bio chimie

Upload: vatov-arina

Post on 05-Jan-2016

283 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

lectii de biochimie,enzime,celula,caracterisitca enzimelor

TRANSCRIPT

Biochimiea II dinamic (metabolismul)IntroducereScurt istoric Fiecare etap a dezvoltrii societii umane s-a caracterizat prin dezvoltarea cu precdere a anumitor domenii caracteristice pentru etapele respective. n ceea ce privete de exemplu pictura, sculptura, astronomia etc., umanitatea a aezat la loc de cinstenprimulrndopereleEvuluimediuntimpceapariiazorilorcapitalismului,s-acaracterizatprindezvoltareafr precedent a tehnologiilor. nc pe la mijlocul secolului XVIII se tia c proteinele se pot scinda pn la peptone nu numai n stomac, ci i n afara lui sub aciunea agentului (principiului activ) din sucul gastric. O descoperire important n acest domeniu a fcut savantul din Petersburg, K.C. Kirhhof n anul 1814. El a artat c extractul din mal (orez ncolit) are proprietatea de a transforma amidonul n zahr (maltoz). De aici, proprietatea de a transforma amidonul n zahr o au un numai boabele ncolite de orez,dar i extractele lor, adic transformarea amidonului se poate produce nu numai n interiorul celulei, dar i n afara ei (n vitro).Substana extras din mal cu proprieti de zaharificare a amidonului a cptat numele de amilaz. n mod analog a fost obinut extractul din drojdie, care la temperatura de camer scindeaz rapid zahrul din sfecl n componentele sale glucoza i fructoza. Astfel s-a artat c zaharoza poate fi hidrolizat nu numai n celulele vii de drojdii, ci i n afara lor sub aciunea unei substane speciale, care se extrage din drojdie i care poart numele de zaharaz , sau invertaz. Prin analogie cu natura moart (n baza eliberrii rapide a oxigenului din apa oxigenat H2O2 n prezena catalizatorului din platin spongioas ) s-a presupus i s-a consolidat conceptul prezenei biocatalizatorilor n celulele vii ale omului, plantelor i animalelor, care se mai numesc fermeni sau Enzime. n vremurile noastre putem afirma fr a grei c secolul XX a fost secolul fizicii, iarsecolul XXI vaaparine cu siguran dezvoltrii biotehnologiilor. Progresele tehnologice moderne au permis extinderea i aprofundarea studiilor referitoare la diveri constitueni celulari i subcelulari. Noile cuceriri ale biotehnologiei nu sunt ns posibile fr aportul substanial al unor tiine de grani, n marea lor majoritate tinere, cum ar fi biochimia, biofizica, biologia molecular, microbiologia industrial i altele.Biochimiaestedefinitcafiindtiinaceseocupcustudiulstructuriichimicea organismelor vii, totalitatea reaciilor i transformrilor care au loc ncelula vie, reglarea acestora i interdependena permanent cumediul nconjurtor.Din punctul de vedere al obiectului de studiu distingem mai multe ramuri ale biochimiei: Biochimie microbian Biochimie vegetal Biochimie animaln ultimul secol, n cadrul biochimiei animalelor, o amploare deosebit a fost nregistrat de biochimiaomului,nspecial biochimia medical sau clinic, dat fiind importana practic imens aacesteiapentrupstrareasntiiomului.nfuncie demodul deabordare aproblemelorstudiate,sedisting douramuriprincipale ale biochimiei:Biochimie structural (descriptiv) (I)Biochimie dinamic (biochimia metabolismului) (II) Din punct de vedere istoric, biochimia devine o tiin de sine stttoare n cea de a douajumtateasecoluluialXIX-leacndeas-adesprinsdincomplexul tiinelorchimice ibiologice. Locul biochimiei ntre tiinele moderne poate fi considerat unul central. Pe de o parte, dezvoltarea biochimiei nu ar fi fost posibil fr aportul unor tiine clasice cum ar fibiologia, chimia, fizica, matematica etc. Pe de altparte,realizrile tiinifice ale biochimiei aucontribuit i contribuie la dezvoltarea altor tiine i domenii ale activitii umane, cum ar fi genetica, fiziologia, medicina, biotehnologia(domeniu nou, deosebit de vast care poate s ofere soluii avantajoase n rezolvarea multorprobleme practice de interes major), industria alimentar etc. Reprezentarea general a disciplinei.Biochimiea este o tiin cu o dezvoltare foarte rapid care n ultimele decenii a permis aprofundarea cunotinelor noastre asupra intensitii proceselor vitale i a influenat n mod esenial att gndirea ct i practica n domeniul producerii, conservrii, ct i utilizrii alimentelor. Astzi avem posibilitatea de a ptrunde esena proceselor dinamice de metabolism, am obinut informaii importante privind sinteza i degradarea unor componente ale materiilor prime vegetale i animale, att n celul, ct i n procesele biotehnologice de fabricare a alimentelor.Biochimia II studiaz procesele de transformare a biomoleculelor, cile i mecanismele de biosintez i descompunere, corelarea acestor procese continuii i permanente de transformare care constituie substratul material al vieii i caracterizarea dinamismului acestuia.

Celula- unitate structural i funcional a vieiiStructura, ultrastructura i rolul componentelor celulei procarioteCelulaCelula este unitatea structural, funcional i genetic a organismelor vii, capabil de autoconservare i de a-i duce viaa independent sau n complexe celulare interdependente = esuturi.Tipuri de celule :procariot, eucariot

Celula procariot

este caracteristic: bacteriilor i algelor albastre verzi = cianobacterii; este alctuit din: - perete celular rigid, necelulozic, care conine murein; membran celular;- citoplasm - vscoas, fr cureni citoplasmatici; bogat n ribozomi cu rol n sinteza proteinelor specifice; materialul genetic = nucleotid = nucleosid dispus difuz, neindividualizat, reprezentat de o macromolecul de ADN, care formeaz un cromozom circular.

Celula eucariot

Celula animala

Celula vegetala

1. nveliul celulei 1. Membrana celular separ celula de mediul nconjurtor i intervine n schimburile dintre celul i mediu;- este organizat pe modelul mozaicului fluid, fiind alctuit din dou straturi fosfolipidice strbtute de proteine; - membrana este permeabila i selectiv.2. Peretele celular este specific celulei vegetale este structura nevie; la ciuperci=fungi, este de natur chitinoas; la alge, muchi, ferigi, plante superioare - este celulozic, fiind format din celuloz, hemiceluloz i substane pectice; se formeaz cu participarea membranei celulare; lipsete la celula animal; are rol de aprare, asigur schimbul de ap i substane dintre celul i mediul nconjurtor.3 . Citoplasma reprezint mediul n care se desfoar principalele procese metabolice celulare. Componente: citoplasma fundamentala= hialoplasma = nestructurat; constituie mediul intern al celulei n care se desfoar principalele procese metabolice celulare.Prezint cureni citoplasmatici care pun n micare organitele componenta structurat - reprezentat de organitele celulare: Mitocondriile au rol n respiraia celular, la nivelul lor are loc oxidarea substanelor organice, cu producerea de energie (se mai numescuzinele energetice ale celulei); sunt autodivizibile = au material genetic propriu - ADN mitocondrial, care conine informaia genetic pentru sinteza enzimelor respiratorii.Alctuire: sunt formate din membran dubl: membrana extern este neteda, membrana intern formeaz pliuri numite criste,la nivelul crora se gsesc enzimele oxido-reducatoare; cavitate n care se gsete substana fundamental matricea (matrix) ce conine ADN, ARN, enzime.

Reticulul endoplasmatic - RE - este o reea de tuburi i vezicule care formeaz un sistem circulator intracitoplasmatic; are membran simpla;poate fi neted sau rugos =granular (REG) (cnd are ataai ribozomi). Ribozomii (granulele lui Palade) organite fr membran, sferice, de natur ribonucleoproteica ce conin ARN=acid ribonucleic i proteine; se gsesc liberi n citoplasma sau ataai RE, formnd REG; sunt sediul biosintezei proteinelor specifice. Aparatul Golgi - este situat n apropierea nucleului i are funcii legate de procesele de secreie celular, asamblare a produilor, de transport al secreiilor i n producerea de membrane. Este mai dezvoltat n celulele secretoare; este alctuit din totalitatea dictiozomilor= formaiuni discoidale cu membran simpl, aplatizate, suprapuse, de la capetele crora se desprind permanent vezicule cu secreii.Lizozomii - organite de form sferic sau ovoidal, cu membran simpla, ce conin enzime hidrolitice cu rol n digestia intracelular (fagocitoz). Lizozomii sunt mai numeroi n celulele secretoare i n leucocite. Centrozomul = centrul celular este situat n apropierea nucleului; este prezent n celulele animale i la protiste; este format din doi centrioli;d natere fusului de diviziune.Vacuolele - sunt vezicule delimitate de o membran simpl numit tonoplast;conin suc vacuolar (ap, sruri, enzime, acizi organici); sunt temporare n celulele animale i permanente n celulele vegetale.Totalitatea lor formeaz vacuomul.Plastidele specifice celulei vegetale; sunt autodivizibile (au material genetic propriu - ADN plastidial); sunt: fotosintetizante: - cloroplaste-conin pigmeni verzi la plantele verzi; rodoplaste - conin pigmeni roii la algele roii; feroplaste- conin pigmeni bruni la algele brune; nefotosintetizante: cromoplaste conin pigmeni roii-portocalii: fructe; leucoplaste - nu au pigmeni i depoziteaz diferite substane: amiloplaste depoziteaz amidon - tuberculul de cartof; oleoplaste - depoziteaz uleiuri - la floarea soarelui; proteoplaste depoziteaz proteine - n seminele plantelor.Cloroplastele conin pigmenii clorofilieni (verzi), ce absorb energia luminoas i o convertesc n energie chimic, n timpul procesului de fotosintez.Structural prezint: - membran dubl i cavitate; membrana prezint :-membrana extern neted; -membrana intern - prezint prelungiri tilacoide, care ptrund n cavitate i formeaz structuri discoidale aplatizate, dispuse n fiic ce alctuiesc 4grana. n gran sunt localizai pigmenii clorofilieni i aici se desfoar faza de lumin a fotosintezei; cavitatea conine o substan fundamental = stroma. n strom se gsesc: ADN, ARN, ribozomi, incluziuni lipidice, granule de amidon. Aici are loc faza de ntuneric a fotosintezei.Nucleul - este component celular fundamental, cu rol n coordonarea vieii celulei. este alctuit din - membran dubl prevzut cu pori, prin care se desfoar schimburile dintre nucleu i citoplasm; substan fundamental = carioplasma = nucleoplasma, ce conine cariolimfa i cromatina; cromatina este constituit din ADN, ARN i proteine i formeaz cromozomii, vizibili la microscop, n timpul diviziunii celulare; n ADN este stocat informaia genetic. Aceasta poate fi transmis celulelor rezultate prin diviziune sau poate fi utilizat n coordonarea activitii celulare, prin tipurile de proteine (enzime) sintetizate intracelular; unul sau mai muli nucleoli - ce conin ARN i au rol n biogeneza ribozomilor i n diviziunea celular.

