Biochimie

BIOCHIMIECurs 1/06.03.2012

HETEROPROTEIDE

Heteroproteidele sunt cea mai complexă clasă de protide care se mai numesc şi proteine conjugate deoarece au în structura lor pe lângă componenta de natură prioteică (formată numai din aminoacizi) şi o componentă de natură neproteică – componenta prostetică.

După natura acestei componente neproteice, heteroproteinele sunt clasificate în 6 clase:

1.Metalproteide: componenta neproteică este un ion metalic: Fe2+, Fe3+, Cu2+, Co2+, Mg2+ , Zn2+

Aceşti ioni se leagă de componenta proteică prin legaturi covalente, dar şi covalent-coordinative, formând o structură de chelat.

Exemple: feritina = 23% Fe – prezentă în splină, ficat, maduva osoasă, în mucoasa intestinală şi

reprezintă depozitele de fier din organism;hemosiderina = 37% Fe – se găseşte depozitată în sistemul reticulo-endotelial şi

contribuie la menţinerea în limite fiziologice a nivelului de fier (sideremia);ceruloplasmina – se găseşte în plasma sanguină, conţine cupru şi are rol în transportul

cuprului în organism;transferina – conţine cupru, zinc şi fier şi se găseşte ăn plasma sanguină;azurina – conţine cupru şi este prezentă la bacterii.2.Fosfoproteidele sunt acele heteroproteide la care componenta prostetică este un

radical (-PO3H2) al acidului fosforic. Acest radical se leagă de componenta proteică prin intermediul a 2 aminoacizi: serina şi rezultă fosforilserina

treonina şi rezultş fosforiltreoninaExemple:Cazeinele sunt principalele fracţiuni proteice din lapte (cele mai importante

heteroproteine din lapte) care se găsesc în proportie de 87%. Au fost separate prin electroforeză 4 fractţuni cazeinice : , , si K, cazeine care diferă între ele prin conţinutul în fosfor. Cazeinele variaza de la o specie la alta din punct de vedere compozitional, însa la toate speciile, în lapte, 90% din cazeina se găseşte sub formă coloidală (micele de cazeină), iar restul de 10% este cazeină solubilă care se găseăte sub formă de mici agregate. Aceste 2 forme ale cazeinei se găsesc în permanenţă într-un echilibru menţinut de prezenţa ionilor de calciu în lapte. Cazeinele la fierbere nu coagulează – aceasta constituind o particularitate. Coagularea cazeinelor se face numai sub acţiunea bacteriilor lactice sau a unor enzime – cheagul.

Din punct de vedere nutritiv, cazeinele sunt proteine complete deoarece conţin toţi aminoacizii esenţiali.

Vitelinele sunt fostoprotidele din gălbenuş şi conţin foarte multă serină şi furnizează fosforul şi aminoacizii esenţiali necesari dezvoltării embrionului.

3.Glicoproteidele – la care componenta neproteică este o substanţă de natură glucidică (oză, diglucid, poliglucid).

1

Sunt biomacromolecule solubile în apă cu care formează soluţii vâscoase şi se găsesc în organism ăn secreţia mucoaselor, în cordonul ombilical, în umoarea vitroasă a ochiului şi chiar în plasma sanguină. Rolul lor este: - structural, deoarece intra în constituţia celulelor;

- componente ale mucinelor din tractul gastro-intestinal sau uro-genital;

- intervin în procesele de recunoaştere de la suprafaţa celulelor.

Exemple:Glicoproteide de grup sanguin – se găsesc în eritrocite.Haptoglobuline – glicoproteine serice, dar se găsesc preponderent în lichidul pleural şi

lichidul cerebrospinal.Ovomucoidul şi ovomucina din ou.Avidina – se găseşte în mucoasa oviductului.Lizozim – se găseşte în ou şi alte ţesuturi. 4.Lipoproteidele – la care componenta neproteică este o lipidă - trigliceride,

colesterol. Componentele proteice ale acestor lipoproteide se numesc avolipoproteine şi sunt sintetizate în ficat şi intestin. In organism se găsesc în plasma sanguină şi în limfă şi se numesc lipoproteide circulante. Se mai găsesc şi în lapte – lactolipoproteide şi în ou – lipoviteline.

