- 129 - chimie - enzime

download - 129 - chimie - enzime

of 13

Transcript of - 129 - chimie - enzime

  • 8/8/2019 - 129 - chimie - enzime

    1/13

    Scurt istoric

    Reaciile enzimatice au fost folosite din timpurile cele mai vechi pentru fabricarea vinului, aoetului, a berii i a brnzei. O cercetare sistematic a lor a fost ntreprins abia n epoca modern.n 1713, Raumur a observat dizolvarea crnii n sucul stomacal al ciorii. De asemenea, fiziologulSpallanzani (1783) a hrnit animalele cu buci de carne nvelite n reele de srm i a observatdizolvarea crnii n stomac.

    Stahl, fondatorul teoriei flogisticului, explica fermenaia ca un proces n care una dinsubstanele prezente transmite micarea sa intern substanei care fermenteaz (1697). n 1680,

    van Leeuwenhoeck a observat la microscop celulele drojdiei de bere, dar aceast descoperire nu afost luat n seam timp de dou secole. Lavoisier (1789) a fcut un bilan de materiale alfermentaiei, artnd c oxigenul, hidrogenul i carbonul din zahr se regsesc n alcoolul i

    bioxidul de carbon ce iau natere. Continuarea acestor idei a condus la ecuaia lui Gay-Lussac afermentaiei alcoolice.

    Cagnard-Latour i, simultan i independent, Ktzing (1838) au atribuit fermentaia alcooliccelulelor din drojdie, considerate ca fiine vii, probabil de natur vegetal. n aceste observaii iare originea teoria vitalist a fermentaiei. Susintorul principal al acestei teorii, Pasteur, a publicatn 1857 cercetarea sa celebr asupra fermentaiei alcoolice, n care susine sau sugereaz cfermentaia este un proces legat direct de metabolismul celulelor drojdiei. Liebig (1839) consideradimpotriv c fermentaia este o descompunere a zahrului, datorit unor vibraii moleculare

    provocate de fenomenele chimice din celulele vii ale drojdiei.n jumtatea a doua a secolului al IXX-lea, n urma lucrrilor lui Pasteur, muli chimiti

    fceau deosebire ntre fermenii formai sau figurai presupui legai inseparabil de anumiteelemente din celule sau chiar considerai identici cu celula vie, i fermeni neformai sausolubili, detipul acelora din sucurile digestive sau din extractele apoase ale diferitelor materiale biologice.Fermenii neformai sunt deci substane care i exercit aciunea i n afara celulei vii. Termenulenzim, pentru a desemna fermenii neformai, a fost introdus de Khne, n 1878.

    Buchner (1897) a izolat din drojdia de bere un suc liber de orice celul i totui capabil sprovoace fermentaia. Acest suc conine deci o enzim pe care Buchner a numit-o zimaz. Aceastaeste de fapt un amestec de mai multe enzime, dup cum s-a dovedit mai trziu. n urma acestordescoperiri, deosebirea dintre termenii ferment i enzim a pierdut semnificaia sa. n cursulsecolului al IXX-lea, au fost preparate multe extracte de enzime. Astfel, dup ce Kirchoff aobservat, n 1820, c o component glutinoas din bobul de orez ncolit, numit mal, transformcantiti de amidon mult mai mari dect propria sa greutate, ntr-un zahr solubil, maltoza,Dubrunfaut a gsit, n 1830, c extractul apos, limpede, de mal are aceeai aciune solubilizantasupra amidonului ca malul nsui. Din acest extract, Payen i Persoz (1833) au izolat prin

    precipitare cu etanol, prima enzim, amilaza, sub forma unui material solid alb, amorf, capabil ssolubilizeze o cantitate de amidon de 2000 de ori mai mare dect propria sa greutate. n 1830,Robiquet i Boutron-Chalard au descoperit hidroliza amigdalinei, cu extract de migdale amare, iarn 1837, Liebig i Whler au izolat enzima respectiv, numind-o emulsin. Printre primele enzimeizolate, vom mai meniona: pepsina din sucul gastric (Schwann, 1836); trepsina din sucul

    pancreatic (Khne, 1848); lipaza (Claude Bernard , 1849); invertaza (Mitscherlich, 1841; Berthelot,1860); ureeaza (Musculus, 1882), etc.

  • 8/8/2019 - 129 - chimie - enzime

    2/13

    2

    Un moment istoric deosebit de important este recunoaterea clar, de ctre Berzelius, n 1835, acaracterului catalitic al reaciilor enzimatice, precum i a rolului esenial pentru viaa animalelor i a

    plantelor jucat de aceste reacii.

    Generalitati

    Enzimele sunt catalizatori biochimici propriu-zisi, asadar sunt compusi care maresc vitezareactiilor chimice ce se desfasoara in sistemele biologice, fara sa se consume in cursul lor. S-au efectuat lucrari numeroase de-a lungul anilor dovedindu-se prin acestea caenzimologia constituie studiul bazelor moleculare ale vietii.

    Enzimele sunt probabil mai importante decat orice alt element activ ca ajutor al digestiei sisanatatii. Pana acum s-a aratat ca sute de enzime au un rol vital in construirea sanatatii, datoritacontributiei lor la procesul de digestie. Studiile viitoare probabil vor arata ca enzimele au un rolmult mai important pentru sanatate decat se cunoaste in prezent.

    Nu putem trai mult fara enzime. De fapt, conceptia in sine este dependenta de acesteelemente. Ele functioneaza ca un catalizator care face ca celulele corpului sa functioneze eficient.

    Din momentul nasterii, enzimele fac viata posibila prin actiunile lor, reparand si construind corpulsi celulele creierului. Acesti lucratori actioneaza in corp si in creier in cel mai fantastic si puternicmod. Ele lucreaza pentru o sanatate deplina. Enzimele reprezinta insasi forta intangibila a vietii.Omul nu poate reusi sa creeze enzime vii asa cum natura poate crea. Daca ar fi putut, ar fi reusit sacreeze viata sau sa readuca la viata materia moarta.

    Exista miliarde de enzime in corpul nostru, si sunt sute de tipuri diferite de enzime gasite insange, care vor descompune 5 milioane de molecule de peroxid in apa si oxigen in 60 secunde.Enzimele intestinale pot descompune moleculele de zahar si grasimi care sunt de 1 milion de orimai mari decat greutatea lor.