IntroducereMetabolism ntre organismele vii i mediul nconjurtor exist un permanent schimb de substane i energie astfel c organismele vii pot fi considerate din punct de vedere temodinamic un sistem deschis. Totalitatea acestor schimbri de substane i energie formeaz metabolismul. Dup modul de desfurare el poate fi: general(bazal); intermediar.Metabolismul general se refer la intrarea substanelor din mediul exterior i evacuarea produselor rezultate, cu alte cuvinte, reprezint cheltuielile fixe de energie necesare ntreinerii funciilor vitale (respiraia, circulaia, activitatea sistemului nervos, excreia i secreia endocrin).Metabolismul intermediar se refer la toate transformrile pe care le sufer substanele n organism pn la evacuarea produselor rezultate n urma transformrilor.Metabolismul intermediar are dou laturi: anabolism ; catabolism. Anabolismul const n sinteza compuilor macromoleculari din compui simpli avnd loc aportul energiei.Catabolismul const n degradarea compuilor macromoleculari cu formarea compuilor simpli (ca monozaharide, glicerol, aminoacizi etc.) i este nsoit de eliberare de energie. Ambele procese se desfoar simultan n organism astfel dac ntr-un anumit loc se desfoar procese anabolice cu siguran n alt loc din organism se desfoar procese catabolice.Degradarea i sinteza diferitor substane presupune o succesiune de reacii, fiecare reacie catalizat de anumit enzim ce reprezint calea metabolic.Cile metabolice pot fi :-liniare-ABCDEF; D E F

-ramificate AB

-ciclice-din AB i viceversa;- ciclice interptrunse. A2 A A1Dei cile metabolice conin unele reacii reversibile pe ansamblu acestea sunt ireversibile deoarece:-procesele anabolice i catabolice se desfoar n compartimente diferite(cele anabolice n citoplasm), iar cele catabolice n mitocondrii.Nu toate reaciile pot fi reversibile din punct de vedere termodinamic: procesele catabolice i anabolice depind de factori diferii.

Procesele bioenergetice. Organismele care i sintetizeaz compui organici din CO2,H2O i energie se numesc organisme autotrofe. Din acestea fac parte algele verzi, bacteriile nitrificatoare fixatoare de azot i ntr-o msur mai mic bacteriile ferogenoase, sulfogenoase. Organismele care folosesc energia chimic eliberat prin degradarea compuilor organici gata sintetizai se numesc organisme heterotrofe. Acestea sunt dependente de cele autotrofe. Dintre acestea fac parte organismele animalelor i omul, , bacteriile de mucegai etc.Chemiotrofe ca surs de E folosesc reaciile de oxido-reducere, i nu lumina solar ca plantele. Concomitent cu schimbul de substane are loc i schimbul de energie. Astfel, reaciile care se desfoar cu eliberare de energie se numesc reacii exergenice, iar cele care se desfoar cu absorbie de energie se numesc endergenice. Energia eliberat prin procesele exergenice se nmagazineaz n nite legturi speciale numite legturi macroerge i legturi fosfoesteri, fosfoamidice, anhidridice. Compuii care conin legturi macroerge se numesc compui macroergi. Dintre acetea locul principal revine ATP-ului (acidului adenozintrifosfat). Energia eliberat n procesele ezergenice activeaz fosforul anorganic fin compusul ionului acidului ortofosforic care se leag de ADP (acidul adenozin difosforic) i se transform n ATP.

ADP + H3PO4 ATP n reaciile endergenice este necesar energia eliberat prin hidroliza ATP-ului

ATP ADP + H3PO4

Schimbul permanent de substane si energie dintre organism si mediu se numete metabolism si constituie funcia fundamental a vietii; ncetarea metabolismului determin moartea organismului. Or, Metabolismul este ansamblul reaciilor biochimice care au loc in organism si sunt implicate in meninerea viei i tuturor celulelor sale, schimbul permanent de materie si energie dintre organism si mediu. Metabolismul are dou procese:anabolism care reprezint sinteza tuturor constituenilor celulari sau de rezerv ce are drept scop rennoirea permanent a structurilor celulare uzate, sinteza unor substane active (enzime, hormoni) i creterea si inmulirea celulelor.Se face cu consum de energie. Catabolismul reprezint descompunerea moleculelor pn la produi finali neutilizabili. Se face cu eliberare de energie care asigura desfurarea proceselor fiziologice.Organismul este un sistem deschis care face schimb de substan i energie cu mediul extern. Acest schimb permanent se numete metabolism. Metabolismul ncepe odat cu ingestia alimentelor i sfrete cu excreia produilor neutilizabili. El se desfoar n trei etape: digestiv, celular i excretorie. Legtura dintre aceste etape o asigur sngele i circulaia acestuia. n etapa digestiv, sub aciunea unor fermeni specifici, are loc fragmentarea hidrolitic a macromoleculelor organice din alimente i transformarea lor n molecule simple, fr specificitate, absorbabile ( glucoz,acizi grai, glicerin, aminoacizi ).n etapa celular, principiile alimentare sufer numeroase transformri. Totalitatea transformrilor biochimice care au loc la nivel celular reprezint metabolismul intermediar. Deci, metabolismul intermediar reprezint schimbul de substane i energie dintre celul i mediul intern. Reaciile metabolice din celule sunt de dou feluri: reacii anabolice, de sintez a unor constitueni celulari sau de rezerv, i reacii catabolice, de scindare a substanelor pn la produi finali neutilizabili (ap, dioxid de carbon,s ubstane azotate simple). Prin reacii anabolice are loc rennoirea permanent a structurilor celulare uzate, sunt sintetizate o serie de substane active ( enzime, hormoni ),este asigurat creterea i nmulirea celulelor, precum i ncrcarea lor cu material nutritiv de rezerv. Reaciile catabolice genereaz energie. Ele se desfoar n dou faze succesive. n prim faz are loc metabolizarea incomplet, pe ci specifice,a substanelor nutritive, pn la stadiul de acetil coenzim A i acid oxaloacetic, produi intermediari comuni glucidelor, lipidelor i proteinelor. n aceast faz se elibereaz o cantitate redus de energie. n faza a doua are loc metabolizarea complet a produilor intermediari. Aceast faz este comun tuturor substanelor nutritive. Ea const n reacii de oxido-reducere prin care se elibereaz peste 90% din energia chimic a moleculelor. O parte din aceste reacii se desfoar ciclic, n cadrul ciclului citric sau ciclul lui Krebs, iar o alt parte are loc la nivelul lanului sau catenei respiratorii celulare.Metabolismul intermediar si energetic.

Metabolismul - este schimbul permanent de substane dintre organism i mediu. Din punct de vedere didactic metabolismul prezint 2 componente:- intermediar - care reprezint totalitatea transformrilor pe care le sufer alimentele introduse in organism (glucide, proteine, apa, minerale).- energetic - const n generarea i utilizarea energiei necesare, desfaurarii activitii diferitelor organe i sisteme. Reaciile metabolice au loc n celule, unde deosebim:= reacii anabolice sau de sinteze care rennoiesc permanent structurile celulare sau sintetizeaz substae active (enzime, hormoni) asigurnd creterea, inmulirea celulelor. Aceste sunt reacii care necesit energie.= reaciile catabolice care genereaz energie prin procesele de oxido-reducere, de ardere a alimentelor in prezena oxigenului. Energia in organism se elibereaz treptat n etape succesive, o parte se transforma in cldura, o alta se nmagazineaz sub forma compuilor fosfat -macro-energetici de tip A.T.P.

Caracteristica metabolismuli intermediarObiectivele metabolismului intermediar sunt:- de a prelua din mediul nconjurtor energie sub form de energie chimic din componena hranei sau sub form de energie luminoas;- utilizarea componenei hrnii pentru sinteza substanelor proprii;- degradarea substanelor celulare cu eliberare de energie. Toate aceste aspecte alctuesc tabloul general al metabolismului intermediar care presupune att procese catabolice ct i procese anabolice.Catabolismul i anabolismul se desfoar n trei etape:Catabolismul. Stadiul I const n degradarea compuilor macromoleculari (proteine, lipide, glucide) n compui simpli aminoacizi, acizi grai , glicerol i monozaharide.Stadiul II Const n transformarea biomoleculelor de baz ntr-o substan unic numit Acetil CoA.Stadiul III const n antrenarea Acetil CoA ntr-o succesiune de reacii care alctuesc ciclul Krebs cu formarea a 4 perechi de H i 2 atomi de carbon sub form de CO2.AnabolismulStadiul I al anabolismului coincide cu stadiul II al catabolismului. n acest stadiu din componena ciclului Krebs se formeaz Acetil CoA.Stadiul II al anabolismului coincide cu stadiul II al catabolismului. n acest stadiu se formeaz Acetil CoA biomolecule de baz.Stadiul III al anabolismului coincide cu stadiul I al catabolismului. n acest stadiu se sintetizeaz din biomolecule de baz macromolecule proprii organismului dat(proteine, lipide, glucide).

8.1 Modul I. Enzimea) Consideraii generale ale enzimelorLocalizarea intracelulara a enzimelor

Enzimele(fermenii) sunt substane foarte complicate care se gsesc numai n natura vie vegetala i animal avnd un rol important n desfacerea substanelor alimentare brute (graimi,proteine, zaharuri) n substane mai simple pe care organismul s le foloseasc mai rapid i mai uor pentru producerea de energie.De asemenea, enzimele pot sintetiza substante complexe necesare vietii, din substane mai simple. Din arderea combustibilului alimentar n organism, rezult pe lng energie i o serie de deeuri care nu mai pot fi utilizate de ctre organism sau care sunt toxice. Enzimele descompun aceste deeuri pn la componentele simple din care au fost sintetizatealimentele: ap, bioxid de carbon, azot, sulf, etc. In celula, enzimele sunt localizate specific n anumite compartimente fie in organite celulare, fie n citoplasm.Separarea organitelor celulare prin ultracentrifugare urmat de identificarea specific a enzimelor prin tehnici imunohistochimice a reprezentat modalitatea prin care s-a stabilit exact localizarea intracelulara a enzimelor. Unele procese au loc n toate tipurile de celule, enzimelerespective fiind raspndite ubicuitar(care este rspndit peste tot), cum ar fi de exemplu, enzimele implicate n biosinteza proteinelor i acizilor nucleici, enzimele glicolitice.Alte procese au loc numai n anumite celule, ca urmare numai acestea posed echipamentele enzimatice specifice. De exemplu, enzimele implicate n sinteza hormonilor tiroidieni sunt numai n tiroid, enzimele implicate n biosinteza ureei se gsesc numai n celulele hepatice. Fiecare organ se caracterizeaz printr-unprofil enzimaticreprezentat de enzimele care acioneaz n diferitele compartimente din celul.Membrana celular conine enzime implicate ntransportul substanelor.Mitocondriileprezint enzime ce catalizeaz procese generatoare de energie: membraneleexterniinternconinenzimeleimplicatenlanulrespirator,sinteza fosfolipidelor,elongareaidesaturarea acizilor grai, iar matricea mitocondrialconine enzimeleciclului Krebs, enzimele implicate ndecarboxilarea oxidativ a cetoacizilor catabolismulacizilor grai,dezaminarea aminoacizilor,biosinteza ureei.Nucleulconine enzimele implicate nmetabolismul acizilor nucleici.Ribozomiiabunda n enzime implicate n diferitele faze alebiosintezei proteinelor. Ribozomii liberi sintetizeaz proteinele celulare, iar cei fixai de reticulul endoplasmatic, proteinele de export.Citoplasmaconineenzimeleglicolitice, pentozofosfailor,enzimeledinbiosinteza acizilor grai, anucleotideloretc.Lizozomiiabundeninficat,rinichi,globulealbeconinhidrolaze: enzimeproteolitice,ribonucleaze,enzimecarehidrolizeaz proteoglicanii,sfingolipidele.Complexul Golgiconine enzime implicate nexportarea proteinelor sintetizaten reticulul endoplasmatic imaturarea glicoproteinelor si proteoglicanilor.Unele enzime au localizare mixta, citoplasmatic i mitocondrial, cum sunt transaminaz glutamic oxalilacetic, malat dehidrogenaza, izocitrat dehidrogenaza.

