Gli enzimi

GLI ENZIMI

Gli enzimi sono proteine con masse molecolari che variano da 12000   a oltre un milione. Alcuni enzimi non hanno bisogno per la loro attività di altri gruppi chimici se non dei loro residui amminoacidici. Altri invece hanno bisogno di componenti chimici addizionali chiamati cofattori. Il cofattore può essere sia uno che più ioni inorganici, come Fe, oppure complesse molecole organiche o metallorganiche, chiamate coenzimi. Un coenzima o uno ione metallico legato covalentemente alla proteina enzimatica viene detto gruppo prostetico. Un enzima cataliticamente attivo con tutti i suoi coenzimi o ioni metallici va sotto il nome di oloenzima.

Gli enzimi sono classificati in base alle reazioni che catalizzano. Gli enzimi hanno nomi che derivano da quello del loro substrato o da una parola o frase che descrive la loro attività, a cui viene aggiunto il suffisso "-asi". Per convenzione internazionale è stato adottato un sistema di nomenclatura e di classificazione degli enzimi, questo sistema divide gli enzimi in sei classi principali, ognuna suddivisa in sottoclassi in base al tipo di reazione chimica catalizzata.

Ossidoreduttasi: trasferimento di elettroni;

Transferasi: reazioni di trasferimento di gruppi chimici;

Idrolasi: reazioni di idrolisi;

Liasi: addizione di gruppi a legami doppi o formazione di doppi legami mediante rimozione di gruppi;

Isomerasi: trasferimento di gruppi all'interno di molecole formando isomeri;

Ligasi: formazione di legami c-c, c-s, c-o, c-n, mediante reazioni di condensazione accoppiata alla scissione di ATP.

Un enzima accelera una reazione generando un ambiente specifico in cui quella reazione è energeticamente favorita. Una caratteristica delle reazioni catalizzate dagli enzimi è proprio quella di avvenire all'interno dei confini di una tasca dell'enzima, chiamata sito attivo. La molecola che di lega all'enzima e su cui l'enzima agisce è il substrato. Il sito attivo è complementare alla forma di transizione del substrato su cui agisce. La funzione di un catalizzatore è di aumentare la velocità di una reazione. I catalizzatori non modificano però gli equilibri delle reazioni. Ciò significa che la di per se è in grado di compiere la reazione senza alcun aiuto, sfruttando la propria energia di attivazione. La velocità di una reazione dipende da questa energia di attivazione, un'elevata energia di attivazione corrisponde a una bassa velocità della reazione. Quindi, il compito dell'enzima è di aumentare la velocità della reazione. Il catalizzatore riesce ad aumentare la velocità abbassando il livello dell'energia di attivazione.

Cooperazione tra enzima e substrato avviene grazie hai gruppi funzionali catalitici dell'enzima che interagiscono contemporaneamente con il substrato e lo preparano alla reazione. Questi gruppi sono in grado di abbassare l'energia di attivazione generando una via della reazione a bassa energia. L'energia richiesta per abbassare l'energia di attivazione deriva in genere da interazioni deboli non covalenti che si formano tra il substrato e l'enzima. La formazione di ogni interazione debole nel complesso ES accompagna un piccolo rilascio di energia libera che determina il grado di stabilità dell'interazione. L'energia liberata delle interazioni enzima-substrato viene detta energia di legame. Possiamo dire quindi, che l'energia di legame è la fonte principale di energia libera usata dall'enzima per abbassare l'energia di attivazione della reazione.

La stessa energia di legame che fornisce l'energia per la catalisi rende gli enzimi anche specifici. La specificità si riferisce alla capacità di un enzima di discriminare tra composti simili, ma allo stesso tempo chimicamente diversi. L'energia di legame che coinvolge le interazioni deboli che formano soltanto allo stato di transizione aiuta a compensare termodinamicamente qualsiasi stiramento o distorsione cui può andare incontro il substrato durante la reazione. Anche l'enzima può subire una modificazione della sua conformazione quando lega il substrato, questo fenomeno viene detto adattamento e serve a portare i gruppi funzionali specifici dell'enzima nell'orientamento corretto necessario per la catalisi della reazione.

Gli enzimi possono essere inibiti reversibilmente o irreversibilmente. Vi sono due grandi classi di inibitori enzimatici: quelli reversibili e quelli irreversibili. Un tipo comune di inibizione reversibile viene detta competitiva. Un inibitore competitivo "compete" con il substrato per il legame al sito attivo di un enzima e la reazione non può avvenire se si lega l'inibitore.

Quando l'inibitore occupa il sito attivo dell'enzima, impedisce il legame con il substrato. Poiché l'inibitore si lega reversibilmente all'enzima, la competizione può essere spostata a favore del substrato semplicemente aggiungendo altro substrato.

Un inibitore non competitivo si lega a un sito distinto da quello che lega il substrato e non interferisce quindi con il legame del substrato. Quando si lega l'inibitore, l'enzima è inattivo si che il substrato sia presente o assente. L'inibitore riduce la concentrazione di enzima arrivo nella reazione.

Anche l'inibitore incompetitivo si lega ad un sito diverso da quello del substrato, ma si lega soltanto quando è presente anche il substrato abbassando la velocità della reazione.

Gli inibitori irreversibili sono quelli che si combinano o distruggono un gruppo funzionale dell'enzima, essenziale per la sua attività catalitica. Una classe specifica di inibitori irreversibili è costituita dagli inibitori suicidi. Questi composti sono relativamente poco reattivi fino a che non raggiungono il sito attivo di uno specifico enzima. Un inibitore suicida è in grado di portare avanti le prime tappe chimiche della reazione enzimatica normale, ma, invece di essere trasformato in prodotto naturale della reazione, l'inibitore viene convertito in un composto molto reattivo che si combina in modo irreversibile con l'enzima. Gli enzimi regolatori modificano la loro attività catalitica in risposta a certi segnali. Nelle vie metaboliche vi sono due classi di enzimi regolatori, gli enzimi allosterici che agiscono mediante il legame reversibile di un metabolica regolatore chiamato modulatore. Gli enzimi allosterici sono quelli che possiedono altre forme o conformazioni indotte dal legame dei modulatori. L'altra classe comprende gli enzimi regolati mediante modificazioni covalenti reversibili. Un accumulo del prodotto terminale della via dove operano gli enzimi, rallenta sostanzialmente la velocità dell'intera via metabolica, creando un inibizione retroattiva. Quindi i modulatori di enzimi allosterici possono essere sia inibitori che stimolatori.