biochimie- enzime

ENZIMEENZIME

Enzimele sunt catalizatorii lumii vii - biocatalizatori

NOŢIUNI INTRODUCTIVE

o catalizează reacţiile biochimice din organism o rol esenţial în biosinteza şi degradarea substanţelor din materia vie

Există peste 2000 de enzime diferite

Primele enzime izolate = fermenţi

Sinteza enzimelor are loc în interiorul organismelor

Îşi pot exercita acţiunea şi atunci când sunt extrase din organism, şi în afara acestuia

1

ENZIMEENZIMENOŢIUNI INTRODUCTIVE

d.p.d.v. chimic enzimele sunt PROTEINE cu rol funcţional îşi pierd puterea catalitică sub acţiunea:

- căldurii;- acizilor şi a bazelor tari;- solvenţilor organici

substanţa asupra căreia acţionează enzimele = SUBSTRAT

forma inactivă – proenzime – trec în stare activă când celula are nevoie endoenzime – îşi desfăşoară activitatea chiar în celulele în care sunt biosintetizate exoenzime – deşi biosintetizate în celule, sunt eliminate în lichidele din organism, exercitându-şi acţiunea la acest nivel

2

De exemplu: o reacţie - în prezenţa unei enzime poate dura o secundă

- în absenţa enzimei durează 12 zile

ENZIMEENZIME

o permit ca reacţiile biochimice să fie considerabil accelerate

CARACTERISTICI

o acţionează în cantităţi extrem de mici o le regăsim intacte la sfârşitul reacţiei

o măresc viteza reacţiilor – prin scăderea Eactivare a substratului

o se disting printr-o caracteristică - specificitate

3

ENZIMEENZIME

Substraturile (A şi B) în condiţii normale necesită o cantitate de energie considerabilă (E1) pentru a

atinge starea de tranziţie A...B, după care produsul de reacţie (AB) se poate forma.

Enzima (E) crează un microclimat propice în care A şi B pot să atingă starea de tranziţie (A...E...B) mai uşor, reducând astfel cantitatea de energie necesară (E2).

CARACTERISTICI

4

ENZIMEENZIME

denumire constituită din 3 părţi:

NOMENCLATURA

o denumirea substratului

o tipul de reacţie

exemplu: lactat-dehidrogenaza

o sufixul -ază

C=O

COOH

CH3

C-OH

COOH

CH3

H-2H2

acid lactic acid piruvic

lactat-dehidrogenaza

5

ENZIMEENZIMESTRUCTURA

numeroase enzime au o structură binară

edificiu macromolecular complex determinat de nivelurile de organizare structurală ale proteinelor

o componenta proteică - APOENZIMA

o componenta neproteică - COFACTORIHOLOENZIMA

Activă d.p.d.v. catalitic

prin îndepărtarea cofactorului – rămâne componenta proteică – inactivă în formă liberă6

ENZIME

ENZIMESTRUCTURA

componenta neproteică - COFACTORI

componenta proteică - APOENZIMA o manifestă proprietăţile generale ale proteinelor

o stabileşte legătura enzimei cu substratul

o manifestă diferite grade de afinitate pentru cofactor

o sunt indispensabili pentru manifestarea activităţii catalitice

o imprimă specificitate de substrat

o imprimă specificitate de acţiune7

ENZIMEENZIMESTRUCTURA

componenta neproteică - COFACTORI

1. COENZIME

2. GRUPĂRI PROSTETICE

3. IONI METALICI

- substanţe organice- fixate pe apoenzimă- greu disociabile de apoenzimă – leg. cov.- piridoxalfosfatul, hemul

- Mg2+, Mn2+, Cu2+, Zn2+, Fe2+(3+), Mo2+

- enzimele ce conţin ioni metalici = metal-enzime

- derivaţi de la vitamine- se ataşează temporar de apoenzimă- uşor disociabile de apoenzimă- NAD+, NADP+, FMN, FAD, ATP

8

ENZIME

ENZIME

SPECIFICITATEA ENZIMELOR

o diferă de catalizatorii neproteici

9

o proprietate caracteristică - specificitatea

DEFINIŢIE

Prin specificitatea unei enzime se înţelege proprietatea sa de a acţiona preferenţial numai asupra unui substrat sau grup de substraturi cu caractere chimice comune.o specificitatea de reacţieo specificitatea de substrat

- specificitate absolută- specificitate de grup- stereospecificitatea

R CH2

NH2

decarboxilaza+ CO2

ENZIME

ENZIME

SPECIFICITATEA ENZIMELOR

10

o specificitatea de reacţie (acţiune)- se manifestă asupra unui singur substrat de către mai multe enzime, fiecare catalizând o anumită reacţie- exemplu: un α-aminoacid poate constitui substratul pentru mai multe enzime

R CH

NH2

COOH

R CH

COOH

OH

oxidaza+ NH3

R CO COOHtransaminaza

ENZIME

ENZIME

SPECIFICITATEA ENZIMELOR

11

o specificitatea de substrat - se referă la activitatea care o manifestă enzimele faţă de anumite substraturi

- exemplu: ureaza hidrolizează numai ureea

SPECIFICITATE ABSOLUTĂ- unele enzime nu acţionează decât asupra unui singur substrat fiind inactive faţă de altele cu structură asemănătoare