Generalizri Consideraii generale ale enzimelor. In organismele vii, mii de reacii chimice se desfoar foarte rapid n condiiile de presiune i temperatur ale acestuia. Toate aceste transformri sunt mediate deenzime(denumiteiniialfermenisaudiastaze),proteinespecializatescatalizeze reaciile metabolice.Substanele transformate n aceste reacii se caracterizeaz printr-o tendina limitat de reacie "n vitro" n aceleai condiii cu cele din organism.De exemplu, oxidarea glucozei n celule se realizeaz rapid, glucoza fiind un compus ce inmagazineaz o mare cantitate de energie prezentnd un anumit potenial termodinamic, dei n laborator, n aceleai condiii ca cele din organism, aceasta este stabil n prezena oxigenului.Astfel de procese, favorabile termodinamic, pot decurge cu viteze crescute datorit aciunii catalitice a enzimelor.A) Caracteristicile enzimelorEnzimele pot fi definitebiocatalizatoricare prezint urmatoarele trasturi caracteristice:1. Enzimele au oputere cataliticaenorma accelernd viteza reaciilor cu pan la 1016 orifa de viteza reaciei necatalizate. Aceast capacitate depete puterea oricrui catalizator folosit n sinteza organic. Enzimele au aceast imens putere catalitic n soluii diluate, n condiii moderate de pH i temperatur.Puterea catalitic poate fi definit ca raportul intre viteza reaciei catalizate si viteza reaciei necatalizate enzimatic.2. Enzimele nu se consuma si nu se transforma in reaciile catalizate.3. Enzimele se caracterizeaz printr-o marespecificitate. Orice enzima este foarte selectiv att n ceea ce privete substana pe care o transform (substrat- S), ct i din punctul de vedere al reaciei catalizate. E(enzima). TransformareaS.P(produsi) se desfoar fr reactii secundare, astfel c rezult numai compuii dorii. Prin aceast aciune enzimele se deosebesc de catalizatorii din chimia organic, reaciile murate n absena enzimelor avnd randamente mai sczute i fiind nsoite de reacii secundare.4. Enzimele scad energia de activare a moleculelor de substrat pe care le transforma accelernd astfel viteza reaciei biochimice.5.Capacitate de reglare. Reglarea activitii enzimatice se realizeaz n moduri diferite ce variaz de la controlul cantitii de enzime sintetizate de celul pn la modularea activitii sale prin interaciuni reversibile cu activatori i inhibitori metabolici. Activitatea variat a enzimelor poate fi pus pe seama capacitii de adaptare structural i functional a proteinelor.Enzimele contribuie astfel la coordonarea i reglarea proceselor metabolice.6. Enzimele se gsesc n celule i gsesc n cantitate foarte mic dar cu efect semnificativ.7. Enzimele pot cataliza reaciile n condiiile organismului, la temperatura de aproximativ 30 0C, in condiii de, n general, neutru i la presiune atmosferic. Reaciile chimice ce au loc n organismele vii, n condiii de presiune i temperatur relativ joase i pH bine definit nu se pot realiza, la vitezele apreciabile care le caracterizeaz, dect admind intervenia unor catalizatori deosebit de eficieni. Aceti catalizatori eficieni sunt produi chiar de organism, sunt de natur proteic i poart numele de ENZIME (de la grecescul "en zime" = drojdie). Ele se pot defini, deci, drept proteine cu aciune catalitic; aproape toate moleculele-enzim, cunoscute pn acum, dintre care multe obinute sub form cristalin au structur proteic. Numrul enzimelor este de ordinul miilor cci, n lumea vie, fiecrei molecule organice, existente aici, trebuie s-i corespund cel puin o enzim, care s participe la sintez i/sau degradarea ei. Or, Enzimele(din limba greac -zymosis- ferment) sunt proteine sau proteide fr de care celule vii nu pot nfptui reacii complexe ntr-un timp scurt, la temperatura mediului nconjurtor. Ele sunt substane care catalizeaz reaciile biochimice din organism, avnd un rol esenial n biosinteza i degradarea substanelor din materia vie, ntlnindu-se n toate organismele animale, vegetale i n microorganisme, mai fiind denumite din aceast cauz biocatalizatori. Fr enzime , procesele biochimice s-ar desfura cu viteze foarte mici. Rolul enzimelor n cadrul organismelor poate fi generalizat:a). Descompunerea moleculelor mari.b). Accelereaz procesele metabolice.c). Coordoneaz unele etape ale ciclului metabolic.

B) Structura enzimelorEnzimele sunt proteine globulare putnd avea o structur:a).unitar -enzime monocomponente, alctuite numai din aminoacizi: tripsin, , chimotripsin, pepsin, lipaz, ribonucleaz;b).binar- enzime alctuite dintr-oparte proteic(apoenzima) i ogrup neproteic, definite de Euler astfel: Holoenzim= Apoenzim + Cofactor.Studiul structurii enzimelor s-a realizat prin tehnici exacte: difracie de raze X, dicroism circular, fluorescen, analize in UV i IR, RMN, spectrometrie Raman etc.Apoenzim este de natur proteic care confer enzimei specifizarea de substrat.Cofactor este de natur neproteic i care nu confer enzimei specificitatea de reacii. Cofactorul poate fi reprezentat de :-coenzime care sunt derivai de la vitamine cum ar fi NAD+;FAD+.Ce prezint aceti cofactori (coenzime)?R-s: Dintre toi cofactorii prezeni n organism, doi dintre ei mai cunocui purttori de electroni sunt coenzimele NAD+ (nicotin-adenin dinucleotid) i FAD+ (flavin-adenin-dinucleotidul). Restul de nucleotid din NAD+ (sau FAD+) este forma fosforilat a NAD+-lui, locul n care poate avea loc reducerea reversibil, fenomen care const n transferul ionilor de hidrogen (NAD++H+NADH )

- grupe prostatice TPP, piridoxalfosfat, hemul;- ionii metalici Na+, Cu2+, Zn2+, Fe2+, Fe3+, Co2+. Enzime,biofermeni substane proteice specifice sintetizate n organismele vii, care ndeplinesc rolul de catalizatori biologici n reaciile biochimice, asigurnd reglarea proceselor metabolice. Se gsesc n toate celulele i lichidele organismului. Dup structur enzimele se clasific n dou categorii: enzime exclusiv de component de natur proteic i o component de natur neproteic numit coenzim. Natur proteic format numai dintr-o holoproteid i enzime hetroproteide formate dintr-o coenzim. Enzimele se mpart n ase grupe mari: hidrolaze, transferaze, oxidoreductaze, liaze, izomeraze i ligaze (sintetaze), fiecare avnd, la rndul ei, mai multe subgrupe. Enzimele reacioneaz cu substratul (substana care va fi scindat) i formeaz aa-numitul complex intermediar enzim-substrat (ES). Aceasta duce la micorarea energiei de activare, nlesnind descompunerea substratului. Fermenii sunt activi n concentraii extrem de mici (de ex., amilaza este activ n soluie de 1 : 1000.000, peroxidaza n soluie de 1 : 5000.000) i nu se consum n timpul procesului de catalizare. Enzimele sunt proteine simple sau conjugate, ultimele avnd dou componente: prima proteic, nedializabil, termolabil, numit apoenzim, i cealalt micromolecular, dializabil i termostabil, numit coenzim (coferment sau partea prostetic, cnd ea este strns legat de apoenzim). Cofermentul este reprezentat prin enzim legat de metale (Si++, Zn++, Mg++ etc.), nucleotide, vitamine . a. Partea neproteic (cofactorul) determin sensul reaciei, activitatea catalitic propriu-zis i mecanismul reaciei chimice. Apoenzima prin grupele sale chimice speciale stabilete legtura enzimei cu substratul, adic determin caracterul specific al reaciei. Activitatea catalitic nu este realizat de ntreaga molecul a enzimei, ci e concentrat ntr-o poriune limitat, numit centru activ, afar de care n componena enzimei mai ntr aa-numitul centru alosteric. Prin intermediul lui are loc reglarea activitii enzimei. Unele enzime exist sub form inactiv (proenzim), activndu-se n anumite condiii (de ex., pepsinogenul este activat n prezena acidului clorhidric). Existena enzimei sub form de precursori inactivi reprezint un factor de protecie, care previne, bunoar, autodigestia esuturilor, coagularea intravascular a sngelui etc. Asupra activitii enzimelor acioneaz multe substane (iod, metale, hormoni, metabolii etc.), printre care unele (numite activatori) le sporesc activitatea catalitic, iar altele (numite inhibitori) o reduc. Inhibitorul formeaz cu enzima un complex incapabil de activitate catalitic. n funcie de stabilitatea acestui complex exist inhibiie ireversibil i inhibiie reversibil. Ultima poate fi concurent (izosteric) sau neconcurent (alosteric). n cazul inhibiiei concurente inhibitorul are o structur asemntoare cu substratul. Astfel ntre substrat i inhibitor are loc un fel de concuren pentru centrul activ, care depinde de raportul dintre concentraiile lor. Inhibiia concurent st la baza aciunii preparatelor sulfanilamidice de combatere a unor microorganisme, pentru care acidul paraaminobenzoic (asemntor dup structur cu unele sulfanilamide) constituie factorul de cretere al microorganismelor. n urma substituiei concurente se obine un efect bacteriostatic (stagnarea creterii i nmulirii bacteriilor). n cazul inhibiiei neconcurente inhibitorul (numit efector) nu seamn dup structura sa cu substratul i, deci, nu se fixeaz n centrul activ catalitic, ci n centrul alosteric. Ca efectori pot servi, de asemenea, unii metabolii, unele nucleotide etc. Efectorul, fixndu-se n centrul alosteric, modific configuraia enzimei, i, ca rezultat, centrul catalitic se deformeaz parial sau total, avnd ca urmare pierderea sau reducerea activitii enzimei.Ansamblul de reacii chimice care constituie metabolismul se desfoar ntr-o ordine strict, la baza creia st procesul complex de reglare a activitii enzimelor.Dereglarea proceselor enzimatice, aprute ca rezultat al mutaiilor, reprezint aa-numitele enzimopatii, caracterizate prin sinteza enzimei defectuoase, adic inactiv sau cu activitate catalitic parial redus. n cazul multor afeciuni activitatea enzimelor se modific, de aceea determinarea activitii acestora n obiectele biologice (ser, urin) are o aplicare larg n diagnosticarea hepatitei, pancreatitei, bolilor cardiovasculare . a. n afar de aceasta astfel de preparate enzimatice, ca pepsina, tripsina, fibrinolizina, hialuronidaza, trombina, lizozima . a., se administreaz i pentru tratarea unor boli.

C) Nomenclatura.Nomenclatura de lucru i cea sistematic.Nomenclatura delucruesteaceea care se obine adugnd terminaia aza la numele substratului asupra creia acioneaz enzima. Exemplu: maltaza are ca substrat maltoza, ureaza are ca substrat ureea.Nomenclatura sistematica include doua componente 1) Definete substratul sau cele doua substane asupra crora acioneaz enzima (la reaciile bimoleculare);2) Sufixul aza - indic natura procesului pe care-l determina enzima. Ex.: glucoamilaza. 1,4glucon - glucohidrolaza (asupra leg.1,4 din glucon i aciunea se realizeaz hidrolitic cu eliminare de glucoza).Cnd avem doi componeni: transaminaza = glutamat - piruvat aminotransferaza.ClasificareDup locul unde acioneaz: endoenzimei exoenzime.M = 13000 = 35000 - numr restrnsDup organizarea structural - monomere-oligomere(majoritatea)(disociazin monomeri)M=35000sutedemii-izoenzimeconfiguraiedifetit,dar catalizez.aceleaireaciicomplexeenzimatice. Sintetizate n celula legat una dealtai catalizeaz reaciile ntr-o anumit succesiune.

Nomenclatura enzimelor nu este dificil. Aceasta se bazeaz pe 2 factori:- substratul asupra cruia acioneaz enzima.- modul cum reacioneaz enzima cu substratul dat.Deexemplu:piruvatdecarboxilazenzimcarendeprteazgrupacarboxilde lapiruvat.