    Corpul nostru produce enzime atunci cand sanatatea nostra este echilibrata. Ele efectueazatoata munca din corp. Ele sunt responsabile cu lupta impotriva infectiilor, cu digestia, cu refacereacorpului functiile lor sunt infinite. Ele lucreaza non-stop si nu obosesc niciodata sau nu-siinceteaza lucrul daca sanatatea este echilibrata. Cand sanatatea nu este in echilibru, atunci este odeficienta enzimatica. Enzimele pot fi usor extrase din alimente nutritive usor de digerat, care suntalimente crescute intr-un sol sanatos, nefertilizat, si care sunt preparate special prin mixare,germinare, fermentare si cantitati mici de suc, nu prin gatire. Aceste enzime extind energia vitala acorpului catre o stare totala de bine. Consumarea alimentelor sanatoase este cea mai eficienta calede a suplimenta rezerva de enzime existenta in corp, pentru a imbunatati sistemul digestiv. Cele maiimportante enzime care au fost izolate in hrana sanatoasa sunt: cytochrome oxidase, un anti-oxidantnecesar pentru respiratia celulelor; lipase, enzima care descompune moleculele de grasime;

    protease, enzima care ajuta la diestia proteinelor; amylase, enzima care faciliteza digestia

    amidonului; catalase, enzima ce catalizeaza descompunerea apei oxigenate in apa si oxigen intesuturi; peroxidase, enzima ce actioneaza in acelsi mod, dar la nivel celular; transhydrogenase,enzima care ajuta in pastrarea tonusului muscular al inimii si SOD (Super Oxide Dismutase), oenzima care previne imbatranirea. Enzima pepsine ajuta la digestia proteinelor si transformarea lorin aminoacizi. Acesti aminoacizi sunt apoi transportati prin sistemul circulator in tot corpul, pentruca acesta sa primeasca energie si sa se auto-vindece.

    Exista multe motive pentru care enzimele sunt atat de importante. De exemplu, lipsaenzimelor este un factor major in declansarea leucemiilor. Atunci cand mancarea gatita intra incorp, acesta trebuie sa compenseze prin consumarea propriilor rezerve enzimatice. Este interesantde notat ca, atunci cand aceste enzime scad in calitate si putere, scade capacitatea corpului de a

    prelucra grasimi grele, proteine si calorii in exces. Atunci corpul devine slab si, in final, bolnav.

    Lipsa enzimelor este un factor important ce contribuie la majoritatea problemelor de sanatate, de laracelile comune pana la probleme mult mai grave, ca SIDA si cancerul. Aportul enzimelor vaechilibra corpul, va remedia deficientele si va elimina toxinele.

  • 8/8/2019 - 129 - chimie - enzime

    3/13

    3

    Echilibrul fragil al corpului este creat si mentinut de enzime. Ele sunt instrumentele necesarepentru a forma calciul. Nu exista enzime in mancarea gatita. De fapt, mancarea gatita extrageelementele din oase si secreta elementele din rinichi. Deficientele rezultate pot cauza o slabacoordonare musculara. Unul dintre cele mai importante roluri ale enzimelor este de a ajuta

    procesarea fierului, care duce oxigenul peste tot in corp, pentru a fi depozitat in miliarde de celuleale epidermei si ale creierului. Avem aproximativ 5-6 miliarde de globule rosii in sange, si enzimele

    au nevoie de fier ca material de lucru. De asemenea, enzimele au nevoie de iod, care ajuta glandatiroida in reglarea greutatii.Multi oameni au oasele fragile datorita lipsei enzimelor din hrana gatita si din alimentele

    toxice. Fara enzime, calciul nu poate fi bine folosit. Trebuie sa nu uitam niciodata ca proteinele pecare le consumam vor fi ineficiente fara enzimele care sa le transforme in aminoacizi. Fara enzime,corpul nu se poate vindeca singur de infectii sau nu poate avea un sange sanatos. Enzimele preiaualte elemente si le transforma in cele necesare organismului.

    Un rol foarte important al enzimelor este acela ca ele regleaza functionarea creierului.Creierul nu poate emite alerte atunci cand mancarea nu este nutritiva. Mancarea nehranitoareconsuma energia din creier chiar si atunci cand dormim. De cele mai multe ori oamenii au problemecu somnul datorita deficientei enzimatice din mancarea gatita sau toxica.

    Fara enzime nu exista nici o cale de a ne proteja de imbolnaviri. Cand vom realiza cat estede important sa avem o sanatate perfecta vom intelege cat este de important sa ne ferim demancarea gatita sau denaturata in orice fel, si vom apela la alimentele vii pentru o adevarata nutritie.

    Natura proteic a enzimelor

    Prin diferite operaii de purificare, s-a reuit s se obin preparate de cteva mii de ori maiactive dect extractele de la care se pornise. S-a dovedit astfel c enzimele sunt catalizatori extremde activi chiar n concentraii foarte mici.

    Prima enzim izolat n stare pur, cristalizat, a fost ureeaza (Sumner, 1962). Aceasta a fostobinut dintr-o varietate de fasole prin extragere cu ap i precipitarea extractului cu aceton. Aufost izolate apoi n stare cristalizat, prin salifiere din soluie apoas cu sulfat de amoniu i sulfat demagneziu la un aumit pH, pepsina i tripsina (Northrop i Knitz, 1929) fermentul galben deoxidare, papaina, carboxipeptidaza, tirosinaza, catalaza, cteva dehidrogenaze i multe alte enzime.

    Metodele pentru obinerea enzimelor pure i msurarea greutilor lor moleculare suntidentice acelora folosite la purificarea proteinelor. De fapt, toate enzimele cristalizate obinute pnastzi s-au dovedit a fi fie proteine simple, fie proteide cu o grup prostetic definit.nc nainte de izolarea enzimelor n stare pur era cunoscut natura lor proteic. Se tie de mult cenzimele nu sunt dializabile, i deci sunt substane macromoleculare, i c ele sunt inactivate prinnclzire n aceleai condiii n care sunt denaturate proteinele. Acei reactivi care denatureaz sau

    precipit proteinele inactiveaz fr excepie enzimele. Uneori, denaturarea nsoit de inactivareaenzimelor este reversibil. Prin hidroliza enzimelor se formeaz aminoacizi care se obin i din

    proteine. S-au msurat grutile moleculare ale multor enzime i s-a determinat succesiuneacomplet a aminoacizilor din ribonucleaz i din alte enzime.Solubilitatea enzimelor este asemntoare cu a globulinelor. Este posibil ca n multe celule ntreagasau aproape ntreaga plasm const din enzime. Ca toate proteinele, enzimele sunt antigenispecifici, provocnd, atunci cnd sunt introduse n sngele unui animal, formarea de anticorpi.Se cunosc diferite metode pentru determinarea activitii enzimatice, ca de exemplu: msurareagazului degajat (CO2) sau consumat (O2), cnd este cazul; urmrirea spectrofotometric adispariiei substratului sau acumulrii produsului de reacie; consumarea unui colorant.