5.Cromoproteidele sunt heteroproteidele a caror componentî neproteicî este o substanţîta colorată – un pigment care dă culoare întregii cromoproteide. După natura chimică a acestui pigment cromoproteidele sunt de 2 feluri:

a) porfiriniceb) neporfirinicea) Cromoproteidele porfirinice sunt acele a caror componentă neproteica este formată

dintr-un nucleu tetrapirolic, care se numeşte porfirina şi care este substituit ăn anumite poziţii cu radicali metil (CH3), cu radicali vinil HC=CH2) sau propionil (H3C-CH2-COOH). Nucleul împreună cu aceşti radicali formează protoporfirina.

Cele 4 nuclee pirol sunt de asemenea legate între ele prin radicali metin şi chelatează în interiorul lui ioni de Fe2+ . [CH3 = metil; CH2 = metilen; CH = metin]

Aceste nuclee tetrapirolice împreuna cu radicalul care-l substituie şi cu ionii Fe 2+

formeaza hemul. Hemul este componenta neproteică a cromoproteidei porfirinice – hemoglobina (Hb).

Hb = Hem + GlobinaHemoglobina este pigmnentul respirator din sânge care fixează O2 reversibil de la

pulmon şi-l transportă la şesuturi (asigurând astfel necesarul de oxigen arderilor celulare) şi se întoarce cu CO2 de la ţesuturi la pulmon şi care se elimină prin procesul de expiraţie.

Hemoglobina este pigmentul de culoare roşie a sângelui şi 90% este componenta de bază a hematiilor.

Structura hemului:- 4 nuclee pirol + grupări vinil, propil, metionin (protoporfirina);- ioni Fe2+ chelaţi, legaţi prin legături covalent coordinative de 2 nuclee pirol A si C

şi prin legături covalente de alte 2 nuclee pirol B si D;- se leagă de globină prin intermediul ionilor Fe2+ şi un radical histidină din structura

globinei sau se leagă de globină prin intermediul ionilor Fe2+, a unei molecule de apă şi a radicalului histidină din structura globinei.

2

Molecula tetrameră de globină conţine 4 molecule de hem deoarece fiecare catena

polipeptidică înglobează sau leagă câte o moleculă de hem care se va aţeza într-o cavitate a lanţului de globină şi care va purta numele de buzunarul hemului.

Hemoglobina transportă O2 de la pulmoni la ţesuturi cu care formează oxihemoglobina conform reacţiei reversibile:

Hb + 6 O2 === Hb(O2)4 + 4 H2O

oxihemoglobina

şi se întoarce cu CO2.Fixarea O2 se va face întotdeauna iî locul moleculei de H2O din structura hemului, iar

la întoarcere fixarea CO2 se face la nivelul globinei – la nivelul grupărilor NH2 libere din structura globinei.

Se numeşte putere oxitorică a hemoglobinei volumul de O2 pe care hemoglobina din 100 ml sânge îl poate lega.

3


Derivaţi de la hemoglobină

a. Carbhemoglobina este forma sub care Hb se întoarce cu CO2 de la ţesut (HbCO2). Locul unde se leagă CO2 nu mai este în înteriorul hemului, ci la nivelul globinei la grupările NH2 terminale.

b. Carboxihemoglobina – HbCO – compusul toxic puţin disociabil care rezulta prin legarea CO (în locul apei din structura hemului) de către Hb. Afinitatea de legare a CO de către Hb este mult mai mare decât de a lega O2, de aceea funcţia respiratorie va fi blocată de către HbCO (asfixia) atunci când în sânge ajunge maxim 50% CO.

c. Mioglobina – HbM - pigmentul roşu al muşchiului (M) este ca structură identică cu structura Hb din sânge şi are rolul de a transporta O2 în interiorul ţesutului muscular.

d. Methemoglobina – conţine Fe3+ în interior şi apare o legatură covalentă între aceşti ioni de Fe3+ şi un radical OH de la molecula de apă. Este compus toxic, ia naştere în eritrocite fiziologic, în cantităţi mici, dar, în intoxicaţii cu nitriţi, nitraţi sau pesticide sau cu medicamente aceasta se sintetizează în concentraţii mari şi devine nocivp pentru eritrocite şi sânge.

e. Heminele – compuşi toxici derivaţi de la Hb; conţin Fe3+ , nu pot lega molecula de O2. Dintre hemine face parte clorhemina care este un derivat de la Hb care nu conţine globină. Se poate prepara din NaCl, acid acetic si Hb din sânge rezultând clorhemina care privită la microscop apare ca nişte cristale aciculare specifice.