Proteinele joac mai multe roluri n organism ca : enzime, enzime inhibatorii, hormoni, rol protector (anticorpi), regulatori osmotici, conectoriaimuchilorcuoasele.Nici un alt polimer compus nu mai joaca attea rolurinnaturdeoareceproteinelesuntfoartediversenstructur.Doar 20 de aminoacizi sunt folosii pentru a construi structura primara,dar ei pot fi aranjaiteoreticin20laputerea19secvenediferite.Enzimele sunt catalizatori biochimici propriu-zii, aadar sunt compui care mresc viteza reaciilor chimice ce se desfoar in sistemele biologice, fr s seconsumencursullor.S-au efectuat lucrri numeroase de-a lungul anilor dovedindu-se prin acestea c enzimologiaconstituiestudiulbazelormolecularealevieii.Enzimele sunt probabil mai importante dect orice alt element activ ca ajutor al digestiei si sntii. Pan acum s-a artat c sute de enzime au un rol vital in construirea sntii, datorit contribuiei lor la procesul de digestie. Studiile viitoare probabil vor arta c enzimele au un rol mult mai important pentru sntate dectsecunoatenprezent.Nu putem trai mult fr enzime. De fapt, concepia n sine este dependent de aceste elemente. Ele funcioneaz ca un catalizator care face ca celulele corpului s funcioneze eficient. Din momentul naterii, enzimele fac viata posibil prin aciunile lor, reparnd i construind corpul i celulele creierului. Aceti lucrtori acioneaz n corp i n creier n cel mai fantastic i puternic mod. Ele lucreaz pentru o sntate deplin. Enzimele reprezint nsi fora intangibila a vieii. Omul nu poate reui s creeze enzime vii aa cum natura poate crea, dac ar fi putut, ar fi reuit s creeze viata sau s readuc la via materia moart.Exista miliarde de enzime n corpul nostru, i sunt sute de tipuri diferite de enzime gsite n snge, care vor descompune 5 milioane de molecule de peroxid n ap i oxigen n 60 secunde. Enzimele intestinale pot descompune moleculele de zahar i grsimi care sunt de 1 milion de ori mai mari dect greutatea lor.

Centrul activ al enzimelor Procesul enzimatic nu se desfoar oriunde n molecula enzimei, ci numai n anumite zone care au o dispozitie spaial corespunzatoare, alctuite din 2-4aminoacizi. Aceste zone se numesc "centri activi" i reprezint aranjamentul spaial adecvat "prinderii" substratului.Legarea substratului la centrul activ al enzimei i imprima o stare de tensiune molecular care faciliteaz reacia biochimic. n centrul activ se gsesc numai anumii aminoacizi care prezinta grupe -OH,- SH, - COOH, -NH2, radical imidazol (de exemplu, serina, histidina, acid aspartic, lizina). n cazul enzimelor cu structur binar, n centrul activ se poate distinge unsitus de fixarecare se combin cu substratul prin legturi labile (la formarea cruia participaminoaciziauxiliari) i unsitus catalitic(format dinaminoacizii colaboratoricare acioneaz asupra substratului), importan pentru aceast interaciune fiind prezena cofactorilor. Aminoacizii care nu sunt implicai n reacia enzimatic suntaminoacizi necolaboratori.Functionalitatea centrului catalitic este consecina structurii spaiale a proteinenzimei care prin dispoziia sa n spaiu aduce anumii aminoacizi distanai n structura primar ntr-o pozitie optim pentru legarea substratului

(Modelul cheia i lactul)Organizarea centrului activ la enzimele alosterice.

Pentru E biocomponente centrul activ conine i cofactor (coferment).n afar de aminoacizi care particip direct la reacia enzimatic, exist unii care au rol indirect -->asigur flexibilitatea structurii teriare.Exist aminoacizi care sunt considerai aminoacizi umplutur care variaz n izoenzime sau n formele moleculare multiple.Centrul activ este format din 2 regiuni :prima regiune de recunoatere / legare cu a substratului; a 2-a regiune responsabil de reacia enzimatica. Exemplu, acetilcolinesteraza are un centru activ format din 2 regiuni :a) anionic care conine gruparea COO- a acidului aspartic, are rol de recunoaterea regiunii pozitive din substrat; b) esterazic care conine grupele -OH din serin i grupul imidazolic din restul de histidin care au rol n scindarea substratului:CH3-CO-O-CH2-CH2-N-(CH3)3 ----->CH3-COOH + CH2OH-CH2-N-(CH3)3 acetilcolina -HOHcolina. Centrul activ are n general este o structur complmentar cu structura substratului

Specificitatea enzimelor reprezinta :1) capacitatea unei enzime de a cataliz, o anumit reacie enzimatic neputnd aciona asupra substanelor cu structur asemntoare ca exemplu ureaza:H2N-CO-NH2 2NH3+CO2

2) transformarea unui sau a mai multor substraturi cu structuri asemntoare n cadrul reaciei respective, spre exemplu, amilazele pot aciona att asupra amidonului ct i asupra glicogenului .3).Unele enzime sunt active pentru izomerii cis i pasive pentru izomerul trans al aceleiai substrat.Specificitatea poate fi de reacie: proprietatea unei enzime de a cataliza o singur reacie termodinamic posibil cu excepie :- enzimele proteolitice care n afar de legtur peptidic pot scinda legturi esterice sau amidice i pot cataliza R de transesterificare;- enzimele piridoxal dependente catalizeaz R de transminare, de carboxilare, izomerizare, alfa-beta eliminare;- kinazele care catalizeaz transferul unui rest de fosfat de pe ATP pe anumite substrate.Specificitatea poate fi de substrat : absolut / relative / stereospecificitate optic sau geometric.

Energia de activare ntr-o reacie enzimatic creterea vitezei de reacie se face prin scderea energiei de activare fr a modifica starea termodinamic a sistemului.O reacie de transformare a unui substrat n produi de reacie va avea loc numai atunci cnd o anumit populaie din moleculele substratului vor avea suficienta energie pentru a trece ntr-o stare activa (= cu cea de tranziie T ).Cantitatea de energie necesar pentru a aduce toate moleculele dintr-un mol de substrat la o temperatura dat n stare de tranziie T se numete energie liber de activare (kcal/mol). n laborator energia cinetic necesar creterii numrul de ciocniri eficace pentru a forma produi de reacie se realizeaz prin cretere temperaturii.Acest lucru nu este posibil pentru organismele vii deoarece omul este fiin homeoterm, aceasta imposibilitate este depit de prezena enzimei care are rolul de a scdea energia de activare a reactanilor fr a modifica starea termodinamic a sistemului.Eficienta catalizei enzimatice este asigurata prin mai multe mecanisme :1) orientarea, apropierea substratului de centrul activ al E;2) adaptarea indus a centrului activ la structura substartului;3) cataliza general acid-baz;4) cataliza covalent (enzima i o grupare funcional din centrul activ formeaz un intermediar covalent)

8-2. Tema II. Specificarea enzimelor1. Generaliti Enzimele sunt substane care catalizeaz reaciile biochimice din organism, auun rol esenial n sinteza i degradarea substanelor din materia vie.Toate transformrile biochimice au loc numai prin intermediul enzimelor de aceea se mai numesc i biocatalizatori.Ele determin realizarea unor reacii chimice cu vitez mare, n condiii compatibile cu viaa: dac ele n-ar exista reaciile chimice s-ar putea produce numai la temperaturi i presiuni ridicate, condiii deosebite de alcalinitate i aciditate. Enzimele auunrol fundamental n reglarea proceselor metabolice i pot aciona n interiorul sau n exteriorul organismului. Din punct de vedere chimic enzimele sunt substane proteice, cu rol funcional. Sunt produse numai de organisme vii i acioneaz asupra unor substane care se numesc substrat. n celula se gsesc n nucleu, citoplasma, adsorbite la suprafaa diferitelor componente celulare sau dizolvate n protoplasma sau n sucul celular. Fiind substane proteice ii pierd proprietile catalitice n condiiile n care are loc denaturarea proteinelor: temperatura ridicata, mediu acid, bazic, prezenta solvenilor organici. Enzimele se gsesc n organismele vegetale cu precdere n: semine n stare de germinaie, plante, frunze, fructe. Concentraia lor este mai mare n organismele tinere i puterea catalitic este mai mare. Din punct de vedere fizic au proprietai asemanatoare proteinelor.Paralela ntre catalizatori i enzimea)Asemnri:-inreacii reversibile asigura ajungerea foarte rapid la echilibru;catalizeaznumai reacii termodinamic posibile (n sensul micorrii energiei libere);-numodific echilibrul de reacii, ci numai viteza;nuse consum n timpul reaciilor i nu se transform, de aceea o cantitate foarte mic este suficienta pentru transformarea unor cantiti mari de substrat.b)-Deosebiri:- prezintspecificitate de aciune care poate fi de reacii sau de substrat;- asigurcoordonarea, reglarea i controlul proceselor biochimice fiind modulatori ai proceselor metabolice.2. Structura i conformaia Enzimele sunt macromolecule denaturaproteiccu urmtoarele caracteristici:a) auparticulariti structurale specifice, adic existena unor situsuri (zone n care se leag n mod specific substratul):-situs catalitic;-situsallosterice;b)prezintconfiguraie spaial careasigur funcionarea ca enzim. Substratulenzimelor reprezint un compus care se poate lega specific la oenzimi asupra cruia enzima acioneaz transformndu-l in produs de reacie.E +S[ES]E +P, unde E- enzima, S-substrat, P-produi de reacieSubstratul trebuiesandeplineasc urmtoarele condiii:-sasatisfac necesitatea de specificitate a unei enzime;-saprezinte o dispunere spaial care sa-i permit accesul la enzim;-saprezinte o complementaritate structural i conformaional.Situsul cataliticreprezint o zona specific i delimitat format dintr-un numr mic de radicali de aminoacizi care includ grupri: -OH,-NH2, - COOH, - SH.Situsul catalitic ocup o zona restrns din suprafaa enzimei, de aceea substratulesteo molecul dimensionat pe msura situsului.Situsul allostericreprezint o zona a crei activitate se bazeaz pe existena unuiefector allosteric - activator sau inhibitor - care se leag la situsul allosteric i creaz capacitatea de modulator al reaciilor biochimice.Centrul cataliticeste reprezentatde:-situsla enzimele holoproteice;-situsplus cofactor la cele heteroproteice.Enzimele heteroproteice prezint doua pri componente active doar mpreuna:-apoenzimaicofactorul.Apoenzimaesteo componenta de natura proteica, termolabila i nedializabil, are n structura sa situsul catalitic i pe cel allosteric; determina legarea substratului, formeaz complexul enzim - substrat i enzima - cofactor, determin specificitatea fa de substrat, manifest grade diferite de afinitate pentru cofactor.

8.2 Tema: Mecanismul catalizei enzimatice, cinetica reaciilor enzimatice, influena diferitor factori asupra vitezei de reacie.

8.2.1.Cinetica reaiilor enzimatice

Prin studiul cineticii enzimatice este explicat modul in care enzimele acioneaz, permind determinareavitezei maximede reacie a unei enzime i aafinitaii sale pentru substratsaupentruuniiefectori.Determinareavitezeidereacienurelev stoechiometria reaciei sau mecanismulacesteia, deci este necesar o ecuaie care s fac legtura ntre viteza iniial a reaciei (determinata experimental) i concentraia reacantilor.Dei cazul enzimelor monomerice cu un singur substrat este relativ rar,cinetica clasicaaenzimelor monomerice n faza staionar cu un singur substrat (prezentata n continuare) este modul cel mai simplu de a trata i a inelege cinetica enzimatic. Cele mai multe enzime au ns mai multe substaturi dnd natere la produi diferii nerespectnd comportamentul clasic. In reaciile cu un singur substrat, meninndconstantaconcentraiaenzimei, creterea concentraiei de substrat determinmrirea vitezei de reacie pn cnd se atinge o valoare maxim peste care orict ar crete concentraia substratului viteza reaciei enzimatice rmne nemodificata. (La concentraii mici de substrat, viteza de reacie este proporional cu concentraiasubstratului (reacii de ordin1). La concentraii mari de substrat, viteza de reacie devine n dependent de concentraia substratului (reacii de ordin 0), enzima saturndu-se cu substrat. Viteza unei reacii enzimatice este determinat de concentraia de substrat la acel moment i de constantele Kmi v max.

