e n z i m e

E N Z I M E

Caracteristici generale ale enzimelor

• Ce sunt enzimele ?

catalizatori ai reacţiilor chimice din organismele vii

Însuşirile comune cu catalizatorii

• acţionează în concentraţii foarte mici;

• nu se consuma în cursul reacţiei;

• nu modifică constantele de echilibru ale reacţiilor pe care le catalizează;

• grăbesc numai atingerea stării de echilibru pentru reacţiile termodinamic posibile.

Însuşiri caracteristice enzimelor

• 1.Cu excepţia ribozimilor, enzimele sunt invariabil proteine.

• Structural ele pot fi:a. enzime cu structura strict proteică: ribonucleaza, chimotripsina, lizozimul din mucusul nazal şi lacrimi;b. enzime cu structura heteroproteică: -parte proteica numită „apoenzimă“ -şi o parte neproteică numită:

cofactor = compus neproteic;coenzimă = componentă neproteică organică, legată

slab necovalent de apoenzimă;grupare prostetică = componentă organică legată

puternic de apoenzima (ex. hemul)

• 2.Enzimele asigură viteze mari reacţiilor • reacţiile enzimatice sunt de ori mai rapide ca cele

neenzimatice

a.hidratarea CO2 este catalizată de anhidraza carbonică , cea mai activă enzimă:

molecule/ secundă reacţia este de ori mai rapidă decât reacţia necatalizată

b.descompunerea catalizată de şi de catalază:

activitatea catalazei este de ori mai mare ca a

126 1010

CO2 + H2O H2CO3

3Fe

2 H2O2 2 H2O + O2

3Fe

22OH

610 x 2

510710

3.Specificitate

• De reacţie

• De substrat: -absolută

-relativă: -de grup

-mai largă

• Stereospecificitate

Specificitate de reacţie

Substrat + Reactant Produşi

• clasificarea enzimelor:

Oxido-reductaze;

Transferaze;

Hidrolaze;

Liaze;

Ligaze.

4.Enzimele prezintă specificitate de substrat (selectivitate în alegerea substratului)

• a.Specificitate absolută

enzimele utilizează ca substrat un singur compus chimic:

-ureaza catalizează hidroliza ureei:

-acetilcolinesteraza catalizează hidroliza esterului colinei cu acidul acetic:

-anhidraza carbonică

H2N CO NH2 + 2 H2O CO2 + 2 NH3

H3C COO CH2 CH2

N+(CH3)3

+ H2O H3C COOH + H2C CH2

N+(CH3)3HO

b.Specificitate relativă de grup

• Alcool dehidrogenaza transformă alcooli monohidroxilici cu număr mic de atomi de carbon în aldehidele corespunzătoare:

• Enzima are afinitate mare pentru alcoolul etilic

R CH2 OHAlcool dehidrogenaza

NAD+ NADH + H+

R CH O

c.Specificitate relativă largă

• Glicozidazele (H, OH)

O

HO

OH

OH

CH2-OHO

OH

OH

CH2-OH

O

O

HO

OH

OH

CH2-OH

O

O

OH

H

OH

CH2OHH

H

HOH2C

1

1

2 5

(H, OH)

OHO

OH

OH

CH2-OHO

OH

OH

CH2-OH

O

Proteazele

• Pepsina

• Tripsina

• Chimotripsina

NH CH CO NH

R2

CH CO

R3

R3 = fenilalaninã, tirozinãmetioninã, leucinã

Pepsinã

NH CH CO NH

R2

CH CO

R3

R2 = lizinã, argininã

Tripsinã

NH CH CO NH

R2

CH CO

R3

R2 = Phe, Tyr, Trp

Chimotripsinã

Carboxil esterazele

C

O

O R1

R

5.Specificitate stereochimică

• Enzimele disting

-un enantiomer levogir de cel dextrogir;

-un izomer cis de cel trans.

Lactat dehidrogenaza

NAD+ NADH + H+

COOH

C

CH3

HHO

Acid L-lactic

COOH

C

CH3

O

Acid piruvic

Succinatdehidrogenaza

• acidul maleic (izomerul cis) nu se obţine nici în urme:

FAD FADH2

CH2

CH2

COOH

COOH

Acid succinic

COOH

C

C

HOOC

H

H

Acid fumaric

CH2

COOH

• 6.Activitatea catalitică a enzimelor poate fi modulată de anumiţi agenţi reglatori.