    Activitatea catalitic a enzimelor

  • 8/8/2019 - 129 - chimie - enzime

    4/13

    4

    Enzimele sunt, precum s-a mai spus, catalizatori organici produi de celula vie acionndasupra anumitor substane numite substraturi. n marea lor majoritate, enzimele catalizeaz reaciaunei substane organice cu un compus anorganic liber sau cedat de alt compus organic (ap, acidfosforic, hidrogen, oxigen, etc.). Legile catalizei se aplic firete i la enzime. Enzimele, ca toicatalizatorii, nu catalizeaz dect reacii termodinamic posibile, decurgnd n sensul stabilirii unuiechilibru. Reaciile enzimatice prezint ns unele deosebiri caracteristice fa de reaciile catalitice

    obinuite, omogene sau eterogene.Activitatea enzimelor. Cnd o reacie poate fi catalizat att de o enzim ct i de substanesimple se constant de obicei c reacia enzimatic decurge cu vitez mult mai mare; cu altecuvinte, reacia enzimatic are o energie de activare mult mai mic. Astfel s-a stabil c este necesaro concentraie de ioni de hidrogen de 10 milioane de ori mai mare dect de invertaz pentru ahidroliza o anumit cantitate de zaharoz, ntr-un timp dat, la 37.

    Datorit acestei enorme activiti catalitice, sunt suficiente de obicei concentraii foarte micide enzim pentru a obine efecte considerabile.

    Activitatea enzimelor nu dureaz indefinit ca acea a catalizatorilor simpli i este n generalmai scurt dect aceea a catalizatorilor heterogeni. n cazul reaciilor enzimatice, cu ct trecetimpul, cu att cantitatea de substrat transformat n unitatea de timp se micoreaz, iar dup un

    timp mai lung reacia practic nceteaz. Inactivarea enzimelor se explic prin denaturarea lor sauprin alte transformri datorit caracterului lor de proteine globulare. Celulele vii sintetizeaz enzimefr ncetare.

    Temperatura optim a reaciilor enzimatice. Viteza reaciilor enzimatice crete ca a celormai multe reacii ntre molecule covalente, cu temperatura, potrivit cunoscutei reguli a lui vantHoff, i anume o urcare a temperaturii cu 10 produce o cretere a vitezei de reacie cu un coeficient1.5 3. Creterea aceasta se observ ns numai la temperaturi joase. Odat depit o anumittemperatur optim, la care viteza este maxim, aceasta scade, iar la temperaturi mai nalte, reacianceteaz. Fenomenul se explic prin faptul, semnalat mai sus, c la temperaturi mai nalte,enzimele sunt inactivate prin denaturarea componentei proteice. Cele mai multe enzime devincomplet inactive ntre 50-80. Temperatura optim nu poate fi ns exact definit, cci ea variaz nlimite largi, cu concentraia enzimei, cu concentraia ionilor de hidrogen i cu prezena diferitelorimpuriti ale preparatului enzimatic sau ale substratului.

    Influena pH-ului. Dup cum a artat Srensen (1909), activitatea enzimelor depinde, ntr-ofoarte mare msur de concentraia ionilor de hidrogen din soluie. Curbele reprezentnd variaiavitezei de reacie cu pH-ul prezint de obicei un maxim pronunat la un anumit pH, n timp ce lavalori ale pH-ului diferind cu 1 fa de acest maxim, viteza de reacie prezint valori considerabilmai mici. Din cauza acestei particulariti este necesar ca n cursul reaciilor enzimatice s semenin pH-ul optim constant, prin folosirea de tampoane.

    Specificitatea enzimelor. O anumit enzim catalizez numai un numar mic de reacii i demulte ori o singura reacie, spre deosebire de catalizatori obinuii anorganici (acizi, baze,

    catalizatori de hidrogenare, etc.) care activeaz practic toate reaciile posibile de un anumit tip.Se disting multe tipuri i grade de specificitate n aciunea enzimelor. n primul rnd trebuiemenionat specificitatea stereochimic, care const n aceea c o enzim care catalizeaz reaciaunui compus optic activ este fr aciune asupra enantiomerului sau i n general, asupra izomerilorsterici ai acestui compus, supui acelorai condiii. Fenomenul a fost observat nti la Pasteur, carel-a folosit ca o metod pentru separarea izomerilor optici. Vom mai aminti aici dehidrogenazalactic din muchi, o enzim care lucreaz n colaborare cu DPN, i care dehidrogineaz acidul L-lactic la acid piruvic si hidrogeneaz acidul piruvic numai la acid L-lactic, fiind inactiv fa deacidul D-lactic. n multe microorganisme exist ns o enzim care acioneaz n mod similar darspecific numai asupra acidului D-lactic. De asemenea, peptidazele acioneaz numai asupraaminoacizilor din seria L, iar arginaza transform prin hidroliz n ornitin i uree,numai L-arginina

    i este fr aciune asupra D-argininei.Din alt punct de vedere se disting ntre o aa-numit specificitate de reacie i o specificitatede substrat a enzimelor. Prima se refer la reactantul anorganic care ia parte la reacie: apa n

  • 8/8/2019 - 129 - chimie - enzime

    5/13

    5

    reaciile de hidroliz, acidul fosforic n reaciile cu fosforoliza, hidrogenul n reaciile catalizate dedehidrogenaze. Specificitatea de substrat privete natura reactantului organic, tiut fiind c enzimelecare hidrolizeaz, de exemplu, hidraii de carbon nu hidrolizeaz proteine, cele care hidrolizeazdipeptide nu hidrolizeaz polipeptide.