Enzimele pot cataliza numai reacii termodinamic posibile, adicnumai acele reacii chimice care au loc cu scderea entalpiei libere de reacie. Viteza reaciilor catalizate de enzime reprezintcantitatea de substrat transformat (c) ntr-un anumit interval de timp (dt). Valoarea vitezei reale de reacie este datde relaia:

Vr =

Mrimea vitezei de reacie reprezintde fapt activitatea enzimatic.Viteza reaciilor enzimatice (activitatea enzimatic) depinde de o serie de factori: concentraia enzimei, concentraia substratului, afinitatea enzim-substrat, temperatur, pH, prezena inhibitorilor.a) Influena concentraiei enzimei[E]Viteza de reacie crete proporional pentru concentraii mici i rmne constantpentru concentraii mari de enzimpusn contact cu aceiai cantitate de substrat. Grafic aceastvariaie este redatastfel:

Cofactorulreprezint componenta neproteic termostabila, dializabil(unele vitamine, nucleotide).Cofactorulenzimatic,larandulsaupoatefi:- un rest al unei substane organice numita grupare prostetic, inseparabil legat de apoenzim;- un rest al unei substane organice numit coenzim care poate trece de la o apoenzim laalta,separndu-seuordeaceastaprindializsineparticipndla formareacentruluiActivalenzimeirespective;- un rest al unei substae nespecifice numit activator sau cofactor anorganic care determin transformarea unui zimogen, adic a unui compus inactiv din punct de vedereenzimaticintr-oenzimactiv.Dintre enzimele a cror parte prostetic este hemul, este catalaza, care catalizeaz descompunerea peroxidului de hidrogen in ap i oxigen. Cofactorii au urmtoarele caracteristici: sunt indispensabili pentru manifestarea activitii catalitice sau pentru potentarea ei; unii sunt uor disociabili de apoenzim, alii nu; determin specificitatea de reacie, formeaz complexul enzima - cofactor.Coenzimele suntmicromolecule organice care se ataeaz temporar la apoenzim( vitamine, hemulul, NTP, NDP). La plante, enzimele proteolitice sunt rspndite att n organele vegetative (frunze, tulpini, rdcini), ct i n seminele aflate n repaus sau n germinaie. n timpul germinaiei, degradarea proteinelor de rezerv din endosperm sau cotiledoane are loc cu o intensitate deosebit pentru a furniza aminoacizii necesari biosintezei proteinelor specifice embrionului n dezvoltare. Degradarea proteinelor se realizeaz i n procesul de imbtrnire a plantelor cnd sunt supuse hidrolizei proteinele organelor vegetative. Produii rezultai migreaz spre organele reproductive unde procesul de biosintez proteic este deosebit de intens.

Mecanismul catalizei enzimatice, cinetica reaciilor enzimatice, influena diferitor factori asupra vitezei de reacie.8.2.2.Mecanisme de aciune a catalizei enzimatice

Enzimele sunt deci substane active n cantiti foarte mici, nu modific echilibrul de reacie, ci numai viteza acestora prin scderea energetice (activeaz sau labilizeaz moleculele care intra n reacie).n prezenta enzimelor nivelul energetic minimulestemult cobort, moleculele reacioneaz cu viteze mari (n absena enzimelor nu ar reaciona). Mecanismul prin care enzimele i exercit funcia lor catalitic include ansamblul urmtoarelor procese moleculare principale:- asociereaspecifica a enzimei (E) cu substratul (S) - complex intermediar ES disociabil (Ajustarea indus); n cazul catalizei enzimatice, ntre enzim i substratul care se transform, se formeaz un complex activat enzima-substrat, care apoi se transform cu vitez mare n produii finali de reacie. La formarea complexului activat enzima substrat, substratul se fixeaz pe regiuni bine determinate de pe suprafaa enzimei, care poart numele de centri activi i molecula substratului, exist complementariti conformaionale i chimice care permit asamblarea lor. Centrul activ al unei enzime este construit dintr-un numr redus de aminoacizi situai n vecintate sau la distan. n general, se admite ca pentru o reacie chimica obinuita, enzima particip cu doi centri activi. Pentru enzimele cu structura binar unul dintre centrii activi este, n general, situat n fragmentul protetic, iar al doilean fragmentul prostetic. (Vezi modelul cheia i lactul) Astfel, cataliza enzimatic are elemente comune cu cataliza omogen, deoarece enzimaesteadeseori repartizat uniform n sistemul chimic al crui transformare o asigur.Cataliza enzimatic are caracter i de cataliz eterogen, reacia biochimic desfaurndu-se n regiuni bine determinate de pe suprafaa enzimei, situate la limita de separare dintre sistemul reactant i macromolecula catalizatorului. Un alt caracter tipic este marea eficien catalitic a enzimelor. O reacie decurge n prezena enzimei de 108pana la 1011ori mai repede, dect n absenta ei. Numrul de molecule de substrat transformate sub aciunea enzimei ntr-un minut (numr de transfer, turnover) variaz ntre 1000 1000000. Cataliza enzimatic are loc n condiii blnde. Reacii care necatalizate nu au loc dect la temperaturi nalte, presiuni mari, valori extreme de pH, sub influena enzimelor evolueaz cu mare vitez la temperaturi n jurul lui 370C i la presiune atmosferic, la pH aproape neutru.8.2.3. Influenta diferitor factoriA) Influenta pH-ului Pentru enzimele din organismul uman, pH-ul optim de aciune este pH-ul normal al mediului n care ele si manifestaciunea catalitic. Centrul activ al enzimelor conine grupe ionizabile, acide sau bazice, deci modificareapH-ului are ca efect modificarea gradului de disociere i, implicit, modificarea vitezei de reacie.pH-ul optim de aciune a unor enzimePentru enzimele din organismul uman pH-ul optim este intre 5-9, dar exist enzime ce acioneaz i n afara acestui interval.De exemplu, pepsina acioneaza la pH 1,5-2, fosfatazele alcaline la pH 9-10, iar fosfatazele acide la pH 4,5-5.

B) Influenta temperaturii asupra activitii enzimelor Fiecare enzima este caracterizat de un coeficient termic al reaciei, notat Q10, ce reprezint creterea vitezei de reacie pentru o cretere cu 100a temperaturii, n condiiile meninerii constante a celorlali parametri. Pentru reaciile enzimatice Q10 este ntre 1 si 2, fiindmai mic dect pentru reaciile necatalizate, pentru care Q10 este intre 2 si 4. Aceasta relaie este valabil numai pan la temperatura optim, pentru care viteza de reacie este maxim. Creterea temperaturii peste temperatura optima determina scderea vitezei de reacie, datorit denaturrii prii proteice a enzimei.Temperatura optim pentru enzimele din organismul uman este 37-400C, la plante 50-600C, iar pentru cele din microorganismele din apele termale este 80-1000C.Determinarea activitii unei enzime trebuie s se fac la o temperatur ntre 25-370C.

8.3 Tema Influenta efectorilor enzimaticiEfectorii enzimaticisunt substane cu structuri chimice variate care aduse n mediul de reacie pot influena activitatea enzimei care catalizeaz reacia.Efectorii enzimatici pot fiactivatorisauinhibitori. Activatorii enzimatici.Sunt compui care stimuleaz activitatea enzimelor. Acetia pot fi:- activatori ai unor proenzime. Forma inactiv a enzimei se numeteproenzimsauzimogen, n care centrul activ al enzimei este mascat. Prin eliminarea unei pri din molecul, centrul activ este demascat, enzima devenind activ Enzimele se caracterizeaz printr-o remarcabil specificitate n raport cu tipul de reacie catalizat i cu natura substratului transformat.Sunt uneleenzime(ureaza, arginaza) care nu catalizeaz dect o singura reacie bine determinat.Remarcabil este de asemenea multitudinea reaciilor catalizate de enzime. Astfel, enzimele intervin n reacii dehidroliz, de polimerizare i policondensare, de oxidoreducere, de transfer de gruprifuncionale (formil, metil, amino, acil, carboxil), de formare i scindare de legturi covalente, de reacii prin radicali liberi etc.Unele caracteristici ale enzimelor sunt imprimate de structura lor proteic. Astfel, activitatea lor n cursul metabolismului intermediar este limitat n timp. Ele se degradeaz relativ rapid sub influena altora. Activitatea, degradarea i biosinteza enzimelor, sunt reglate de factori i mecanisme de control, de complexitate deosebit i situate la nivele variate de organizare a sistemelor biologice.8.3.1 Specificitatea de reacie Enzimele catalizeaz un anumit tip de reacie, n funcie de modulde aciune asupra substratului. Acest tip de specificitate st la baza clasificrii enzimelor i este datorat cofactorului care guverneaz tipul de reacie n care se va angaja substratul. De exemplu, un anumit -aminoacid poate fi substrat pentru mai multe enzime care au cofactori diferii.

Specificitatea absolut.Enzimele din aceasta categorie acioneaz strict asupra unui anumit tip de substrat nerecunoscnd nici o modificare a substratului respectiv. Ele nu sunt specifice pentru o anumita legtura sau grupare din structura substratului i recunosc doar substratul n totalitate.Exemple:Arginaza acioneaz numai asupra argininei:Anhidraza carbonica catalizeaz sinteza acidului carbonic:

8.3.2. Cataliza prin ioni metalici

Multe enzime necesit prezena metalelor pentru a-si manifesta aciunea, fiind din acest punct de vederemetaloenzime(conin ionii integrai n structuri intim legate de enzim) sau enzime ce necesitametalelecaactivatori( metalul este legat de enzim prin legturi mai slabe). Interaciunile ionice dintre un metal legat la enzim i substrat pot ajuta la orientarea substratului pentru reacie sau pentru a stabiliza starea de tranziie.Metalele funcioneaz drept catalizatori electrofili sau ca i centri nucleofili la pH neutru.Alcool - dehidrogenazaeste una dintre enzimele care folosesc acest mecanism, n care un ion Zn2+stabilizeaz sarcina negativa ce apare tranzitiv la molecula de acetaldehida format n reacia de oxidare a alcoolului. Enolazaeste enzima ce catalizeaz reacia de transformare a acidului 2,3-difosfogliceric n acid fosfoenolpiruvic n glicoliz, pentru care ionii de Mg2+sunt implicai n interaciunea cu substratul (Fig.de mai jos).In cazul acesteia, Lys 345 funcioneaz ca baza extrgnd H+, iar Glu 211 ca acid cednd H+grupei OH-. Prin interaciunea acidului 2,3-difosfogliceric cu Mg2+se aciditeaz H+de la C2 devenind mai reactiv.

Manifestareaspecificitii enzimei n raport cu un anumit substrat sau grupe de substrat crora le confer o anumit orientare spaial precis; - activarearespectiv scderea energiei de activare a moleculelor de substrat reactant (S+);-procesulcatalitic efectiv prin care substratul se transforma n produs (P).E + SS+P +sau E + S ..[ES]P1+ E P2EP2+ S1[EP2S1]P2S1+ ES = donorS1 = acceptor Viteza reaciilorenzimaticeinfluenatede:concentraiaenzimei i substratului, temperatura, valoarea pH-ului, prezentaelectroliilor, alifactori.Cunoaterea rolului acestor factori are importan pentru ca prin studiul lor pot fi caracterizate enzimele i se poate interveni asupra activitii lor catalitice. Factorii enzimatici. 8.3.3. Reglarea activitii enzimatice.Caracteristicile componentei proteice Apoenzimafiind protein are toate nivelurile structurale. Structura primar este stabil, determinat de secven aminoacizilor din lanul polipeptidic. Structura secundar reprezinta procentul de configuraie spaiala -helix (n special) stabilizat prin legturi de hidrogen. Structura teriar se refer la asamblarea formelor elementare n spaiul tridimensional i plierea catenelor polipeptidice. Majoritatea aminoacizilor polari se dispun la exteriorul moleculei, iar aminoacizii nepolari la interior, formnd o zon hidrofob intern. Structura cuaternar apare la majoritatea enzimelor care sunt alctuite din mai multe catene polipeptidice identice (enzime homomultimerice) sau diferite (enzime heteromultimerice), asocierea protomerilor facndu-se prin legturi de hidrogen, interaciuni electrostatice, forte Van der Waals.Ca orice protein, enzimele se pot denatura ca urmare a unor modificri la nivelul structurilor secundare i teriare.Componenta proteic a enzimelor se caracterizeaz prin urmtoarele:- este nedializabil i termolabil;- confer specificitatea de substrat pentru activitatea unei enzime;- conine situsul catalitic i pe cel la care se leag efectorii n cazul enzimelor allosterice;- determin legarea substratului la situsul catalitic i a efectorilor la alt situs.Caracteristicile cofactorilor Cofactorii sunt compui cu structura chimica variat derivai de la vitamine sau ioni metalici, legai mai labil de partea proteic (coenzime) sau fiind intim asociai cu aceasta prin legturi covalente (grupe prostetice).