Complexul ES

• reprezentare reacţii enzimatice :

E + S ES E + Produsi

Centrul activ al enzimelor

• Enzimele sunt macromolecule

• Centrul activ al enzimelor = o regiune restrânsă din proteina enzimă, cu structura chimică şi geometria bine determinate, conferite de natura resturilor aminoacidice şi de organizarea secundară, terţiară şi cuaternară a proteinei.

Centrului activ al chimotripsinei

• His - 57 din lanţul B;

• Ser - 195 din lanţul C; • Asp - 102 din lanţul B.

A B C

S S S S-chimotripsina contine 5 legãturi disulfurice

S S S S S S

Structura tridimensionalã a chimotripsinei

Triada Asp-His-Ser

Centrul activ al enzimelor

• centru de legare prezintă resturi aminoacidice care asigură legarea substratului

• centru catalitic preyintă resturi responsabile de catalizarea propriu-zisă

• Resturile de aa din situsurile catalitice ale enzimelor sunt: cisteină, serină, histidină, tirozină, acid glutamic şi acid aspartic, lizină cu grupările funcţionale:

• Centrul activ nu este o suprafaţă plană ci este o entitate tridimensională cu forme diferite.

OH, SH, NH3+, COO-

HN+

NH

imidazol

Complexul enzimă – substrat (ES)

• structuri labile, cu o viaţă foarte scurtă • între E şi S se stabilesc:

- forţe necovalente (punţi de hidrogen, interacţiuni hidrofobe, interacţiuni electrostatice) sau

-covalente reversibile

• Complementaritatea chimică şi geometrică determină legarea E-S

Modelul clasic (lacăt – cheie)

• al structurii spaţiale a centrului activ în raport cu structura substratului, propus de Emil-Fischer

• Este un model rigid.

Modelul lacãt cheie

SubstratEnzimã Complexul ES

Modelul dinamic „centrul indus“sau „complementaritate indusă“,

• produs de Koshland, este acela de mâna în mănuşă

• Modelul indus presupune o flexibilitate a zonei în care se află centrul activ

Modelul centrului indusSubstrat Enzimã Complexul ES

Cataliza covalentă

• Enzime care formează compuşi covalenţi enzimă-substrat. • Clasa serinei• Tripsina, Chimotripsina, Elastaza, Acetilcolinesteraza

• Clasa cisteinei• Gliceraldehid 3P-dehidrogenaza, Papaina

• Clasa histidinei• Glucozo 6-fosfataza, Succinil~CoA sintetaza • Clasa lizinei• D-aminoacid oxidaza, Transaldolaza

Triada Asp-His-Ser

Cataliza acido-bazică

• Enzimele conţin grupări funcţionale care pot acţiona ca donori sau ca acceptori de protoni: amino, carboxil, sulfhidril, imidazol, hidroxilul fenolic.

• hidroliza esterilor carboxilici şi fosforici, reacţii de izomerizare

Glucozo-6-fosfat izomeraza

Factorul de tensiune în cataliza enzimatică

• Legarea S la E poate deforma atât enzima cât şi substratul, făcându-le să atingă starea de tranziţie mult mai rapid.

• centrul activ al unor enzime este relativ nepolar

Energia de activare a reacţiilor catalizate enzimatic

• Variaţia energiei libere G = parametru termodinamic ce caracterizează reacţiile din organismele vii superioare, care au loc la temperatură şi presiune constante.

• reacţie „exergonică“, G<0• reacţie „endergonică“, G>0

• Reacţiile care decurg cu scăderea energiei libere a reactanţilor sunt posibile termodinamic .

Gproduşi – Greactanţi <0

Durata reactiei

Stare de tranzitie

Ene

rgia

libe

rã

(reactie necatalizatã)

Stare de tranzitie

(reactie catalizatã)Stare initialã

Energia liberã de activarea reactiei (necatalizate)

Energia liberã de activarea reactiei (catalizate)

Stare finalã

Energia totalã eliberatã

Produsi C + D

Reactanti A + B

Formarea stãrii de tranzitie

2.Legătura:

• A.Se formează sub influenţa F-XIIIa.• B.Este o legatură de tip bază Schiff• C.Se formează între lanţurile L şi H ale imunoglobulinelor• D.Se formează între lanţurile alfa şi beta din hemoglobină• E.Participă la formarea structurii primare a proteinelor

Cinetica enzimatică

• Factori care influenţează activitatea enzimatică

• Teoria cinetică Michaelis-Menten

• Ecuaţia Lineweaver Burk

Cinetica enzimatică

• Cinetica studiază reacţiile chimice:

–desfăşurarea în timp a reacţiei;

–factori care influenţează viteza reacţiilor;

–etapele intermediare prin care trec reactanţii până devin produşi.