O=CNH2

NH2 ureazaCO2 + 2NH3

H2O

ENZIME

ENZIME

SPECIFICITATEA ENZIMELOR

12

o specificitatea de substrat

- exemplu: arginaza hidrolizează numai arginina

SPECIFICITATE ABSOLUTĂ

NH2

C=NH

NH

CH2)3

CH NH2

COOH

NH2

CH2)3

CH NH2

COOH

C=O

NH2

NH2

arginaza

H2O(

(

arginina

ornitina uree

+

ENZIME

ENZIME

SPECIFICITATEA ENZIMELOR

13

o specificitatea de substrat

STEREOSPECIFICITATEA

- unele enzime au stereospecificitate faţă de izomeria cis-trans

- exemplu: fumaraza acţionează numai asupra acidului fumaric şi este inactivă asupra izomerului său cis – acidul maleic

H

H COOH

HOOC H

H H OHCOOH

HOOCfumaraza

H2O

acid fumaric acid malic

ENZIME

ENZIME

SPECIFICITATEA ENZIMELOR

14

o specificitatea de substrat

STEREOSPECIFICITATEA

- unele enzime manifestă o acţiune specifică faţă de o anumită formă stereoizomeră a substratului

exemplu: L-aminoacid-oxidazele nu recunsoc decât L-aminoacizii

- unele enzime fac distincţie între conformaţiile α şi β din legăturile glicozidice

exemplu: maltaza hidrolizează numai legătura (1-4) α glicozidică din molecula de maltoză şi nu atacă legătura (1-4) β glicozidică din celobioză

ENZIME

ENZIME

SPECIFICITATEA ENZIMELOR

15

o specificitatea de substrat

- exemplu: amilaza hidrolizează amidonul, dextrinele, glicogenul

hexokinaza catalizează fosforilarea unei serii de hexoze în prezenţa de ATP

SPECIFICITATE de GRUP

- unele enzime acţionează asupra unei serii de substraturi apropiate ca structură

ENZIMEENZIMEMECANISM DE ACŢIUNE

17

o scăderea energiei de activare se datorează formării unui complex activat între enzimă (E) şi substrat (S)

K1

K2

K3

o ipoteza formării complexului intermediar activat ES a fost emisă de Michaelis şi Menten

ENZIMEENZIMEMECANISM DE ACŢIUNE

18

o la formarea complexului activat, substratul se fixează pe centrul activ al enzimei

o enzima participă cu o porţiune limitată din structura sao pe această porţiune există grupări capabile să atragă şi să fixeze molecula substratului

o ansamblul acestor grupări chimice = centru activ = centru catalitic

ENZIMEENZIMEMECANISM DE ACŢIUNE

19

o între centrul activ şi molecula substratului există complementarităţi conformaţionale şi chimice care permit asamblarea lor

o ipoteza “LACĂT-CHEIE”

ENZIMEENZIME Factorii care influenţează cinetica reacţiilor enzimatice

concentraţia enzimei

concentraţia substratului

temperatura

pH-ul

activatorii şi inhibitorii

ENZIMEENZIME concentraţia enzimei

viteza de reacţie este direct proporţională cu concentraţii crescânde ale enzimei până la o limită

la concentraţii mari de substrat, toate situsurile catalitice ale moleculelor de enzimă sunt complet saturate cu substrat şi nu mai există enzimă disponibilă

concentraţia substratului

ENZIMEENZIME

diminuarea activităţii enzimei până la anularea ei se explică prin denaturarea termică a enzimei

enzimele încălzite dincolo de o anumită temperatură îşi pierd ireversibil activitatea

temperatura optimă pentru cele mai multe enzime – 30-40ºC

majoritatea enzimelor sunt inactivate printr-o încălzire peste 55ºC

există enzime care rezistă la temperatura de 100ºC

la temperaturi scăzute, enzimele au o activitate foarte lentă chiar nulă, dar prin ridicarea temperaturii ele devin din nou active

temperatura

ENZIMEENZIME valoarea pH-ului optim al diverselor enzime coincide în general cu pH-ul lichidelor din organism unde ele îşi exercită acţiunea

exemplu: pH-ul optim al pepsinei este de 1,5-2,5 realizat în sucul gastric de HCl

exemplu: pH-ul optim al tripsinei este de 8-11 identic cu pH-ul sucului pancreatic

majoritatea enzimelor vegetale activează bine la un pH în jur de 6-7

pH-ul

activatorii şi inhibitorii sunt compuşi de natură organică sau anorganică

capabili să mărească sau să diminueze (în concentraţie mică) activitatea enzimatică şi implicit viteza reacţiei enzimatice

ENZIMEENZIME în funcţie de tipul reacţiei pe care o catalizează – 6 clase

CLASIFICARE

oxidoreductaze transferaze

hidrolaze

liaze

izomeraze

ligaze

- catalizează reacţii de tip redox

- catalizează reacţii de transfer

- catalizează reacţii de scindare cu participarea apei

- catalizează reacţii de desfacere în care nu apar fenomene de tip redox sau hidroliză

- catalizează reacţii de izomerizare a substanţelor

- catalizează reacţii în care se formează legături chimice noi