6.Nucleoproteide – sunt heteroproteide care pe lângă componenta de natură proteică au o componentă neproteică/prostetică care este un acid nucleic: ADN (acid deoxirobonucleic) şi ARN (acid ribonucleic).

In funcţie de această componentă neproteică, nucleoproteidele sunt de 2 feluri:- deoxitibonucleoproteide- ribonucleoproteide

!!! Rolul nucleoproteidelor –reprezintă baza moleculară a unor procese biochimice fundamentale cum ar fi: - stocarea, transmiterea şi exprimarea informaţiei ereditare

- biosinteza proteinelor - diviziunea celulară.Acizii nucleici (AND şi ARN)Acizii nucleici sunt biomolecule informaţionale care au urmatoarele caracteristici;- pastrează, transmit şi exprimă caracterele ereditare;- transmit din generaţie în generaţie informaţia genetică, ei fiind purtătorii acestei

informaţii;- reprezintă baza moleculară a proceselor de biosinteză a proteinelor şi de biosinteză

a enzimelor;- reprezintă baza moleculară a proceselor de diferenţiere şi reglare celulară;- reprezintă baza moleculară care asigură constanta fenomenului de replicare

celulară.

Structura acizilor nucleici

4

Atât AND-ul cât şi ARN-ul sunt polimeri de nucleotide. Fiecare mononucleotid este format din 2 parţi:

- o parte – nucleozid- o parte – radical de acid fosforic -PO3H2

Nucleozidul este format dintr-o bază azotată care poate fi purinică sau pirimidinică şi o pentoză care poate fi riboza sau deoxiriboza.

AND si ARN (polinucleotide)

MONONUCLEOTID

NUCLEOZID RADICAL AL ACID. FOSFORIC -PO3H2

BAZA PENTOZA AZOTATA

ADENINA (A) TININA (T) DEOXIRIBOZA RIBOZAGUANINA(G) CITOZINA(C) (ADN) (ARN) URACIL (U)

Deosebiri de structură chimică între AND şi ARN este: - în AND pentoza este deoxiriboza, iar în ARN este riboza;- bazele azotate continute de - AND sunt: adenina, guanina, citozina, tinina

- ARN sunt: adenina, guanina citozina, uracil

Formulele de structura ale bazelor azotate:

5

BiochimieCurs 3/20.03.2012

Structura acizilor nucleici

Nucleotidele sunt formate din baza azotată + pentoza şi aceasta (pentoza) esterificată cu H3PO4 la atomii de C din poziţiile 3’ si 5’ ( dacă sunt deoxicarbonucleotide ) sau esterificate cu H3PO4 la atomii ce C ai pentozei din poziţiile 2’, 3’, 5’ dacă sunt ribonucleotide. De aceea nucleotidele pot fi mono-, di- sau trifosforilate. Exemplu de nucleotidă monofosforilată: adenina + deoxiribofuranoza + 3’ H3PO4

Nucleotidele 5’ fosfat sunt extrem de importante şi în funcţie de numărul de radicali de H3PO4 care se leagă la C 5’ pot fi şi ele mono, di şi trifosforilate şi în plus la cele di- şi trifosforilate apar una respectiv două legaturi macroergice (aceştia sunt compuşi macroergici).

Aceşti compuşi macroergici au în astructura lor -riboza. La cele care conţin deoxiriboză nu apar legaturi macroergice.