• Viteza unei reacţii = variaţia în timp a concentraţiei reactanţilor sau a produşilor de reacţie.

• A B

• ecuaţii cinetice

dt

]A[dv

dt

]B[dv

• Viteza de reacţie este proporţională cu produsul concentraţiilor reactanţilor

• Pentru o reacţie:

A Produşi V = K [A]

Pentru o reacţie:

A + B Produşi V = K [A][B]

K = constanta de viteză sau viteza specifică(V de reacţie la concentraţii 1M ale reactanţilor)

Activitatea enzimatică

• U.I. (unitatea internaţională) = activitatea enzimei care transformă 1 mol substrat/minut în cond standard de pH, temperatură, cofactori

• Activitatea moleculară = nr. molecule de S transformate în produs de către o moleculă de E /secundă.

• Activitatea specifică = nr. de unităţi de activitate enzimatică / mg de proteină totală.

• Constanta catalitică (turn-over number) = nr. de transformări S P catalizate de fiecare CA al E în unitatea de timp.

Factorii care influenţează activitatea enzimatică

• Temperatura;

• pH;

• [E];

• [S];

• prezenţa inhibitorilor

Temperatura

• T optimă = temp. la care activitatea enzimelor este maximă

50

100

20 40 60temperatura

activitatea enzimaticã

%

Toptimã

pH

• pH-uri extreme denaturează enzimele• Variaţii mici de pH în zona de stabilitate a enzimei

modifică v.

Vite

za d

e r

ea

ctie

(v)

Pepsina

Tripsina

Fosfataza alcalinã

[E]

• [S] = constantă, v este proporţională cu cantitatea de enzimă


%

concentratia enzimei

Ecuaţia Michaelis Menten

• V = f([s]) la [E], temp., pH = constante

• Michaelis şi Menten au introdus parametrii cinetici KM şi Vmax


concentratia substratului

vmax

vmax

2

KM

saturatie

E + SK1

K2

ES E + ProdusK3

•

• Unde E, ES şi S sunt în echilibru

• La echilibru• v1 = v2 + v3

• K1[E][S] = K2[ES] + K3[ES]• K1[E][S] = [ES](K2 + K3)

E + SK1

K2

ES E + ProdusK3

Etapa rapidã Etapa lentã

KM

• KM este o măsură a afinităţii dintre E şi S (afinităţile enzimelor pentru substraturile lor sunt cu atât mai mari cu cât valorile KM sunt mai mici).

M1

32 KK

KK

]ES[

]S][E[

Ecuaţia Michaelis - Menten

• Ecuaţia de viteză a reacţiilor enzimatice cu un singur substrat sau ecuaţia lui Michaelis-Menten, a cărei reprezentare grafică vo = f([S]) este un arc de hiperbolă.

• KM este numeric egală cu [S] la care viteza reacţiei este semimaximă

]S[K

]S.[maxV

0v

M

2

Vv max

0 ]S[]S[K

]S[V

2

V

M

maxmax

MK

Ecuaţia Lineweaver – Burk

• Ecuaţia Michaelis-Menten inversată este ecuaţia unei drepte.

maxV

1

]S[

1

V

K

V

1

max

M

0

- 1/KM 0 1/[S]

1/V

1/Vmax

Panta = KM/Vmax

Inhibiţia activităţii enzimelor

• scăderea activităţii catalitice a enzimei în prezenţa unui compus chimic denumit inhibitor

Inhibitorii pot fi:– endogeni (metaboliţi)– exogeni (substanţe toxice,medicamente)

Inhibiţia poate fi:

- ireversibilă- reversibilă

Inhibiţia ireversibilă

• legături covalente între E şi I

• Când [I] = [E], activitatea catalitică a enzimei este redusă la zero.