    Specificitatea de substrat se manifest n forme nenumrate i st la baza clasificriienzimelor, dup cum se va vedea mai departe. Important este faptul c, diferitele enzime prezint

    fa de substaturile respective grade diferite de specificitate. Vom distinge 3 grade sau tipuri despecificitate enzimatic. Pentru ilustrarea fenomenului vom considera o reacie de hidrolizschematizat:

    BHAOHOHBA 2 ++Sunt cazuri, dei rare, cnd numai natura legturii dintre A i B determin specificitatea,

    natura componentelor A i B fiind indiferent; se vorbete n aceste cazuri de o specificitate redus.Un exemplu este acela al lipazelor din pancreas i ficat, care hidrolizeaz esterii celor mai variaiacizi carboxilici cu alcoolii de diferite tipuri, printre care i trioli cum este glicerina. Nu toateesterazele sunt ns att de puin specifice.

    Un al doilea tip de enzime posed o specificitate limitat, numit specificitate de grup. ncazul unei reacii de hidroliz, cum este aceea considerat mai sus, enzimele de acest tip cer ca A sfie de un anumit tip, natura componentei B fiind indiferent. Un exemplu de enzim inzestrat cuasemenea specificitate este acela al -glicozidazei (maltazei) din sucul intestinal al mamiferelor ial -glicozidazei (emulsina). Fiecare din aceste enzime hidrolizeaz att dizaharide ct iglicozide; ele sunt deci specifice numai pentru restul de monozaharid i ntr-o mare msurindiferente pentru natura agliconului.

    Al treilea tip de specificitate, numit specificitate absolut, se caracterizeaz prin aceea cenzima este adaptat unui substrat unic, ntocmai ca o cheie n broasca ei. n schema de mai sus,ambele componente A i B trebuie s fie de un anumit fel dat, pentru ca enzima s acioneze. Acesttip de specificitate este mult rspndit; datorit aceste particulariti exist n natur un numr attde mare de enzime. Vom meniona, ca exemplu, maltaza din bobul de orz ncolit, care, spre

    deosebire de -glicozidazele menionate, hidrolizeaz numai maltoza, dar este fr aciune asupraaltor dizaharide sau -glicozide. n mod similar, tanaza hidrolizeaz numai esterii acizilor benzoicisubstituii cu cel puin dou grupe OH n alte poziii dect orto fa de carboxil, iarclorofilaza nuhidrolizeaz dect cele dou clorofile a i b; fumaraza nu adiioneaz ap dect la acidul fumaricspre a da natere acidului (-)-malic.

    Formarea unui complex intermediar ntre substrat i enzim. Se tie c aciunea unuicatalizator const n participarea sa efectiv la reacia chimic. Un catalizator se deosebete de unreactant obinuit numai prin aceea c el se regenereaz necontenit n cursul procesului chimic.Enzimele nu difer, n aceast privin, de catalizatorii simpli. Specificitatea enzimelor sugereaz

    participarea enzimei la reacia chimic, adic la formarea unui complex ntre enzim i substrat.Msurtorile cinetice sprijin aceast concepie. n majoritatea cazurilor, n condiii

    comparabile, viteza reaciei enzimatice este proporional cu concentraia enzimei. De obicei,proporionalitatea aceasta se observ numai n stadiul iniial al reaciei; pe msur ce concentraiaproduilor de reacie crete, viteza de reacie scade datorit unui efect inhibant al acestor produi.De aceea se iau n consideraie pentru comparaie numai vitezele iniiale ale reaciilor enzimatice.

    Pornind de la o cantitate fix de enzim i mrind progresiv, ntr-o serie de experienesuccesive, concentraia substratului, viteza de reacie iniial crete din ce n ce mai ncet cuconcentraia substratului, pn ce atinge o valoare constant maxim, dincolo de care viteza nu maivariaz cu concentraia. La concentraii mici de substrat, reacia este de ordinul I, iar la concentraiimari devine de ordinul zero fa de substrat.

    Aceste observaii au dus la concepia c ntre enzim (E) i substrat (S), se formeaz printr-oreacie reversibil ascultnd de legea maselor, un complex labil. Acest complex reacioneaz apoiirversibil, cu vitez mare, cu un reactant, dnd produsul de reacie (P) i regenernd catalizatorul:

    PEESSE ++

  • 8/8/2019 - 129 - chimie - enzime

    6/13

    6

    Coenzime (cofactori). n afar de enzim i substrat, mai este necesar de multe ori prezenaaltor substane pentru ca reacia enzimatic s se produc. La fermentaia alcoolic, pe lng

    prezena unei enzime termolabile, nedializabile, este necesar i o coenzim termostabil idializabil. Mai trziu, coenzimele fermentaiei alcoolice (cocarboxilaza i codehidraza I) au fostizolate i de asemenea au fost izolate coenzimele altor procese enzimatire; structura acestorcoenzime a fost apoi determinat. n unele cazuri, s-a putut stabili exact funciunea ndeplinit de

    coenzim n procesul enzimatic.Coenzimele i ndeplinesc funciunea catalitic asupra substratului numai n prozena uneienzime. Aceasta din urm este specific adaptat substratului; o coenzim poate cataliza uneorireaciile unui numr mare de substraturi, asociat ns de fiecare dat cu o alt enzim. Coenzimelesunt, deci, mai puin specifice dect enzimele.

    n timp ce enzima fixeaz i uneori activeaz substratul, coenzima particip la reacie, adicsufer o transformare chimic. n stadiul urmtor al procesului, coenzima modificat revine lastarea iniial, fiind gata pentru o nou reacie. Cum reaciile respective sunt foarte rapide, suntsufiente concentraii mici de coenzim.

    Pentru exemplificare vom aminti rolul jucat de codehidraza I n fermentaia alcoolic. ncolaborare cu dehidrogenaza fosfatului de trioz, codehidraza I catalizeaz transformarea fosfatului

    glicerinaldehidei n acid D-fosfogliceric, trecnd ea nsi n hidrocodehidraz; aceasta din urmreduce un anumit acceptor de hidrogen, acetaldehida, regenernd codehidraza I. Legat de alte

    proteine, hidrocodehidraza hidrogeneaz ali acceptori de hidrogen. Codehidrazele sunt, deci,coenzimele unorreacii de transfer de hidrogen, de la un donor la un acceptor de hidrogen.

    ntlnim un mecanism similar n reaciile de transfer de acetil, n care intervine coenzima A.Aceasta reacioneaz cu un donor de acetil, n prezena unei enzime specifice, trecnd n acetil-coenzim A, cu grupa CH3CO legat de S. Acetil coenzima A difuzeaz apoi prin soluie pnntlnete o alt enzim cu ajutorul creia cedeaz grupa acetil unui acceptor. Eliberat de grupaacetil, coenzima A reia acest joc. Acidul adenosin-trifosforic funcioneaz n mod similar ca ocoenzim transmitoare de fosfat.

