Gli Enzimi

Caratteristiche generali

1. sono proteine: struttura terziaria e quaternaria T strutture globulari;
2. sono catalizzatori;
3. furono scoperti nella metà dell''800:

- nomenclatura -ina (es:ptialina) T indicazione che sono proteine;

- nomenclatura -asi T indicazione che sono enzimi e del substrato in cui agiscono;

- 1961-classificazione IUPAC (o IUB): 6 classi:- ossidoreduttasi

- transferasi

- idrolasi

- liasi sottoclasse sotto-sotto classe

- isomerasi

- ligasi

2. Sono catalizzatori biologici:

biologici perchè operano all'interno delle cellule;

catalizzatori perchè: - usati in piccola quantità;

inalterati;

non modificano l'equilibrio;

specifici (in modo assoluto o relativo).

Enzimi ed Energia di attivazione E_att (perchè gli enzimi sono in grado di abbassare l'E_att?)

Come avviene una reazione chimica?

Servono tre condizioni: a) urto;

b) urto con energia; E_att T Urto efficace

c) urto con giusto orientamento.

L'E_att condiziona la velocità di una reazione[1]

È possibile aumentare la velocità di reazione? (dare subito E_att?)

Due modi: - aumentando la temperatura (in laboratorio, non possibile nelle cellule);

- usando catalizzatori.

N.B.: il termine "abbassare l'E_att" non significa ridurre numericamente il valore dell'E_att, ma proporre alla reazione un percorso alternativo, in cui si realizzano più tappe, ognuna con una E_att più bassa.

T E + S ES EP E + P.

Modelli per il comportamento enzimatico

Def. di sito attivo (non è implicato tutto l'enzima).

Modello a chiave-serratura di Fischer (superato);

Modello ad adattamento indotto (o del guanto).

Fattori che influenzano le reazioni catalizzate dagli enzimi

Concentrazione del substrato: aumentando la concentrazione del substrato [S], aumenta la velocità di reazione V₀ in modo lineare fino ad una determinata concentrazione, oltre la quale V₀ rimane costante T si arriva alla velocità massimale (o di saturazione) V_max, in cui tutti i siti attivi degli enzimi sono saturati (V₀=V_max ).

Equazione di Michaelis-Menten:

,

dove K_m rappresenta la concentrazione del substrato alla quale corrisponde la metà della velocità massimale: ; la K_m indica l'affinità tra il substrato e l'enzima: una K_m grande indica una bassa affinità (ci vuole tanto substrato per ottenere V_max), una K_m bassa indica una buona affinità (basta poco substrato per ottenere V_max).

N.B.: Km è una concentrazione di substrato Posto V0 = ½ Vmax, si ha: Km + [S] = 2[S], quindi che Km = [S]	V0 Vmax ½ Vmax Km [S]

Concentrazione dell'enzima

L'Unità Internazionale (UI) è la quantità di enzima che serve a trasformare 1 mM di reagente in prodotto in 1 minuto, a 25°C ed a pH ottimale per l'enzima.

Concentrazione dei cofattori

Def: per cofattore si intende una molecola, o ione metallico, che interagisce con un enzima e ne caratterizza la funzionalità biologica.

N.B.: i cofattori non sono molecole proteiche.

Due tipi di cofattori:

attivatori: cofattore inorganico (Fe, Mg);

coenzimi: cofattori organici (NAD, FADH).

Un oloenzima è un complesso enzima-cofattore (complesso attivo).

Un apoenzima è la porzione proteica di un oloenzima.

Concentrazione degli inibitori enzimatici

Gli inibitori enzimatici sono di due tipi:

reversibili, quando agiscono con modalità che consentono all'enzima di recuperare, in opportune condizioni, la propria funzionalità biologica;

irreversibili, quando si legano in maniera irreversibile, mediante un legame covalente, ad un residuo di amminoacido presente nel sito attivo (Es: gas nervini).

Gli inibitori irreversibili sono di tre tipi:

inibitori competitivi: sono gli inibitori che hanno una forma simile a quella del substrato; in questo caso l'inibitore si lega reversibilmente al sito attivo dell'enzima (k_m aumenta, mentre V_max rimane costante) (Es. sulfamidici, come il PABA);

inibitori non competitivi: quando l'inibitore si lega reversibilmente ad un radicale amminoacidico dell'enzima in un sito diverso dal sito attivo (k_m rimane costante, mentre V_max diminuisce) (Es.: cianuro);

inibitori incompetitivi: quando l'inibitore si lega reversibilmente al complesso enzima-substrato durante il processo catalitico (k_m aumenta, mentre V_max diminuisce).

Def.: il numero di turnover indica il numero di molecole di substrato che una singola molecola di enzima riesce a trasformare in un secondo.

Effetto della temperatura: l'aumento della temperatura provoca, oltre i 60 °C modificazioni irreversibili alle molecole enzimatiche (denaturazione), essendo le proteine termolabili

Il limite di sopportazione degli enzimi umani è di 45-50 °C.

Tre processi:

Pastorizzazione (t° = 70-80 °C): inattiva gli enzimi dei microorganismi patogeni;

Sterilizzazione (t° > 120 °C): distrugge qualunque attività enzimatica;

Surgelazione (t° < 22 °C): rallenta l'attività enzimatica (reversibile).

Effetto del pH

Def.: il pH ottimale è il valore di pH a cui un enzima è più efficiente.

Se non vi è una condizione di pH ottimale, la velocità di reazione varia, per:

diminuzione della capacità di legame enzima-substrato dovuto alla repulsione delle molecole di medesima carica;

uno stato di ionizzazione non adeguato per i gruppi del sito attivo;

denaturazione dell'enzima.