• diizopropil-fluorofosfatului (DIFP), un compus utilizat ca paralizant (acetilcolinesteraza este foarte sensibilă la acţiunea DIFP)

E + I EI

NH CH CO

CH2

OH+

P

F

O

OOHC

CH3

CH3

CH

CH3

CH3

DIFP

- HF

NH CH CO

CH2

O

P

O

OOHC

CH3

CH3

CH

CH3

CH3

• Hemoproteinele (citocromi, hemoglobina) sunt inactivate de către: CO, CN care se leagă de ionul de Fe2+ din hem

Inhibiţia reversibilă

• Acţiunea I este evaluată cu ajutorul efectelor pe care ei le au asupra celor doi parametrii cinetici vmax şi KM

• Inhibiţia reversibilă poate fi: competitiveă, necompetitivă, uncompetitivă.

E + I EI

Inhibiţia reversibilă competitivă

• I este analog structural al S şi se leagă în centrul activ al enzimei prin aceleaşi grupări ca S;

• Într-un sistem cu E, S şi Inhibitor competitiv (Ic) au loc reacţiile:

E + S ES E + Produsi+I

EI

1/V

1/Vmax



vmax

vmax

2

KM

saturatie

- 1/KM`

KM`

+ Ic

+ Ic

- 1/KM1/[S]0

• reacţia enzimatică atinge vmax la concentraţii mari de S.• aparent creste KM, deci afinitatea enzimei pentru S scade

şi nu se modifica vmax;

Exemple de Ic (compuşi naturali sau de sinteză)

• Acizii dicarboxilici: oxalic, malonic, malic, oxaloacetic, pirofosfat sunt inhibitori competitivi ai succinat dehidrogenazei (SD).

FAD FADH2

CH2

CH2

COOH

COOH

Acid succinic

COOH

C

C

HOOC

H

H

Acid fumaric

CH2

COOH

Sulfanilamida

• Folat sintetaza, la bacterii este păcălită şi sintetizează un intermediar cu sulfanilamidă în locul acidului para-amino-benzoic care nu se poate transforma în acid folic.

• Cum acidul folic este indispensabil bacteriilor, acestea mor.

NH2

SO2NH2

NH2

COOHSulfanilamida Acid p-aminobenzoic

N

NN

N

H2N

OHCH2 NH CO NH

COOH

CH2

CH2

CH

COOH9 10

5

pterina acid p-aminobenzoic

acid glutamicacid pteroic

Analogi structurali ai bazelor purinice şi pirimidinice

• se utilizează în chimioterapia cancerului.

• inhibă sinteza de acizi nucleici, împiedicând diviziunea celulară care este mult mai rapidă în tumori

Metotrexat

• analog al acidului folic se foloseşte în chimioterapia leucemiilor.

NCH2

N

N

N

N C

H2N

NH2

H

R

N CH CH2 C O-

O

H

COO- O

R=H aminopterinã R= -CH3 metotrexat

Inhibiţia reversibilă necompetitivă

• Substratul şi inhibitorul necompetitiv (In) nu sunt analogi structurali, nu au dimensiuni comparabile.

• Se modifica Vmax • KM nu se modifică în prezenţa inhibitorului.


EI + S ESI

+I

1/v

1/vmax



vmax

KM

+ Ic

+ Ic

- 1/KM 1/[S]0

vmax / 2

v`max / 2

v`max 1/v`max

• grupări - SH libere din alte poziţii decât centrul activ, pot fixa prin legături slabe ioni ai metalelor grele Ag+, Hg2+ care micşorează sau chiar anulează activitatea enzimelor (aşa se explică efectul otrăvitor al unor metale grele).

Inhibiţia reversibilă uncompetitivă

• Un astfel de inhibitor modifică şi KM şi Vmax


ESI

Enzime alosterice

• Sunt proteine oligomere (dimeri, tetrameri, etc.)

• Au mai multe centre de legare pentru S (câte

un centru pentru fiecare subunitate.

• Curbele v = f([S]) sunt sigmoide

• Vmax se atinge atunci când toate centrele active sunt ocupate cu S;

• Parametrii cinetici pentru enzimele oligomere sunt:

• -Vmax şi

-S0,5(S50), concentraţia substratului pentru care reacţia are o viteză semimaximă.

• Aspectul sigmoid al curbei v = f([S]) reflectă o modificare a afinităţii enzimei pentru substrat.



vmax

KM

vmax / 2

• Enzimele care dau curbe v=f([s]) sigmoide sunt denumite alosterice.