Exemple de nucleotide 5’ mono, di- şi trifosforilate d- AMP, d- ADP, d- ATP

d= deoxiribozaA= adeninaMP= monofosfat ADNd- GMP, d- GDP, d- GTPd- CMP, d- CDP, d- CTPd- TMP, d- TDP, d- TTPToate legaturile de AND 5’AMP, ADP, ATPGMP, GDP, GTP ARNCMP, CDP, CTP

7

UMP, UDP, UTP compuşi macroergici

Schema de structură a AMP, ATP si ADP

ATP ADP + H3PO4 +E

ATP AMP + 2H3PO4 + E (H4P2O7)

acid pirofosforic

Noţiuni despre compuşi macroergici (consideraţii generale)Se numesc compuşi macroergici acele substanţe bogate în energie, adica acele

substanţe formate din molecule specializate în stocare şi eliberare de energie. Cel mai important compus macroergic din organism ca acumulator, dar şi ca furnizor de energie este ATP – ul, în structura căruia exista 2 legături macroergice. ATP ia naştere în organism în procesele catabolice cu stocarea unei cantităţi mari de energie necesare celulei în cele doua 2 legaturi macroergice. ( o legatura ATP – 10000 Kcal)

Totodată în procesele anabolice (de biosinteza) se rup legăturile macroergice din ATP şi se eliberează această energie necesară proceselor de biosinteză.

Alţi compuşi macroergici prezenţi în organismele vii:- în muşchiul cardiac, muşchiul striat este creatininfosfatul – CP. Se obţine printr-o

reacţie de esterificare dintre creatinina şi H3PO4.

Creatinina + ATP CP + ADP

8

- acetilcoenzima A – AcetilCoA – care are o legatură macroergică se obţine din acidul acetic (acizi carboxilici) prin esterificare cu CoA în prezenţa energiei furnizate de o molecula de ATP. (CoA este parte componentă respectiv coenzimă a unei enzime numită acetiltransferaza şi simbolic se scrie HS-CoA.)

Reacţia de formare a AcetilCoA este :

AcetilCoA este compusul macroergic care se obţine ca produs comun atât în urma degradarii glucidelor cât şi în urma degradarii lipidelor şi proteinelor. Rezultă că AcetilCoA este punctul nodal comun al tuturor celor trei tipuri de catabolism.

Structura, localizarea şi rolul AND-ului AND are doua tipuri de structuri

a) primarăb) secundară

Structura primară este reprezentată de tipul, numărul şi secvenţa de baze azotate constituente ale mononucleotidelor. Monocucleotidelel d- AMP, d- GDP, d- CMP, d- TMP Fiecare mononucleotidă monofosforilată se leagă de următoarea printr-o legătură de tip ester care se stabileşte între gruparea OH de la C5’ al deoxiribozei acelei nucleotide şi OH de la C 3’ aparţinând mononucleotidei următoare, dar această legatură se realizează prin intermediul unei molecule de H3PO4. Se spune că apare astfel o legatură 5’ – 3’ sau 3’ – 5’ fosfodiester.

9

Totodată s-a demonstrat că există o complementaritate între baza azotată Adenină şi Timină cu care se poate împerechea prin 2 legături de H (A = T), iar între C şi G există o a doua complementaritate, adică ele se pot împerechea prin 3 legături de H (C G).

Acest lucru face posibilă cea de-a doua structură a ADN – structura secundară – descoperită de Watson si Crik.

Structura secundară spune că o moleculă de ADN este alcătuită din 2 catene, fiecare fiind polinucleotidică, iar aceste catene sunt orientate paralel, împletite în jurul unui ax comun şi formând astfel o spirală dublă orientată spre dreapta.

Pe o buclă vom avea 10 perechi de baze azotate. Se spune că cele 2 catene A şi B sunt replica complementară a uneia faţă de cealaltă.

Localizarea ADN-ului – (preponderent) intracelulară. La procariote este un singur ADN circular şi este asociat cu un cromozom din membrana plasmatică, în timp ce la eucariote AND 98,9% este nuclear.

Propietaţile lui sunt:- la temperatura de 80C suferă denaturare ca orice proteină, dar după răcirea soluţiei,

cele două catene se pot recombina renaturare/recombinare Ca funcţie AND-ul reprezintă baza moleculară a conservării şi transmiterii informaţiei

genetice din generaţie în generaţie. De asemenea, asigură şi controlează biosinteza proteinelor şi a enzimelor.

