore si lega al complesso substrato-enzima rendendolo inattivo.vmax diminuisce, dato che [ES] < [ETOT]KM diminuisce, in quanto l’equilibrio di formazione di ES viene spostato a destra dalla sottrazione di ES per reazione con I

nell’inibizione mista l’inibitore si può legare sia a E, formando EI, sia a ES, formando ESI. vmax diminuisce mentre KM resta uguale.

INIBIZIONE REVERSIBILE NON COMPETITIVA O MISTA