• Liganzii fixaţi pot să fie de acelaşi fel (de ex. substratul să fie fixat în ambele locuri ale unui dimer) sau diferiţi;

• centru izosteric leagă substratul

• centru alosteric (allos=altul) care poate fi situat pe acelaşi lanţ polipeptidic dar în regiune diferită, fixează un efector alosteric;

• Activatori alosterici

• Inhibitori alosterici


vmax

KM

50

%100

1 23

[S]

• După natura centrelor alosterice şi a liganzilor pentru aceste centre, efectele alosterice sunt:

• –Efecte homotrope (presupun cooperarea între două centre izosterice

• –Efecte heterotrope (cooperare între un centru izosteric şi un centru alosteric)

Enzime

• Alosteria• Reglarea cantitativă a enzimelor• Reglarea eficienţei catalitice• Complexe multienzimatice• Antienzime• Izoenzime• Denumirea enzimelor• Clasificarea enzimelor

• Alosteria = capacitatea unor liganzi de a modifica funcţiile unor proteine prin inducerea unor tranziţii alosterice (modificări conformaţionale).

• Enzimele alosterice:

-reglează etape cheie din căile metabolice; ireversibile, cu Go < 0

-au structură cuaternară,

Dimer cu 2 centre de legare pentru S

1.modelul concertat (simetric)2.modelul secvenţial

• Elemente comune ale modelelorFiecare monomer al oligomerului are centrul său activMonomerii cooperează în fixarea substratului :–cooperare pozitivă; –cooperare negativă;–cooperare de tip homotrop–cooperare de tip heterotrop

• Reglarea alosterică se face cu consum minim de energie

Modelul simetric

Subunităţile dimerului, pot avea două conformaţii;

-R (relaxată) cu afinitate mare pentru substrat

-T (tensionată) cu afinitate mică pentru substrat.

• Modelul impune simetria dimerului, care există numai în forma R sau T.

• La enzimele heterotrope:

• Activatorii stabilizează starea R

• Efectorii negativi stabilizează starea T

Modelul secvenţial

• admite interacţia stării R cu starea T

• Legarea lui S la primul monomer se face cu dificultate

• Deşi nu este enzimă hemoglobina fixează O2 prin cooperativitate coordonată de factorii: H+; CO2; 2,3-DPG

•

Reglarea vitezei de reacţie

• Viteza reacţiilor enzimatice cheie din căile metabolice depinde de:

• –cantitatea de enzimă;

• –eficienţa enzimelor

Reglarea cantităţii de enzimă

• prin dinamica proceselor de biosinteză şi de degradare

•

Aminoacizi ProteineKs

Kd

• Enzimele constitutive: Ks = Kd.

• Catalizează procese fundamentale pentru existenţa celulei.

• Se găsesc în celule în cantităţi relativ constante.

• Ele nu suferă fluctuaţii mari în raport cu factorii de mediu.

• Enzimele inductibile: Ks > Kd

• Sunt implicate în căi catabolice.

• Enzima este sintetizată numai dacă există substratul asupra căruia să acţioneze

• Substratul acţionează ca un inductor, accelerând sinteza enzimelor.

• Enzimele represibile: Ks < Kd

• Sunt implicate în procese anabolice

• Sinteza lor este încetinită de produsul final al reacţiei catalizate;

• Represia se face de obicei, prin intermediul

complexelor corepresori - aporepresori.

• Controlul degradării proteinelor (enzimelor) -se face indepen-dent de controlul sintezei;

-se face prin intermediul ubiquitinei;

-este proces dependent de ATP.

Reglarea eficienţei catalitice a enzimelor

• Reglarea prin concentraţia substratului:

• Reglarea printr-un intermediar:

A B C P E1 E2 E3

A B C D Produsi E1 E2 E3

• Hexokinaza: -prezentă în toate ţesuturile extrahepatice,-are afinitate mare pentru glucoza (KM = 0,15 mM) -ţesuturile preiau glucoza din sânge la orice valoare a glicemiei

• Glucokinaza: -prezentă numai în ficat -are afinitate mică pentru glucoza (KM = 10 mM) - este activă după ingestia de glucide

Glucozã + ATP Glucozo-6-P + ADP

• Reglarea activităţii enzimelor alosterice prin produsul final (inhibiţie de tip feed back)

A B C D Produsi E1 E2 E3

A B C E1 E2

D P1

E P2

E3

E4

Reglarea covalentă

• Apare la organismele superioare şi presupune:

a.Transformarea unor enzime din forma activă în forma inactivă şi invers prin ruperea unor legături covalente (enzime interconvertibile).