- asigură şi reglează diferenţierea celulară- AND este sediul tuturor mutaţiilor genetice fie naturale sau induse.

10


ARNSpre deosebire de ADN, ARN-ul are doar structură primară fiind format dintr-o

singură catenă poliribonucleaotidică, catenă care cuprinde un numar variabil de unităţi structurale de baza, respectiv de ribonucleotide.

Fiecare ribonucleotid are în loc de deoxiriboză riboza şi în loc de bază azotată timină are uracil.

Legarea bazei azotate de -riboză se face în aceaşi manieră la C1 ca şi la ADN, iar legarea ribonucleotidului de un altul după el se face tot în poziţia 3’, 5’ fosfodiester.

Cele 4 ribonucleotide prezente într-o catena de ARN sunt : AMP, GMP, CMP, UMP, etc. (ADP, ATP)

Localizarea, tipurile de ARN şi funcţia lor:-ARN-urile se găsesc localizate ăn citoplasmă şi o cantitate mică şi ăn nucleu.

Orice celulă de la orice specie include trei tipuri de ARN:-ARN ribozomal – ARNr – reprezintă 75% - 85% din masa ARN-ului celular. Se

găseşte combinat cu proteinele sub formă de complexe numite ribozomi. Ribozomii conţin 65% ARN si 35% proteine şi reprezintă locul de biosinteză a proteinelor, contribuind astfel la traducerea mesajului ereditar adus de la ADN de către ARN mesager. Prin traducerea acestui mesaj din citoplasmă de către ARN transport şi care vor forma proteinele noi sintetizate.

-ARN mesager – ARNm (ARNi) – este o macromoleculă monocatenară în care secvenţa bazelor azotate, respectiv a nucleotidelor este similară cu cea de pe o catena de ADN. ARNm este sintetizat în nucleul celular prin transcrierea (copierea) secvenţei de nucleotide de pe ADN cu deosebirea ca T va fi inlocuită cu U în ARNm. Rezultă că una din cele doua catene ale ADN-ului funcţionează ca matrice (tipar) pentru sinteza ARNm.

Prin sinteza acestui ARNm mesajul ereditar codificat în secvenţa de nucleotide din ADN este transcris în secvenţa de nucleotide a ARNm (fenomenul se numeşte transcripţie). Pentru scurt timp va exista o molecula hibridă ADN-ARNm dublu spiralată, helicoidală, unde informaţia ereditară de pe ADN a fost copiată pe ARNm pe baza legii complementăritaţii bazelor azotate.

Catena de ARNm formată va transmite informaţia ereditară din ADN la ribozomi unde se află locul de biosinteză a proteinelor şi unde secvenţa de nucleotide din ARNm este tradusă în secvenţa de aminoacizi care vor forma o proteină.

-ARN transport – ARNt (ARN transfer) – reprezintă poliribonucleotide cu molecule mici, mult mai mici decât ARNm si ARNr. Structura lui este tot monocatenară şi nu este asociată cu proteinele, este solubil în citoplasmă şi rolul lui e acela de a lega specific aminoacizii liberi din citoplasmă şi de ai transporta (transfera) la ribozomi.

O moleculă de ARNt poate să lege cca. 20-22 aminoacizi. Se spune că ARNt functionează ca izoreceptor pentru diferiţi aminoacizi din citoplasmă, dar şi ca adaptor, adică îi ordonează într-o secvenţăta precisă formând o moleculă proteică pe baza recunoaşterii mesajului genetic conţinut în secvenţa de nucleotide din ARNm.

11

La bacterii, întregul conţinut de ARN este localizat în citoplasmă, iar la restul celulelor animale aproximativ 11% se găseşte în nucleu ca ARNm, peste 50% ribozomi ca ARNr şi restul până la 100 se găseşte în citoplasmă ca ARNt.