    Sistemele enzimatice care conin un metal n grupa prostetic sau sub alt form,indispensabil activitile lor sunt numite metaloenzime. Flavoproteinele conin n afar de proteini FAD (flavin-adenin-dinucleotid), i un metal, ca fier (succino-dehidrogenaz), molibden(xantin-oxidaz) sau altele. Uneori ionii metalici joac rolul de activatori, de exemplu Mg 2+ pentrumulte enzime de fosforilare. Mecanismul aciunii specifice a acestor metale nu este cunoscut.

    Coenzimele respiraiei. Este cunoscut rolul important al reaciilor de oxidare cu oxigenmolecular, pentru producerea energiei necesare funciilor vitale ale organismelor. Nu exist nici oenzim capabil s transfere direct unei molecule de oxigen hidrogenul eliminat de substraturilecurente din organismele vii. Pentru a se combina cu oxigenul, este necesar intervenia unui sistemcomplex de enzime i coenzime. Enzimlele fac parte din clasa oxido-reductazelor (dehidrogenaze ioxidaze). Hidrogenul cedat de substrat este nti acceptat ce DPN (codehidraza I), asociate dup caz

    cu o enzim specific adaptat substratului. Soarta coenzimelor hidrogenate care se formeazdepinde de condiiile anaerobe sau aerobe n care are loc reacia. n condiii anaerobe,hidrocodehidraza cedeaz hidrogenul unui acceptor din mediul de reacie.

    Proprietatea aceasta a dehidrogenazelor de a transfera hidrogen din substrat la diferiiacceptori a fost descoperit de Thunberg n 1917. Tehnica folosit de acest cercettor pentru adecela transferul anaerob de hidrogen s-au mai corect pentru a pune n eviden prezena unuisistem enzimatic capabil de a transfera hidrogen, const n folosirea colorantului albastru-metilen caacceptor. Aceasta se decoloreaz trecnd n leucoderivatul su.

    Nici n condiii aerobe, hidrogenul din hidrocodehidraz nu este cedat direct unei moleculede oxigen, ci el este nti transferat altor sisteme enzimatice care abia ele pot reaciona cu oxigenul.Sunt mai multe ci posibile prin care hidrogenul substratului poate ajunge la oxigen. Un astfel de

    lan de reacii este redat n urmtoarea schem.

  • 8/8/2019 - 129 - chimie - enzime

    7/13

    7

    Hidrogenul cedat de substratul AH2, de exemplu codehidrazei I, este transferat flavin-adenin-dinucleotidei. De aici nainte, atomii de hidrogen se desfac n protoni i electroni: primii trecn soluie (sub form de ioni de hidroniu), iar electronii reduc fierul din citocrom, de la stareatrivalent la starea bivalent. Citocromul c redus reduce citocromoxidaza (citocrom a3) care estesingur capabil de a ceda electroni oxigenului. Citocromii sunt deci transferaze de electroni(oxidaze aerobe). n schema de mai sus sunt identificate (pe rndul de jos) enzimele ce acioneazn acest proces complicat.

    Transferul hidrogenului n etape, de la substrat la molecula de oxigen, face posibilutilizarea, pentru nevoile organismului, a energiei degajate. Se tie c aceast energie senmagazineaz n legturile bogate n energie ale resturilor de fosfat n ATP sintetizat simultan cureaciile de oxidare. S-a artat, n mai multe cazuri, de exemplu la oxidarea acidului -hidroxibutiril n prezena unui sitem enzimatic respirator complet, c la consumarea unui atom deoxigen apar 3 molecule de ATP. n unele cazuri se tie n ce mod o reacie de dehidrogenare estecuplat cu o sintez de ATP.

    Centre active ale enzimelor. Se tie c nu toate enzimele necesit colaborarea uneicoenzime. Coenzimele intervin mai ales n reaciile de transfer: de hidrogen, de electroni, de grupede fosfat, de acetil, etc. Numeroase enzime, printre care i hidrolazele i exercit aciunea lorenzimatic fr intervenia unei coenzime. Enzima este activ numai n forma ei nativ, cci prindenaturare activitatea specific a enzimelor dispare. Activitatea enzimatic este ns restabilitatunci cnd enzima poate fi regenerat, adic atunci cnd poate fi reconstituit structura teriar saucuaternar a proteinei distrus prin denaturare.

    Se tie ns c nu toat catena polipeptidic a enzimei particip la actul propriu-zis alcatalizei, ci numai o mic poriune a ei, numai anumite grupe, dintr-o regiune bine delimitat acatenei polipeptidice, aa numitul centru activ al enzimei. La aceast constatare s-a ajuns prinexperiene de inhibare a activitii enzimei blocnd centrul activ cu anumii reactivi cu care acestase combin. Inhibitorii de acest fel acioneaz n proporie stoechiometric fa de enzim, ceea ceeste un indiciu c ei reacioneaz cu anumite grupe ale catenei polipeptidice.

    Mecanismul de actiune al enzimelor.Centri activi

    Se stie ca intr-un sistem chimic nu toate moleculele reactioneaza cu aceeasi viteza.Moleculele care reactioneaza se gasesc pe un nivel energetic superior celui pe care se gasescmoleculele obisnuite. Diferenta de energie dintre moleculele active si cele pasive poarta numele deenergie de activare.

    Un catalizator este o substanta care, prin prezenta ei, determina intr-o substanta sau unamestec de substante o reactie ce nu are loc in absenta ei (definitie dupa Berzelius, 1836) sau caremareste viteza unei reactii, ce are loc si in absenta ei, dar cu viteza mai mica, eventual

    imperceptibila(definitie dupa Ostwald, 1894). Catalizatorul se regaseste neschimbat, calitativ sicantitativ, dupa reactie. Aparent catalizatorul nu ia parte la reactie.Este necesar sa se accentueze caracterul de substante al catalizatorilor. Ar fi gresit sa se

    vorbeasca de actiunea catalitica a unei forme de energie, caldura, lumina sau electricitate.