Tabel 4.1 Exemple de cofactori enzimaticiIoni metaliciEnzimaCoenzimaGrupa transferatEnzima

Cu2+Zn2+Mg2+Mn2+K+Fe2+, Fe3+Citocrom oxidazaAlcool dehidrogenazaHexokinazaArginazaPiruvat kinazaCatalazaPeroxidazaNAD+FADPALPOBiotinaFH4H+H+NH2CO2-CHO-CH3Lactat dehidrogenazaSuccinat dehidrogenazaAspartat aminotransferazaPropionilCoA carboxilazaTimidilat sintaza

Acetia se caracterizeaz prin urmtoarele:-sunt termostabili;-sunt dializabili; -sunt indispensabili pentru desfurarea activitii enzimei;-confer specificitatea de reacie pentru o enzim;-intervin n reacie inducnd conformaia optim a enzimei, favoriznd aranjamentul adecvat reaciei sau transfernd electroni sau grupe chimice.Ansamblul de reacii chimice care constituie metabolismul se desfoar ntr-o ordine strict, la baza creia st procesul complex de reglare a activitii enzimelor.

Sisteme multienzimatice Exista ci metabolice n care toate enzimele ce catalizeaz reacii individuale sunt asociate sub forma unorsisteme multienzimatice(enzime polifuncionale). Acestea sunt sisteme proteice complexe capabile s foloseasc mai multe coenzime diferite. Sunt fixate prin legturi slabe, n ordinea corespunztoare intrrii n aciune, pe o protein central, ce poate fi chiar una dintre enzime.Exemplul cel mai elocvent este reprezentat de complexele implicate n decarboxilarea oxidativa a -cetoacizilor: piruvat dehidrogenaza, -cetoglutarat dehidrogenaza formate dintr-un ansamblu proteic, patru coenzime (TPP, NAD+, acid lipoic, coenzima A) , ionul Mg2+, cu participarea final a NAD+. Un alt exemplu este acid gras sintaza care intervine n biosinteza acizilor grai format din 7 enzime legate de o protein.

IzoenzimeSuntenzime carenplasmprezintdou saumai multe forme moleculare.Aceste variante sunt cunoscute ca i izoenzime i dei ele au structuri diferite auaceeai funcie catalitic. Toate catalizeaz aceeai reacie, dar cu viteze diferite.Catalizeaz aceeai reacie,darau proprieti fizicochimice, cinetice, imunologice diferite.Pe baza acestor proprieti pot fi detectate i separate prin electroforez i cromatografie.Din punctde vedere structural, sunt oligomeri formai din subuniti identice sau diferite.Se cunoscizoenzime pentru oxidaze, dehidrogenaze, fosfataze, transaminaze.Exemple:a) Lactat dehidrogeneza (LDH) izoenzime (informatii generale)LDH este o oxidoreductaza ce participa la glicoliza anaeroba, cataliznd reacia reversibil de conversie a acidului lactic n acid piruvic. Este o enzim citoplasmatic tetrameric, compus din subuniti H (Heart) i M (Muscle), larg distribuit n organism, fiind ntlnit cu precadere n rinichi, miocard, musculatura scheletic, creier, eritrocite, ficat i plmni.LDH este un indicator nespecific de lezare tisular. Pentru a identifica sursa creterii nivelului enzimatic sunt necesare izolarea i cuantificarea celor 5 fractiuni diferite ale LDH-uluirezultateprin combinarea n diferite proporii a celor dou tipuri de monomeri H si M: LDH-1 (H4), LDH-2 (H3M), LDH-3 (H2M2), LDH-4 (HM3) si LDH-5 (M4).b) Fosfataza alcalina-izoenzime (informatii generale) Fosfataza alcalina(ALP)este o enzim ce face parte din clasa hidrolazelor (ortofosfomonoesterfosfohidrolaza). Serul uman conine un amestec variabil de izoenzime ale fosfatazei alcaline (ALP) provenite n principal din ficat, intestin, rinichi i os, la care se adauga n timpul sarcinii o forma tranzitorie, forma placentar. Anumite tumori maligne pot, de asemenea, produce o izoenzima ALP-7.Fosfataza alcalina de origine osoasa ostaza este o glicoprotein tetramerica care se gsete pe suprafaa osteoblastului i intervine n calcificarea matricei osoase, fiind cunoscut ca un indicator sensibil i fidel al metabolismului osos. Are un timp de injumatire lung. Un nivel ridicat al izoenzimei osoase este intlnit in perioada de cretere osoas, n cursul procesului de vindecare a fracturilor, ct i n afeciuni ale sistemului osos caracterizate prin hiperactivitate osteoblastic i remodelare osoas cum ar fi boala Paget, rahitism, osteomalacie, acromegalie, osteosarcom, sarcom Ewing, metastaze osoase (n special asociate cu carcinom prostatic i mamar) 4;5;6.c) Creatin- fosfokinaza(CK) este localizat cu preponderena nmusculatura scheletic, miocard.S-au pus n eviden 3 izomeri:1. CK/HM-de origine muscular imiocardic,2.CK/BB gsit n esutul cerebral3.CK/MB provenit din miocard.Aceast enzim catalizeaz formarea ATP din creatinfosfat i ADP i seinactiveaz foarte repede prin oxidarea gruprilor SH.

8.3. Preparate enzimatice Activitatea catalitic a enzimelor, extrem de important din punct de vedere fiziologic, prezint i o deosebit importan practic. O serie de industrii care prelucreaz materii prime de origine vegetal sau animal au de a face n procesele lor tehnologice cu reacii catalizate de enzime care sunt proprii acestor materii prime sau sunt elaborate de microorganismele ce sedezvolt n /pe ele. Reacii enzimatice similare pot avea loc ns i cu enzime exogene sau cu sistemeenzimaticeextrasedindiversesursebogatenenzimei introduse apoi n procesele tehnologice n scopul realizrii unor transformri dorite. Aceste enzime sau sisteme enzimatice izolate din mediile n care au fost elaborate se numesc preparate enzimatice. Ele se caracterizeaz printr-o puritate mai mic sau mai mare n funcie de cantitateai tipulcompuilor,proveniidinsursaenzimatic, ce le nsoesc. Cu alte cuvinte, preparatele enzimatice pot fi mai mult sau mai puin pure (purificate). nvedereaobineriipreparatelorenzimaticetrebuiealesunmaterial biologicbogatnenzimecuonaltactivitatecatalitic;materialul trebuie s fie ieftin, uor accesibil is se prelucreze uor.Materiile primefolosite la obinerea preparatelor enzimatice pot fi de natur vegetal, animal sau microbian. La plante concentraii mari de enzimesentlnescnsemine,nboabeledecerealegerminatei negerminate, n fructe, rdcini, sev, frunze. La animale enzimele segsesc n toate celulele, ns concentraii mari de anumite enzime se gsesclocalizatendiferiteorganeca:ficat,rinichi,inim,muchi.Acestea au ns organe i esuturi specializate n producerea de enzime,aa cum sunt glandele salivare, mucoasa stomacului, pancreasul, mucoasa intestinal. O surs foarte important de enzime pentru obinerea preparatelor enzimatice o constituie microorganismele: bacteriile, drojdiile i mucegaiurile. Acestea prezint avantajul c se pot obine cu uurin n cantiti mari prin nmulirea n instalaii speciale pe medii de cultur ieftine, de obicei subproduse ale industriei alimentare(tre de gru,extract de porumb, melas, roturi de soia i de floarea soarelui, etc.).de asemenea, ciclul de dezvoltarealmicroorganismelorestefoartescurt ncomparaieicucicluldedezvoltarealanimaleloriplantelor,iarroducialorde enzimepoatefimultmritprinselectareai utilizarea detulpiniimutantenaltproductiveiprinutilizareaunorcondiii optime de cultivare.

1. Preparatele enzimatice microbienensuirea anumitor mucegaiuri i bacterii de a producen cursul dezvoltrii lor, ca de altfeli cerealele care germineaz, enzime amilolitice este demult timp cunoscut n trile din Asia, n special Japonia i China. Astfel pentru prepararea buturii sake din orez sefoloseste un amestec de mucegaiuriproductoare de enzime. Primul procedeu de zaharificare a porumbului pentru obinerea bioetanolului, care s-a bazat pe folosirea enzimelor microbiene, procedeul Amylo, a aprut lasfritul secolului trecut n Frana,servindu-se de o cultur pur din mucegai.Triferment, drajeuri . Categoria:MedicamenteCompoziie Drajeuri coninnd tripsina 18 u.W., lipaza 6 u.W. i amilaza (putere amilolitic) 6,5 g. Aciune terapeutica, preparat enzimatic digestiv, cuprinde fermeni pancreatici, proteolitici, lipolitici i amilolitici. Indicaii: pancreatit cronic, fibroza chistic pancreatic (la copii), dispepsii de putrefacie i fermentaie, tulburri digestive prin exces alimentar la bolnavii cu insuficien secretorie a pancreasului (profilactic i curativ), tulburri digestive n cursul tratamentului cu sulfamide sau antibiotice cu spectru larg. Drajeuri. Categoria:MedicamenteCompoziie. Pancreatin 100 mg .Papain 25 mg. Extract liofilizat de aloe vera 5 mg . Aciune terapeutic. Preparat enzimatic digestiv rezultat prin asocierea enzimelor pancreatice (amilaze, lipaze, proteaze) cu un extract obinut din fructele plantei Carica papaya i un extract liofilizat de aloe vera. Aceasta asociere aduce n organism un surplus de enzime sub forma de amestec: cele de origine animal (enzime pancreatice) cu cele de origine vegetala (prezente n fructele de Carica papaya), obinndu-se un sinergism de aciune la nivelul tractului digestiv. enzimele digestive prezente n extractul Carica sunt papaina (cu aciune similar pepsinei, denumit pepsin vegetal i care solubilizeaz proteinele), renina (ce descompune proteinele din lapte) i o enzim similar peptidazelor (care stimuleaz declanarea digestiei). Extractul de Carica papaya prezinta i o usoara aciune antiulceroas. La aceste enzime se asociaz extractul de Aloe vera care la Fermeni pancreatici Categoria:MedicamenteCompoziie: Un drajeu conine pancreatina 275mg (echivalent cu o activitate enzimatic minim per drajeu, de: 18 u.W activitate proteolitica, 6 u.W activitate lipolitica si 6.5g activitate amilolitica) si excipieni: amidon de porumb, zahar, gelatina, talc, acetoftalat de celuloza, polisorbat 80, polietilenglicol 400, carbonat de calciu, colorant Subset Yellow (E 110), ceara galbena, ceara carnauba. Descrierea produsului: fermeni pancreatici este un preparat enzimatic digestiv, cuprinde fermeni pancreatici: proteolitici, lipolitici si amilolitici. Acest produs asigura dizolvarea grsimilor, proteinelor si carbohidrailor, ajuta digestia si menine tractul digestiv in stare optima. Indicaii: Este indicat ca tratament in: - pancreatita cronica; - Fibroza chistica pancreatica (la copii); - Tulburrii digestive prin exces alimentar la bolnavii cu insuficena secretorie a pancreasului (profilactic si curativ); - Dischinezie biliar; - Colite i enterocolite. Kreon 10 000, capsule Categoria:MedicamenteCompoziie Capsule a 150 mg pancreatina in minimicrosfere cu inveli enteric (echivalent cu 10 000 uniti Ph. Eur. lipaza, 8 000 uniti Ph. Eur.amilaza, 600 uniti Ph. Eur. proteaze totale); cutii cu 20, 50 capsule. Aciune terapeutic. Secreia enzimatic pancreatic absenta sau redusa (mai mica dect 10% din normal) necesit tratament de substituie. enzimele pancreatice ingerate pe cale oral sunt necesare pentru descompunerea nutrienilor n vederea digestiei. Lipaza descompune graimile, amilaza descompune glucidele, iar proteaza determina descompunerea proteinelor. Capsulele se dizolva n stomac n cateva minute i elibereaz sute de minimicrosfere. Toate minimicrosferele au un inveli enteric, pentru a proteja enzimele, n special lipaza, de la degradare i denaturare de ctre sucul gastric. Prin aceasta form galenic se obine un amestec omogen cu chimul gastric. Dimensiunea minimicrosferelor este important pentru asigurarea trecerii prin pilor n timpul fazei