Conversia are loc prin:

–fosforilare;

–nucleotidilare

b.Trecerea enzimelor inactive în enzime active prin proteoliză, ruperea unei legături covalente (proces unidirecţional).

Enzime interconvertibile prin fosforilare <==> defosforilare

• Fosforilările:-sunt catalizate de kinaze (reglate hormonal, interconvertibile fosfo-defosfo);-sunt ireversibile;-necesită ATP

• Defosforilările: -sunt ireversibile;-se fac hidrolitic în prezenţa unor fosfataze; -fosfatazele sunt supuse unui control hormonal.

Enzimã (Ser-OH) Enzimã (Ser-OP)forma defosfo forma fosfo

ATP ADP

Pi H2O

proteinkinaze

fosfataze

• Unele enzime sunt active în forma fosforilată (glicogen fosforilaza implicată în catabolismul glicogenului), altele sunt active în forma defosfo (glicogen sintetaza implicată în proces anabolic).

• Acest tip de activare este, de multe ori, etapa finală într-o cascadă de evenimente declanşate de legarea unui hormon la o membrană celulară.

Reglarea covalentă prin proteoliză

• Proenzimele (zimogenii) sunt forme inactive produse la locul de sinteză, activarea acestora urmând să se facă la locul de acţiune.

• Activarea lor se face sub influenţa factorilor de mediu şi autocatalitic, printr-un proces ireversibil de rupere a unor legături peptidice specifice.

De ce este necesară existenţa zimogenilor ?

• Existenţa zimogenilor este o modalitate de a obţine foarte rapid, prin transformări minore, cantităţi mari de enzime active.

• Enzimele proteolitice digestive

–secretate de stomac (pepsinogenul)

–secretate de pancreas (tripsinogenul, chimotripsinogenul, proelastaza, procarboxipeptidaza)

• Enzimele coagulării sângelui (secretate de ficat în formă de proenzime)

• Enzimele sistemului complement

• a.Enzimele proteolitice digestive hidrolizează proteine:

• Transformarea

HCl

• pepsinogen pepsina

(- segment terminal (44 aminoacizi) cu caracter bazic)

• Transformarea

Tripsinogen tripsină

enteropeptidază (enterokinază)

(fragment N-terminal de 6 aminoacizi din tripsinogen)

Tripsina activează tripsinogenul, chimotripsinogenul, proelastaza, şi procarboxipeptidaza.

Zimogenii pancreatici se activează când conţinutul stomacal a ajuns în duoden.

• Transformarea chimotripsinogen chimotripsină este activată de tripsină şi se face prin îndepărtarea a două dipeptide.

• Chimotripsina cuprinde trei lanţuri peptidice şi cinci punţi de sulf.

Enteropeptidazã

Tripsinogen

Tripsinã

Chimotripsinogen

Chimotripsinã

Procarboxipeptidaza A

Carboxipeptidaza A

Carboxipeptidaza B

Procarboxipeptidaza B

• Enzimele coagulării şi fibrinolizei.

• Există două căi iniţiate de activatori diferiţi care converg într-o cale finală comună

–calea intrinsecă, cu participare de factori sanguini;

–calea extrinsecă, la care participă şi factori de origine exclusiv tisulară.

Iniţierea procesului de coagulare este urmată de activarea în cascadă a factorilor de coagulare

Care sunt avantajele unui răspuns reglator în cascadă ?

-o cantitate foarte mică de iniţiator declanşază un răspuns amplu.

-fiecare etapă a cascadei amplifică răspunsul

• Fibrinoliza. Componenţii necesari dezagregării chiagului se găsesc în sânge în formă inactivă şi se activează proteolitic

Plasminogen Plasminã

Cheag de fibrinã Peptide solubile

Factor tisular

• Antienzime (antiproteaze) = proteine reglatoare

Serpinele sunt inhibitori de serin proteaze.

Se leagă necovalent în centrul activ al serin proteazelor:

• –antitrombina III• –1 antiproteaza (denumită şi 1 antitripsina)• –inhibitorul pancreatic al tripsinei • –inhibitorul proteinei C (proteina C este o serin

protează plasmatică dependentă de vitamina K, activată de trombină, care transformă factorii activi VIIIa şi Va ai coagulării în forme inactive).

• Antitrombina III:-prezentă în plasmă;

-inactivează trombina şi alţi factori ai coagulării: IXa, Xa, XIa

-Heparina măreşte viteza de formare a complexelor ireversibile între antitrombina III şi serin proteazele coagulării.