  • 8/8/2019 - 129 - chimie - enzime

    8/13

    8

    Se numeste substrat substanta sau amestecul de substante asupra carora actioneaza uncatalizator.

    Catalizatorii determina sau accelereaza numai reactii termodinamic posibile, adica reactiidecurgand spontan, cu cresterea entalpiei libere de reactie, in sensul stabilirii unui echilibru. Existacatalizatori (MnO2, NaOH) care accelereaza transformarea ozonului, O3 in O2, dar nu exista uncatalizator care sa produca ozon din oxigen.

    Aceasta scadere a energiei de activare se datoreaza formarii unui complex activat intrecatalizator si reactant, pentru care energia de activare este mult mai mica.In cazul catalizei enzimatice, intre enzima si substratul care se transforma, se formeaza un

    complex activat enzima-substrat, care apoi se transforma cu viteza mare in produsii finali de reactie.La formarea complexului activat enzima substrat, substratul se fixeaza pe regiuni bine

    determinate de pe suprafata enzimei, care poarta numele de centri activi si molecula substratului,exista complementaritati conformationale si chimice care permit asamblarea lor.

    Centrul activ al unei enzime este construit dintr-un numar redus de aminoacizi situati invecinatate sau la distanta. In general, se admite ca pentru o reactie chimica obisnuita, enzima

    participa cu doi centri activi. Pentru enzimele cu structura binara unul dintre centrii activi este, ingeneral, situat in fragmentul protetic, iar al doilea in fragmentul prostetic.

    Pentru reactiile care prezinta specificitate stereochimica se admite ca fixarea subtratului peenzima se face prin intermediul a 3 centri activi.

    Fixarea substratului pe enzima ii imprima acestuia o stare de tensiune moleculara carefaciliteaza reactia biochimica, sau orienteaza favorabil una in raport cu cealalta, moleculele ceurmeaza sa reactioneze.

    Desi actiunea enzimelor este catalitica, enzimele prezinta unele caractere care le diferentiazade catalizatorii tipici.

    Astfel, cataliza enzimatica are elemente comune cu cataliza omogena deoarece enzima esteadeseori repartizata uniform in sistemul chimic al carui transformare o asigura. Cataliza enzimaticaare caracter si de cataliza eterogena, reactia biochimica desfasurandu-se in regiuni bine determinatede pe suprafata enzimei, situate la limita de separare dintre sistemul reactant si macromoleculacatalizatorului.

    Un alt caracter tipic este marea eficienta catalitica a enzimelor. O reactie decurge in prezentaenzimei de 108 pana la 1011 ori mai repede decat in absenta ei. Numarul de molecule de substrattransformate sub actiunea enzimei intr-un minut (numar de transfer, turnover) variaza intre 1000 1000000.

    Cataliza enzimatica are loc in conditii blande. Reactii care necatalizate nu au loc decat latemperaturi inalte, presiuni mari, valori extreme de pH, sub influenta enzimelor evolueaza cu mareviteza la temperaturi in jurul lui 37, la presiune atmosferica, la pH aproape neutru.

    Enzimele se caracterizeaza printr-o remarcabila specificitate in raport cu tipul de reactiecatalizat si cu natura substratului transformat. Sunt unele enzime(ureaza, arginaza) care nu

    catalizeaza decat o singura reactie bine determinata.Remarcabila este de asemenea multitudinea reactiilor catalizate de enzime. Astfel, enzimeleintervin in reactii de hidroliza, de polimerizare si policondensare, de oxidoreducere, de transfer degrupari functionale(formil, metil, amino, acil, carboxil), de formare si scindare de legaturicovalente, de reactii prin radicali liberi etc.

    Unele cracteristici ale enzimelor sunt imprimate de structura lor proteica. Astfel, activitatealor in cursul metabolismului intermediar este limitata in timp. Ele se degradeaza relativ rapid subinfluenta altora. Activitatea, degradarea si biosinteza enzimelor, sunt reglate de factori simecanisme de control, de complexitate deosebita si situate la nivele variate de organizare asistemelor biologice.

  • 8/8/2019 - 129 - chimie - enzime

    9/13

    9

    Clasificarea enzimelor

    I. Hidrolaze

    1. Esteraze Reacii: hidrolize de esteri, amide, peptide

    a. Carboxisteraze (ficat, alte organe) Butirat de etil, ali esteri acizi + alcoolib. Lipaze (pancreas, semine, bacterii) Grsimi acizi + glicerinc. Colinesteraz (snge, esuturi animale) Acetilcolin colin + acid aceticd. Tanaz (plante) Galotanin acid galic + monozaharidee. Fosfataze (esuturi vegetale i animale) Esteri ai ac. fosforic ac. fosforic + alcoolif. Sulfataze (esuturi vegetale i animale) Esteri ai ac. Sulfuric ac. sulfuric + alcooli2. Glicozidaze Hidrolizeaz legturi glicozidice

    A. Oligozaharidaze Ex: -Glocozidaze (maltaze) -Glicozidaze (emulsin) -Galactozidaze -Galacctozidaze

    Invertaz (hidrol. zaharoz) etc.B. Polizaharidaze -Amilaze

    -AmilazeCicloamilaze (dinBacillus macerans)CelulazePoligalacturonidazeChitinazeHialuronidaze

    3. Amidaze Hidrolizeaz legtura C-N

    a. Asparaginaz Asparagin acid aspargic + NH3

    b. Glutaminaz Glutamin acid glutamic + NH3c. Arginaz (ficat) Arginin ortinin + ureed. Ureeaz (bacterii, soia) Uree CO2 + NH34. Proteaze Hidrolizeaz legturi peptidice

    A. Endopeptidaze Proteine peptidePepsin (suc stomacal)Tripepsin i chimotripsin (suc intestinal)Catepsin (intracelular)

    B. Exopeptidaze CarboxipeptidazeAminopeptidazeGlicil-glicin-peptidaz

    L-Alanil-glicin-peptidazProlidazProlinaz etc.