8.4. Tema. Nomenclatura i clasificarea enzimelorDescrierea principalelor clase de enzime. Odat cu creterea numrului de enzime descoperite i studiate sub aspectele structurii lorchimice i mecanismului reaciei catalizate, a aprut necesitatea unei clasificri tiinifice a acestora. Astzi este valabil clasificarea propus n 1964 de ctre Comisia de Enzimologie a Uniunii Internaionale de Biochimie care are la baz tipul imecanismul reaciei catalizate. Enzimele sunt biocatalizatori care exercit o aciune specific n soluii diluate. Enzimele acioneaz selectiv, nu provoac reacii imposibile (nespecifice) ei, mresc viteza reaciilor chimice, acionnd pe diferite sectoare ale macromoleculelor, vremelnic se combin cu ele, dup care revin n compoziia iniial. La rndul lor enzimele dinfiecare clas se mpart nsubclase i subsubclase, n funcie de mecanismul de reacie, natura cofactorului, tipul de legtur chimic din substrat asupra creia acioneaz etc. n cadrul fiecrei sub subclase, enzimele sunt aranjate ntr-o anumit ordine, n special cronologic.Conform acestei clasificri, fiecare enzim este caracterizat nu numai de o denumire, ci i de un cod specific format din patru cifre: prima cifr reprezint clasa, a doua subclasa, a treia cifr arat sub subclasa, iar ultima cifr a codului indic numrul de ordine din subsubclasarespectiv.AcestcodesteprecedatdeprescurtareaE.C.(Enzyme Commission). De exemplu, denumirea corect i complet a catalazei este H2O2: H2O2 oxidoreductaza, iar cea a enzimei cu denumirea trivial dihidroorotaza esteL-5,6-dihidroorotat-amidohidrolaza.Conform acestui criteriu, enzimele cunoscute pn n prezent se clasific n ase claseprincipale, enzimele cuprinse ntr-o clas cataliznd acelai tipde reacie, adic dup reacia pe care o catalizeaz.Enzimele sunt biocatalizatori adic o clasa special de molecule proteice dotat cu activitate catalitic.-Caracteristici--sunt cei mai eficieni catalizatori cunoscui deoarece acioneaz la concentraii foarte mici ,desfurnd o activitate intens.-nu se consum i nu se transform n timpul reaciilor biochimice pe care le catalizeaz.-micoreaz energia de activare a moleculelor asupra crora acioneaz-nu modific starea final deechilibrua reaciilor pe care le catalizeaz ,ci mresc numai viteza cu care se realizeaz acest echilibru .- enzimele au specificitate de substrat, dar i specificitate de reacie.- unele enzime au proprieti.reglatoare, adic deci de iniierea, desfurarea sau stoparea unei anumite reacii.Structura iconformaia enzimelorDeoarece enzimele sunt molecule de natur proteica, ele vor fi alctuite dintr-un numr foarte mare de aminoacizi care vor fi dispui ntr-o configuraie spaial de tip. genetic, configuraie.care va fi specific pentru activitatea catalitic a enzimei. Fiind proteic va avea toate proprietile .fizico-chimice ale proteinelor. Unele enzime sunt monocomponente fiind alctuite din macromolecula proteica. Majoritatea enzimelor sunt ns biocomponente. Apoenzima-este molecula proteica a enzimei termo-labil, nedializabil, dotat cu activitate catalitic determin specificitatea desubstrat n reacia pe care o catalizeaz. Cofactorul-molecule de natur neproteica, cu structur chimic diferit, indispensabile manifestrii activitii catalitice a unei enzime.

8.4.1. Clasificarea enzilemlor. Descrierea principalelor clase de enzime

Dup natura reaciilor pe care le catalizeaz enzimele au fost clasificatein 6 mari clase enzimatice:1)Oxireductaze catalizeaz reaciile care decurg cu transfer de hidrogen, electroni sau oxigen.2)Hidrolaze - catalizeaz reaciile de liz a moleculelor de substrat sub aciunea apei3)Transferazecatalizeaz transferul unor grupri specificede unsubstrat donor la un substrat accptor.4)Izomeraze- catalizeaz reaciile de rearanjare intramolecular a atomilor sau gruprilor funcionaledin molecula substratului.5)Liazelecatalizeaz scindarea legturilor chimice fr aportul apei.6)Ligazelecatalizeaz reaciile de formare a unor noi legturi chimice cu consum de ATP .

Oxireductaze (Dehidrogenaze)Acea clasa de oxireductaze care catalizeaz reacia redox cu transfer de H2 adic au nite coenzime care joac rolul de acceptori intermediari de H2 ntre substrat i produsul final.Glicoliza este procesul biochimic enzimatic dedegradare a glucozei, respectiv procesul de oxidare intracelular a glucozei n scopul obinerii de energie sub form de ATP necesar celulelor eucaritote vegetale i animale. Se realizeaz pe 2 cai metabolice :a) Anaerobare loc n citoplasm i se desfoar sub prezena O2 , dar fr participarea lui i const n degradarea glucozei pn la acid lactic ca produs final rezultndo cantitatemic de energie sub form de ATP;b) Glicoliza aeroba se realizeaz n condiiile participrii directe a O2 i const n degradarea glucozei pn la produi finali CO2, H2O i o cantitate mare de energie sub formade ATP.Glicoliza anaeroba reprezint succesiunea de reacii enzimatice care se petrec n condiiile aprovizionri insuficiente cu oxigen a esutului muscular .este un proces rapid de generare a unei cantiti relativ mici de energie rezultnd totodat i produi de metabolism ce pot fi utilizai n reaciile de biosinteza .Oxireductazele catalizeazreaciile biochimice de oxidoreducere. Oxidoreducerea este un proces de transfer de electroni de la un donor la un acceptor cu trecere de la forma redusla forma oxidat.Atomii de hidrogen sunt donori de electroni n sistemele biochimice.Oxidoreductazele sunt sisteme redox capabile de a se transfera reversibil din forma redusn cea oxidatprin transfer de atomi de hidrogen sau de electroni.Oxidoreductazele cu transport de hidrogen sunt numite i dehidrogenaze (aceste enzime participladehidrogenareasubstratului).Acesteasuntenzimeceaun structurcoenzime. Catalizeaz procesele celulare deoxidoreducere, procese ce se desfoar prin transport de hidrogen, electroni i oxigen de la un substrat donor la acceptor.DH2+ A D + AH2 Dehidrogenaze-catalizeaz (de obicei reversibil) transferul de hidrogen de la un substrat donor de hidrogen(notat DH2) la acceptorul de hidrogen(notat A)DH2+ A D + AH2Denumireasistematic:donordeechivalenireductori:acceptor eechivalenireductorioxidoreductaze.Oxidaze sau oxigenaze = catalizeaz scoaterea hidrogenului de pe un substrat (DH2)utiliznd oxigenul ca acceptor.

Produi de reacie: apa (H2O) sau peroxidul de hidrogen (H2O2).

DH2(Red) O2 DH2 O2

Oxidaze

(Oxigenaze) Oxidaze D(Ox) H2O D H2O2

Oxigenazele - dou grupe:A.Dioxigenazencorporeaz ambii atomi de oxigenn molecula substratului(notat D):B.Monooxigenaze sau hidroxilazecatalizeazncorporarea unui singur atom de oxigenn molecula de substrat (notat, n acest caz, DH), iar cellalt este redus la ap:unde DHsubstrat donor de hidrogen; AH2cosubstrat donor de hidrogen; D-OH este substrat hidroxilat.

Transportori de hidrogen coenzime nicotinice(coenzime piridinice)

Coenzime nicotinice (coenzime piridinice).Coenzime transportoare de hidrogenStructur chimic:cele dou forme biologic active ale amidei nicotinice (vitamina B3):Nicotinamid adenindinucleotid-NAD+(n forma oxidat)Nicotinamid adenin-dinucleotidfosfat-NADP+(forma oxidat) Coenzimele dehidrogenazelor sunt:a) Nicotinamid-adenin-dinucleotidprescurtatNAD+.b) Esteoenzimcustructurdinucleotidic:c) Primaschemcaresetermincu

Mecanismul redox este axat pe nucleul piridinic, motiv pentru care notnd cu -R restul moleculei, procesul redox poate fi prezentat astfel:

Sistemul redox poate fi prezentat astfel(vezi schema de mai sus):

c)Flavin -adenin -dinucleotid, prescurtatFAD. Schematic structura chimicpentru FAD (marcnd structura flavinici notnd cu R restul nucleului dinucleotidului) este forma oxidatFormaredus - cea de jos.Oxidoreductazele cu transfer de electroni sunt enzime cu grupareprostetichemic(structurprofiriniccu ioni centrali de Fe2+sau Fe3+). Din aceastclasfac partecitrocomii.Toi citrocomii sunt sisteme redox cu transfer de electroni care funcioneazpe baza mecanismului reversibil.Se cunosc mai muli citocromi, n funcie de potenialul redox la care acioneaz, astfel: citocromul a, citocromul b, citocromul c. Marea parte a citocromilor acioneazn lanul respirator i n procesul de fosforilare.Lactat dehidrogeneza (LDH) LDH este o oxidoreductaz ce particip la glicoliza anaerob, cataliznd reaca reversibil de conversie a acidului lactic n acid piruvic. Este o enzim citoplasmatic tetrameric, compus din subuniti H (Heart) i M (Muscle), larg distribuit in organism, fiind ntlnit cu precdere n rinichi, miocard, musculatura scheletici, creier, eritrocite, ficat i plmni.LDH este un indicator nespecific de lezare tisular, are 5 fraciuni diferite ale LDH-uluirezultateprin combinarea n diferite proporii a celor dou tipuri de monomeri.

8.5. Transferaze Sunt enzime care catalizeazreacii de transfer a unor grupri (resturi de molecule) de pe un substrat pe altul, dupreacia general: SA + S!BSB + S!A (sau cea de sub linie)Dupnatura chimica radicalului sau a gruprii funcionale transferate distingem urmtoarele subclase: metiltransferaze (transferradicalul metil CH3 -);aciltransferaze (transferaze grupare acil R-CO-;acil coenzima A); aminotransferaze (transfergruparea funcionalamino - NH2); glicoziltransferaze (transfergruprii glicozil);fosforiltransferaze (transfergruprii fosfat).Coenzimele transferazelorsunt numeroase::piridoxal fosfatul,tiamin pirofosfatul,coenzima A,acizii folici,coenzimele B12,biotina,S-adenozil metionina, nucleotid polifosfai(ATP),formele active ale unor compui(UDP-glucoza, CDP-colina) etc.Exemplu:EC 2.7.1.2 ATP: D-glucozo-6-fosfotransferaza (glucokinaza)D-glucoza+ ATP=D-glucozo-6-fosfat + ADPn cazul transferazelor de grupe fosfat denumirea face obligatoriu referire la acceptor. 2.7.1-alcool, 2.7.2.-carboxil, 2.7.3-grupa cu azot.Pentru fosfotransferazele ce necesit ATP ca donor de grupe fosfat se mai utilizeaza denumirea uzualakinaza.