1-antiproteaza:-proteină plasmatică;-este componenta fracţiunii 1-globulinice. -inhibă elastaza, tripsina şi alte proteaze

1-antiproteaza sintetizată de ficat şi de monocitele şi macrofagele alveolare difuzează în plasmă şi apoi în spaţiul intersitiţial unde are rol în protejarea ţesuturilor de acţiunea elastazei (enzimă proteolitică distructivă, poate distruge elastina din pereţii alveolelor pulmonare) secretată de neutrofilele activate. O deficienţa la nivelul 1-antiproteazei poate duce la instalarea emfizemului pulmonar.

• Inhibitorul pancreatic al tripsinei:

-este o proteină cu masa moleculară mică, produsă de pancreas.

-se leagă de tripsină, prevenind activarea prematură a cascadei enzimelor proteolitice pancreatice, fapt ce ar duce la distrugerea pancreasului.

Izoenzimele

• Izoenzimele:

- proteine oligomere

-catalizează aceeaşi reacţie în toate ţesuturile;

-diferă prin:

☺structură

☺distribuţie tisulară.

• Diferenţele structurale pot influenta proprietăţile fizico-chimice:

• –pH izoelectric

• –mobilitate electroforetică

• –masa moleculară

• Izoenzimele se diferenţiază şi prin însuşirile lor catalitice:

• – afinităţi diferite faţă de acelaşi substrat;

• – sensibilităţi diferite la acţiunea unor efectrori alosterici;

• -specificităţi distincte pentru coenzime.

Izoenzimele LDH (lactat dehidrogenaza)

• LDH are structură cuaternară omogenă sau heterogenă;

• LDH este tetramer, alcătuit din lanţuri M (muscle) şi din lanţuri H (heart).

• LDH are cinci izoenzime: H4, H3M, H2M2, HM3, şi M4 sau după mobilitatea electroforetică LDH1 LDH5.

• Reacţia catalizată:

Lactat dehidrogenaza

NAD+ NADH + H+Acid L-lactic

COOHCH3C

OAcid piruvic

COOHCHH3C

OH

Izoenzimele LDH au afinităţi diferite pentru piruvat (sau lactat):

• H4 şi H3M sunt caracteristice inimii

- H4 are cea mai mica afinitate pentru piruvat (îl transformă greu în lactat).

• M4 şi M3H sunt caracteristice muşchilor scheletici, ficatului

- M4 are afinitate mai mare pentru piruvat ca H4.

• Determinarea activităţii enzimelor serice poate fi folosită în clinică pentru stabilirea originii ţesutului lezat

Izoenzimele creatin kinazei (creatin fosfokinaza)

• Creatin kinaza:-enzimă intracelulară;-dimer format din două subunităţi:

☼ B (de la brain)☼ M (de la muscle)

• Are trei izoenzime:–MM (prezentă în muşchi şi miocard)–BB (prezentă în creier şi muşchi)–MB (prezentă în urme numai în miocard).

• reacţia catalizată este reversibilă:

Creatină + ATP Fosfo-creatină + ADP

• Creşterea activităţii creatin kinazei-MB în ser, indică lezarea miocardului (infarct de miocard).

Infarct

Ore

Activitatea CK2 în plasmã la 24 ore dupã infarct

Activitatea LDH în plasmã la 36 - 40 ore de la infarct

Complexe multienzimatice

• Asamblări de proteine într-un complex, cu scopul de a creşte eficienţa globală a procesului.

• Rolul lor:• –cataliza coordonată a unei succesiuni de

reacţii;• –minimalizarea unor reacţii secundare.

• Exempl: acid gras sintetază, complexul piruvat dehidrogenazei, etc.

Clasificarea şi denumirea enzimelor

• Denumirea enzimelor• se pot utilza două modalităţi:

-adăugarea sufixului –ază la numele substratului (zaharază, urează, glucozidază)

-denumire după acţiunea specifică a enzimei (guanilat ciclază, lactat dehidrogenază, glutation reductază).

-denumiri particulare fără legătură cu reacţia catalizată: pepsină, chimotripsină, tripsină.

• Numele enzimei cuprinde:-denumirea substratului, -tipul reacţiei catalizate, -coenzima

• Fiecare enzimă este codificată de patru cifre, care definesc: -clasa; -subclasa; -sub-subclasa;-numărul de ordine al enzimei din şir.