    5. Purin-desaminaze Amino-purine hidroxi-purine + NH3a. Adenaz Adenin hipoxantin + NH3

    b. Guanaz Guanin xantin + NH36. Nucleaze Hidrolizeaz acizi nucleici

    A. Polinucleotidaze (ribonucleaz idesoxiribonucleaz) (suc pancreatic i sucintestinal)

    Polinucleotide mononucleotide

    B. Nucleotidaze Nucleotide nucleozideC. Nucleozidaze Nucleozidepentoz +pirimidin sau purin

  • 8/8/2019 - 129 - chimie - enzime

    10/13

    10

    II. Transferaze

    Reacii: XRYRYRXR ++ ''1. Transmetilaze

    a. Transmetilaza colin-homocistein Colin + homocistein metioninb. Transmetilaza betain-homocistein Betain + homocistein metioninc. Transmetilaza metionin-glicocol Metionin + glicocol sarcosin

    d. Transmetilaza metionin-noradrenalin Metionin + noradrenalin adrenalin2. Transacliaze (n special transacetilaze) Transfer de grupe acetil de la acetil coenzim A

    la diferite substraturi

    a. Arilamino-transacetilaz (ficat) Acetil-CoA + arilamine acetil-arilamineb. Glucozamin-transacetilaz (ficat) Acetil-CoA + D-glucozamine N-acetil-D-glucozaminc. Colin-acetilaz (esut nervos) Acetil-CoA + colin acetil-colind. Acetil-CoA-transacetilaz (esuturi animale) 2 Acetil-CoA acetoacetil-CoAe. Oxaloacetat-transacetilaz (rspndire univ.) Acetil-CoA + acid oxalilacetic acid citric3. Transglicozilaze Transfer la alte substraturi resturi de D-

    glucoz legat n poziia 1 , de diferite grupe

    Ra. Fosforilaza amidonului (sau enzima P) (univ.) Amiloz + glucoz-1-fosfat lungete catenaamilozei cu un rest de glucoz elibernd H3PO4

    b. Enzima Q (factorul de ramificare) (univ.) Transfer o poriune dintr-o caten de amiloz(poliglucoz cu legturi 1,4- ) de la o poziie 4la o poziie 6

    c. Transglucozilaza zaharozei (bacterii) n Zaharoz (1,4- -glucoz) n + n fructoz4. Transfosfataze (fosfokinaze) Transfer resturi de fosfat de la acid adenosin

    trifosforic la cele mai variate substraturi,conservnd energia n noua legtur de fosfat

    a. Hexokinaz (drojdie, esuturi animale) (Mg2+) D-glucoz + ATP D-glucoz-6-fosfat + ADPb. Fructokinaz (ficat,muchi,bacterii)(Mg2+,K+) D-fructoz + ATP fructoz-6-fosfat + ADPc. Fosfohexokinaz (n toate esuturile) (Mg2+) Fructoz-6-fosfat + ATP fructoz-1,6-

    difosfat + ATPd. Triokinaz (ficat) (Mg2+) D-glicerinaldehid + ATP D-

    glicerinaldehid-3-fosfat + ADPe. Adenosinkinaz (n toate esuturile) (Mg2+) Adenosin + ATP acid adenosin-5-fosforic

    + ADPf. Adeninkinaz (miokinaz) (n toate es)(Mg2+) Acid adenosin-5-fosforic + ATP 2 ADPg. Enz. codehidraz I (es. anim., drojdie) (Mg2+) DPN + ATP TPN + ADPh. Flavokinaz (es. anim., plante, drojdie) Mg2+ Riboflavin + ATP acid riboflavinfosforic +

    ADPi. Fosfokinaza panteteinei (Mg2+) Pantetein + ATP pantetein-4-fosfat + ADPj. Fosfokinaza creatinei (Mg2+) Creatin fosfocreatink. Fosfokinaza argininei (muchii nevertebr.) Arginin fosfoarginin5. Transaminaze

    (Coenzim: fosfat de piridoxal)

    Transfer reductiv i stereospecific grupa NH2

    de la acil L-glutamic la diferii acizi -cetonici

    Tranaminaza L-glutamic Acid L-glutamic + acid piruvic L-alanin +acid -cetoglutaric (sinteze de aminoacizi)

    III. Oxido-reductaze

    1. Transhidrogenaze anaerobe Reacia general (A = substrat)

    A Coenzime: codehidrazele I sau II AH2 + DPN / TPN A + DPNH / TPNH + H+

    (DPNHiTPNHsuntoxidatedeflavoproteine)a. Dehidrogenaza -glico-fosforic (drojdie, Acid D(-)- -glicerin-fosforic + DPN fosfo

  • 8/8/2019 - 129 - chimie - enzime

    11/13

    11

    esuturi animale) dihidroxiaceton + DPNHb. Dehidrogenaza lactic (esuturi animale) Acid L(+)-lactic + DPN acid piruvic +

    DPNHc. Dehidrogenaza alcoolilor (drojdie, uneleesuturi animale)

    Alcooli (de ex. CH3CH2OH) + DPN aldehide(CH3CHO) + DPNH

    d. Dehidrogenaza fosfatului de trioz (drojdie,

    esuturi animale)

    D-glicerinaldehid-fosfat + DPH acid fosfo-

    D-gliceric + DPNHe. Dehidrogenaza malic (esuturi animale,

    plante, bacterii)Acid L-malic + DPN acid oxalilacetic +DPNH

    f. Dehidrogenaza izocitric (mai multrspndit) (Mg2+)

    Acid izocitric + DPN acid -cetoglutaric +CO2 + DPNH

    g. Dehidrogenaza L-glutimic (esuturi vegetale) Acid L-glutamic + H2O + DPN / TPN acid -cetoglutaric + NH2 + DPNH / TPNH

    h. Dehidrogenaza D-glucozei (globulele roii dinsnge)

    D-glucoza + TPN acid D-gluconic + TPNH

    B. Transhidrogenaze anaerobe fr coenzim Reduc direct citocromul b i (experimental)

    albastrul-metilena. Dehidrogenaza -glicero-fosfatului(insolubil) (plante, animale, bacterii)

    Acid L(+)-glicerin-fosforic fosfat de 3-glicerinaldehid

    b. Hidrogenaza fumaric (rspndit universal) Acid succinic acid fumaric (reacie din ciclulacidului citric)

    c. Dehidrogenaza lactic (drojdie) Acid L-lactic acid piruvicd. Dehidrogenaza colinei (esuturi animale) Colin betainaldehid2. Transhidrogenaze aerobe Reacii: 1) AH2 +FAD A + FADH2