8.6. Hidrolazenbiochimie, ohidrolazeste oenzimcare catalizeazhidrolizauneilegturi chimice. De exemplu, o enzim care catalizeaz urmtoarea reacie este o hidrolaz:AB + H2O AOH + BHSunt enzime care catalizeazruperea legturilor moleculare ale unor substane cu ajutorul apei (hidroliz). Dupnatura legturii scindate distingem urmtoarele subclase:esteraze (lipaze cnd hidrolizeazlipide, ribonucleaze cnd hidrolizeazfosfoesteri);Esterazele sunt enzime care catalizeaz reacia reversibila de scindare a legturilor esterice cu formarea acidului i alcoolului corespunzatori.Aceste enzime au o specificitate mica n raport cu substratul i ca urmare microlizeaz cu viteze comparabile un numar mare de esteri.Exist mai multe tipuri de esteraze n funcie de natura chimic a acidului care particip la formarea legturilor ester.Carboxilesterazele enzimele care catalizeaz scindarea hidrolitic a esterilor carboxilici. Din aceasta categorie fac parte: Lipazele sau, conform denumirii sistematice, glicerol-ester-hidrolaze, care catalizeaz hidroliza gliceridelor dup reacia: diglicerida + acid gras triglicerida + H2O Lipazele nu au o specificitate strict, dar viteza de aciune catalitic variaz cu originea diverselor lipaze. Au o specificitate n funcie de lungimea catenei acizilor grai i posed o selectivitate n funcie de configuraia subtratului. Posed, de asemenea, o specificitate stereochimic, unul din izomerii optici ai aceluiai substrat putnd fi atacat cu o vitez mai mare dect cellalt.Lipazele scindeaz toti cei trei acizi grai ai gliceridei, nsa nu simultan, ci succesiv, fapt foarte important pentru procesul de absorbie a lipidelor.Lipazele sunt enzime foarte rspndite n natur. n organismul animal se gsete lipaza n sucul pancreatic, ficat, snge, limfa i n lapte. Plantele oleaginoase conin, de asemenea, lipaze foarte active (n ricin, soia, floarea soarelui). O serie de mucegaiuri i bacterii reprezint surse bogate n lipaze, fiind folosite pentru biosinteza carboxilesterazelor i obinerea preparatelor enzimatice de acest tip. Trebuie ns menionat c lipazele de diferite proveniene se deosebesc ntre ele sub aspectul proprietilor i caracterului aciunii.Aciunea lipazelor are o mare importan pentru pstrarea alimentelor (finurilor, crupelor), mai ales a celor ce conin cantiti mari de lipide. Prin aciunea acestor enzime, n timpul depozitrii produselor alimentare, se produce o rapid descompunere a gliceridelor n acizi grai i glicerol, ceea ce conduce la o cretere a aciditii produselor i la deprecierea lor calitativ. Fosfolipazele sunt esteraze care catalizeaz reacia de scindare hidrolitic a acizilor grai din glicerofosfolipide (fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina). Fosfolipidele sunt grsimile inteligente din creierul nostru. Ele sunt experte n izolare, ajutnd la producerea unei substane numita mielina care formeaz o teac n jurul nervilor, asigurnd astfel o propagare silentioas a semnalelor din creier.Ele ajuta la furnizarea nutrimentelor care sunt implicate ntr-un proces cheie al organismului.Ne mbunatesc dispoziia, mintea i performanele intelectuale, dar ne i protejeaz mpotriva declinului memoriei.Surse importante de fosfolipide sunt sardinele, ouale(cele de la ginile care au fost hrnite cu semine de in sau concentrate din fin de pete), boabele de soia, arahidele i alte fructe oleaginoase. Amilaza sericface parte din categoria hidrolazelor, subgrup de enzime ce catalizeaz degradarea hidrolitic a amidonului, glicogenului, poli- i oligozaharidelor.Amilaza este o enzim de secretie exocrin care este prezent in ser sub dou forme principale: izoenzima pancreatic (40% din amilaz seric total) i izoenzima salivar (60% din amilaza seric totala). Enzima mai este prezent in cantiti mult mai mici n ficat, sucul duodenal, intestinul subire, trompele uterine i muchii scheletici. Fosfataza alcalin (ALP)este o enzim ce face parte din clasa hidrolazelor (ortofosfomonoesterfosfohidrolaza). Serul uman conine un amestec variabil de izoenzime ale fosfatazei alcaline (ALP) provenite n principal din ficat, intestin, rinichi i os, la care se adaug n timpul sarcinii o forma tranzitorie, forma placentar. Substanele transformate n aceste reacii se caracterizeaz printr-o tendin limitat de reacie "in vitro" n aceleai condiii cu cele din organism.De exemplu, oxidarea glucozei n celule se realizeaz rapid, glucoza fiind un compus ce nmagazineaza o mare cantitate de energie prezentnd un anumit potenial termodinamic, dei n laborator, n aceleai condiii ca cele din organism, aceasta este stabil n prezena oxigenului.Astfel de procese, favorabile termodinamic, pot decurge cu viteze crescute datorit aciunii catalitice a enzimelor. Colinesterazele scindeaz hidrolitic esterii colinei, prezeni ndeosebi n esutul nervos, sinapse, eritrocite. Astfel, aciunea acestor enzime se descompune : acetilcolina, mediatorul chimic care faciliteaz transmiterea influxului nervos de la nervii motori la muchii striai. Colinesteraza serica este o enzim care provine din ficat, pancreas, cord i creier (substana alba), de unde este eliberat n snge. Din punct de vedere clinic, colinesteraza este folosit n principal ca un indicator al unei posibile intoxicaii cu insecticide. La persoanele care lucreaz cu insecticide ce conin fosfor scderea acestei enzime din snge este att de puternic, nct poate pune viata n pericol.glicozidaze (cnd scindeazprin hidrolizlegturi glicozidice);peptidaze (cndscindeazprin hidrolizlegturi peptidice).8.7.LiazeSunt enzime care catalizeazreacii de scindare a unor legturi chimice n absena apei sau procese de oxido-reducere. Liazele pot determina ruperea urmtoarelor legturi:legtura C C (cele mai importante sunt decarboxibazele, care catalizeazeliminarea CO2de pe substrat);legtura >C=O (cele mai importante sunt aldolazele care determinscindarea compuilor carbonilici);legtura C - N.8.3.5. Izomeraze

Sunt enzime care catalizeazizomerizarea diferitelor substraturibiologice. Ele pot contribuila transformarea aldozelor ncetoze i invers,a formelor ceto-enolice etc.

8.3.6. LigazeSunt enzime care catalizeazreacii de sintez, formarea de noi legturi. Formarea noilor legturi se face cu consum de energie, motivpentrucarereaciile catalizate de ligaze sunt cuplate cu reaciile de scindare a unor compui macroergici (ATP). Aceste enzime pot cataliza:formarea legturii C - C (carboxilazele prin cataliza reaciilor de introducere a unei molecule de CO2n molecula altor substane);formarea legturii C - S (sunt enzime care sintetizeazformarea acil-coenzimei A plecnd de la acizii carboxilici prin mecanismul:

Numele acestei enzime: Acetil - CoA sintetaz. Studiul enzimelor - enzimologia s-a dezvoltat foarte mult n ultimele decenii, numrul enzimelor cunoscute depind 2000 fade 10 - 15enzime n 1920. n organism alturi de enzimele bine individualizate i localizate se gsesc sisteme enzimatice sau complexe multienzimatice care catalizeazreacii succesive sau cuplate. n organismele vegetale existi substane, care sunt factori coenzimatici (ndeplinesc rolul de coenzime) sau sunt activatori enzimatici, cum sunt vitaminele.Rezumat Enzimelesuntproteinespecializatencatalizareaciilor biologice. Unele enzime sunt proteine simple, altele sunt conjugate coninnd cagrupri prostetice ioni metalici, coenzime sau ambele. n reaciile catalizate de enzime creterea concentraiei de substrat produce creterea vitezei de reacie pnla un punct dupcare viteza de reacie devine independentde concentraia substratului Enzimele se clasificn funcie de reacia pe care o catalizeazin:oxidoreductaze, transferaze,hidrolaze, liaze, izomerazei ligaze. Coenzimelei gruprile prosteticeservesccapurttori intermediari ai gruprilor f Caracteristicile cofactorilor Cofactorii sunt compui cu structura chimica variat derivai de la vitamine sau ioni metalici, legati mai labil de partea proteic (coenzime) sau fiind intim asociati cu aceasta prin legturi covalente (grupe prostetice) (Tabel 4.1).Acestia se caracterizeaza prin urmatoarele: sunt termostabili; sunt dializabili; sunt indispensabili pentru desfurarea activitatii enzimei; confera specificitatea de reacie pentru o enzim; intervin n reacie inducnd conformaia optim a enzimei, favoriznd aranjamentul adecvat reaciei sau transfernd electroni sau grupe chimice.Sisteme multienzimatice Exista ci metabolice n care toate enzimele ce catalizeaz reacii individuale sunt asociate sub forma unorsisteme multienzimatice(enzime polifuncionale). Acestea sunt sisteme proteice complexe capabile s foloseasc mai multe coenzime diferite. Sunt fixate prin legturi slabe, n ordinea corespunztoare intrrii n aciune, pe o protein central, ce poate fi chiar una dintre enzime.

Tabel 4.1 Exemple de cofactori enzimaticiIoni metaliciEnzimaCoenzimaGrupa transferataEnzima

Cu2+Zn2+Mg2+Mn2+K+Fe2+, Fe3+Citocrom oxidazaAlcool dehidrogenazaHexokinazaArginazaPiruvat kinazaCatalazaPeroxidazaNAD+FADPALPOBiotinaFH4H+H+NH2CO2-CHO-CH3Lactat dehidrogenazaSuccinat dehidrogenazaAspartat aminotransferazaPropionilCoA carboxilazaTimidilat sintaza

Exemplul cel mai elocvent este reprezentat de complexele implicate n decarboxilarea oxidativa a -cetoacizilor: piruvat dehidrogenaza, -cetoglutarat dehidrogenaza formate dintr-unansamblu proteic, patru coenzime (TPP, NAD+, acid lipoic, coenzima A) , ionul Mg2+, cu participarea final a NAD+. Un alt exemplu este acid gras sintaza care intervine n biosinteza acizilor grai formata din 7 enzime legate de o protein.uncionale specifice, ai atomilor sau ai electronilor.Localizarea intracelulara a enzimelor n celula, enzimele sunt localizate specific n anumite compartimente fie n organite celulare, fie n citoplasm.Separarea organitelor celulare prin ultracentrifugare urmat de identificarea specific a enzimelor prin tehnici imunohistochimice a reprezentat modalitatea prin care s-a stabilit exact localizarea intracelulara a enzimelor.1. Unele procese au loc n toate tipurile de celule, enzimelerespective fiind rspndite ubicuitar(prezent pretutindeni), cum ar fi de exemplu, enzimele mplicate n biosinteza proteinelor i acizilor nucleici, enzimele glicolitice.2. Alte procese au loc numai n anumite celule, ca urmare numai acestea posed echipamentele enzimatice specifice. De exemplu, enzimele implicate n sinteza hormonilor tiroidieni sunt numai n tiroida, enzimele implicate n biosinteza ureei se gsesc numai n celulele hepatice.3. Fiecare organ se caracterizeaz printr-unprofil enzimaticreprezentat de enzimele care gsesc n diferitele compartimente din celul.Membrana celularaconine enzime implicate ntransportul substanelor.Mitocondriileprezint enzime ce catalizeaz procese generatoare de energie: membranele extern i intern conin enzimele implicate nlanul respirator, sinteza fosfolipidelor,elongareaidesaturarea acizilor grai, iar matricea mitocondrial conine enzimeleciclului Krebs, enzimele implicate ndecarboxilarea oxidativ a cetoacizilor catabolismulacizilor grai,dezaminarea aminoacizilor,biosinteza ureei.Nucleulconine enzimele implicate nmetabolismul acizilor nucleici.Ribozomiiabund n enzime implicate n diferitele faze alebiosintezei pro