Clasificarea enzimelor

• Sunt 6 clase de enzime după tipul de reacţie catalizat:

• 1.Oxidoreductaze• 2.Transferaze• 3.Hidrolaze• 4.Liaze• 5.Izomeraze• 6.Ligaze

Oxidoreductazele catalizează reacţii redox, de transfer de electroni sau de hidrogen.

• Subclase: • Dehidrogenazele catalizează transferul de

hidrogen de la substrat (SH2) pe o coenzimă redox (NAD+; NADP+; FMN; FAD):

SH2 + Co Sox + CoH2

• Reductazele catalizează transferul de hidrogen de la o coenzima redusă (adesea NADPH) la un acceptor:

Sox + CoH2 SH2 + Co

• Oxidazele catalizează transferul de echivalenţi reducători de la un substrat la dioxigen, reducându-l fie la apă, fie la peroxid de hidrogen:

SH2 + 1/2 O2 Sox + H2O

SH2 + O2 Sox + H2O2

• Peroxidazele catalizează transferul de echivalenţi reducători de la un substrat la un peroxid (HOOH sau R-OOH)

SH2 + HOOH Sox + 2 H2O

• Dioxigenazele încorporează dioxigenul în molecula de substrat (care cuprinde o legătură dublă):

CHCH + O2OCH CHO+

• Monooxigenazele încorporează numai un atom de oxigen în substrat, celalalt atom al dioxigenului este redus la apă.

Multe monooxigenaze sunt hidroxilaze care implică participarea sistemului redox: NADP+ - (NADPH + H+)

R-H + O2 + (NADPH + H+) R-OH + H2O + NADP+

Transferazele

catalizează reacţii de transfer a unei grupări de la un donor către un acceptor

• Subclase: Aminotransferaze (transaminaze) catalizează transferul unei grupări amino între un amino şi un cetoacid. Coenzima participantă este piridoxal fosfatul.

AX + BY AY + BX

COOHCHR1

NH2

COOHCR2

O

COOHCR1

O

COOHCHR2

NH2

+ +

• Aciltransferazele catalizează transferul restului acil de pe compuşi cu potenţial chimic ridicat

(R-CO~SCoA), pe acceptori potriviţi cu formare de esteri, amide, anhidride:

R-CO~S-CoA + R1-OH R-CO-OR1 + CoA-SH

• Fosforil transferazele (kinaze) catalizează transferul resturilor fosforil de pe ATP pe substraturi:

• Metiltransferazele catalizează transferul grupărilor metil, coenzima care poartă această grupare fiind tetrahidrofolatul (FH4).

Glucozã + ATP Glucozo-6-P + ADP

Hidrolazele

Subclase

• Esterazele care pot fi:

–carboxilesteraze (cu substrat R-COOR’)

–tiolesteraze (cu substrat R-CO -SR’)

–fosfomonoesteraze (substrat R-O-PO3H2)

–fosfodiesteraze sau fosfataze (substrat R-O-PO2H-O-R1)

• Glicozidaze• Peptidaze

A-B + H2O A-H + B-OH

Liazele

• catalizează reacţii de adiţie reversibile, la legături multiple.

• Anhidraza carbonică catalizează hidratarea dioxidului de carbon:

CO2 + H2O H2CO3

• Fumaraza catalizează hidratarea acidului fumaric la acid malic:

+ H2O HC

CH2

COOH

COOH

OH

Acid malic

COOH

C

C

HOOC

H

H

Acid fumaric

Fumaraza

• Sintazele catalizează legarea a două molecule fără implicarea ATP aminolevulinat sintaza)

Izomerazele

• catalizează reacţii de izomerizare:

Racemazele transformă un enantiomer dextrogir în enantiomerul levogir

L-Alanina D-Alanina

• Epimerazele schimbă configuraţia unui singur atom de carbon asimetric

• Izomerazele cis-trans modifică configuraţia unei duble legături

D-Glucozã D-Galactozã

Acid fumaric Acid maleic

• Mutazele schimbă poziţia unei grupări în moleculă

HC

H2C OPO3H2

COOH

OH HC

H2C OH

COOH

OPO3H2

Acid 3-fosfogliceric Acid 2-fosfogliceric

mutazã

Ligazele

• catalizează reacţii de condensare cuplate cu scindare de ATP

• Sinteza glutaminei catalizată de glutaminsintetază:

A-H + B-OH A-B

ATPADP + Pi

Acid glutamic + NH3 GlutaminãATP

e n z i m e

Documents