    2) FADH2 + O2 FAD +H2O2A. Grupa prostetic: flavin-adenin-dinucleotid(FAD); atac direct substratul (flavoproteine)

    a. Xantin-oxidaz (enzima lui Schardinger)(lapte, esuturi animale)

    Hipoxantin + FAD Xantin + FADH2Xantin + FAD acid uric + FADH2Aldehide + FAD acizi + FADH2

    b. D-aminoacid-oxidaze (esuturi animale) RCH(CO2H)NH2 + O2 FAD RC(CO2H)=NH+ H2O2

    c. L-aminoacid-oxidaze (esuturi animale) RC(CO2H)=NH + H2O RCOCO2H + NH3B. Grupa prostetic FAD; accept hidrogennumai de la DPNH sau de la TPNHa. Diaforaza I DPNH + FAD DPN + FADH2

    b. Diaforaza II (esuturi animale) TPNH + FAD TPN + FADH2

    C. Grupa prostetic FMN; accept hidrogen dela TPNH TPNH + FMN TPN + FMNH2

    Enzima galben veche (Warburg) (globule roiiale sngelui)

    Reduce albastrul-metilen (nu ns citocromul ei)

    3. Transelectronaze

    A. Transelectronaze anaerobe Reacie: R+ R+ R+ + Ra. Reductaza citocromului c (n toate celuleleanaerobe)

    FADH2 + 2Cit*Fe3+ FAD + 2Cit*Fe2++ 2H+

    b. Reductaza citocromului b (n toate celuleleanaerobe)

    Catalizeaz reducerea citocromului b de ctresistemul dehidrogenazelor fr coenzim.(Citocromul b redus este oxidat de citocromul c,

    sub aciunea unei alte enzime; poate fi oxidatncet i de O2, fr o oxidaz)

    B. Transelectronaze aerobe Reacie:

  • 8/8/2019 - 129 - chimie - enzime

    12/13

    12

    Citocrom-oxidaza (oxidarea citocromului c)sau fermentul respirator rou al lui Warburg.(ntoate celulele aerobe)

    Cit. c. Fe2+ + Cit. hem. Fe3+ Cit. c. Fe3+ + Cit.hem. Fe2+

    2Cit. hem. Fe2+ +2

    1O2 2Cit. hem. Fe3+ + O2-

    (Oxideaz citocromul c. Citocrom-oxidazaredus oxideaz direct O2

    4. Oxidazea. Monofenol-oxidaze (tirosinaz) (ciuperci)(grup prostetic: cupru)

    b. Polifenol-oxidaze (ciuperci, cartofi) (grupprostetic: cupru)

    c. Oxidaz ascorbic (plante) (grup prostetic:

    cupru)

    Acid ascorbic acid dehidroascorbic

    d. Uricooxidaza (uricaza) (ficatul mamiferelorcu exceptia primatelor; diptere; gasteropode)(grup prostetic: zinc)

    Acid uric alantoin (cu formare de H2O2

    5. Peroxidaze i catalaze Enzime distrugtoare ale apei oxigenatea. Peroxidaze (aproape n toate celulele vegetale)

    b. Catalaze (n toate celulele animale i vegetale)H2O2 H2O +

    2

    1O2

    IV. Liaze i sintetaze

    1. Carboliaze i corbosintetaze Rup, respectiv creeaz, o legtur ntre doiatomi de carbon

    A. Carboxilaze i decarboxilazeCoenzim: cocarboxilaz (tiamin-pirofosfat)

    a. Carboxilaza (drojdie, bacterii) CH3COCOOH CH3CHO + CO2b. Oxidaza piruvic (esuturi animale)(necesit, pe lng cocarboxilaz, coenzim A iDPN)

    CH3COCOOH + H2O + CoA + DPN CH3COCoA + DPNH (reacie din ciclulacidului citric)

    c. Aminoacid-decarboxilaze (bacterii) R-CH(NH2)COOH R-CH2NH2 + CO2

    Exist enzime specifice pentru lisin, tirosin,arginin, ornitin, acid glutamic etc.d. Decarboxilaza oxalo-succinic Acid oxalilsuccinic acid -cetoglutaric

    (reactie din ciclul acidului citric)B. Carboligaze

    Carboligaza acetaldehidei (drojdie)R-CHO + OHC-CH3 (-)R-CHOH-CO-CH3(necesit tiamin-pirofosfat)

    C. Aldolazea. Aldoza (trioze-fosfat-liaz) (drojdie, esuturianimale i vegetale)

    1,6-Difosfat de furanoz 2-fosfat de trioz(decondensarea aldolic din fermentaie iglicoliz)

    b. Citraz (bacterii) Acid acetic + acid oxalilacetic acid citric(reacie din ciclul acidului citric)

    2. Hidrataze i dehidrataze

    a. Fumaraz Acid fumaric + H2O acid (-)-malic

  • 8/8/2019 - 129 - chimie - enzime

    13/13

    13

    (ciclul acidului citric)b. Aconitaz Acid citric acid aconitic acid izocitricc. Enolaz (drojdie, multe esuturi) Acid 2-fosfoglicerin acid 2-fosfo-enol-

    piruvic + H2O3. Liaze i sintetaze ale legturii C-N

    a. Aspartaz Acid aspargic acid fumaric + NH3

    V. Izomeraze i racemaze

    a. Oxo-izomeraza (epimeraza) D-glucopiranoz-6-fosfat D-fructofuranoz-6-fosfat

    b. Izomeraza fosfailor de trioze D-glicerinaldehid-3-fosfat dihidroxiaceton-fosfat

    c. Fosfo-gliceromutaza (a,b i c; se gasesc ncele mai variate esuturi animale i vegetale)

    Acid 2-fosfogliceric acid 2-fosfogliceric(reacii n cursul fermentaiei i glicolizei)

    d. Racemaz lactic (esuturi animale, bacterii) Acid D-lactic acid L-lactice. Racemaza alaninei (bacterii) L-Alanin D-Alanin

    Powered by http://www.referate-lucrari.com

    Referate,Lucrari de diploma,Licenta,Carti,Teste

    http://www.referate-lucrari.com/http://www.referate-lucrari.com/