ENZIMELEConsideraţii generaleOrganismele vii se caracterizează printr-un dinamism continuu determinat de

interacţiunea dintre un ansamblu de reacţii chimice de degradare (catabolice) şi reacţii de biosinteză (anabolice). Totalitatea acestor reacţii biochimice de catabolism şi anabolism formează metabolismul. Evident, metabolismul e însoţit şi de transformarile energetice (generare de energie sub formă de ATP sau cosumul de energie din ATP).

Toate reacţiile biochimice de catabolism sau anabolism care determină metabolismul organismului viu sunt catalizate de moleculele specializate care poartă numele de enzime.

Enzimele sunt biocatalizatori, adică sunt o clasă specializată de proteine dotate cu activitate catalitică.

Caracteristicile lor:- cei mai eficienţi catalizatori cunoscuţi (deşi actionează în cantităţi foarte mici – de

ordinul micronilor – totuşi efectul lor este foarte mare);- nu se consumă şi nu se transformă în timpul reacţiilor pe care le catalizează;- catalizează numai reacţii termodinamic posibile şi nu modifică starea finală a

echilibrului acestei reacţii;- sunt biomolecule care au specificitate de reacţie (catalizează numai o anumită

reacţie chimică), dar au şi specificitate de substrat (adică acţionează asupra unui anumit substrat de reacţie);

- micşorează energia de activare a moleculelor asupra cărora acţionează (de substrat);- unele pot fi reglatoare şi aceste enzime se vor numi allosterice.Părţile componente ale unei enzime (structura)Intrucât enzimele sunt biocatalizatori de natură proteica ele vor avea o parte formată

dintr-un număr mare de aminoacizi, evident dispuşi într-o configuraţie spaţială, configuraţie determinată specific pentru ca enzima să aibă activitate catabolică.

Unele enzime sunt monocomponente, fiind alcătuite numai dintr-o componentă proteică unde se găseşte şi centrul catalitic al enzimei la care va accede substratul de reacţie ce va fi transformat în produşi.

Marea majoritate a enzimelor sunt biocomponente, adică sunt formate din două componente:

a) Apoenzima – componenta majoriatară, de natură proteică, termolabilă şi pe care se găseşte localizat situsul catalitic, adică zona unde ajunge substratul de reactivitate ce urmează a fi transformat în produşi.

La enzimele reglatoare pe apoenzimă se mai găseşte o zonă – situs allosteric unde se vor lega substanţele chimice activatoare/inhibitoare (efectori).

Rolul apoenzimei e acela de a determina specificitatea de substrat în reacţia pe care o catalizeaza şi de a suferi modificări conformaţionale spaţiale permisive, astfel încât substratul să acceadă cât mai uşor la situsul catalitic.

b) Cofactori enzimatici (coenzime) componeneta termostabilă, nu reacţionează decât în prezenţa apoenzimei şi rolul ei este acela de a determina mecanismul prin care apoenzima îşi exercită funcţia catalitică.

12

Cofactorii sunt, în general, micromolecule organice ataşate temporar la apoenzimă, respectiv derivate de la vitamine sau pot fi nucleotide trifosforilate (GTP) sau pot fi ioni metalici (Fe, Cu) care se leagă sub formă de chelaţi, sau chiar alte grupări prostetice.

Schema generală a unei reactii biochimice catalizate de o enzimă biocomponenta este:

13


Enzime allosterice (reglatoare)

Sunt enzime care pe lângă situsul catalitic de pe apoenzimă conţin şi un situs – allosteric, de care se cuplează anumiţi efectori ce pot fi activatori sau inhibitori pentru enzimă.

Dacă la situsul allosteric se ataşează un efector activator, acesta va determina (va modula) tranziţii spaţiale optime ale moleculei de enzima, astfel încât substratul de reacţie să se potrivească cât mai bine la situsul catalitic şi să fie transformat în produşi.

Dacă la situsul aloosteric se cuplează un efector inhibitor pentru enzimă, acesta va determina distorsiuni ale conformaţiei spaţiale ale enzimei astfel încât substratul nu se mai potriveşte la situsul catalitic al enzimei şi astfel nu mai este posibilă reacţia.

Schema de funcţionare a efectorilor allosterici:

Mecanismul prin care un efector allosteric acţioneaza ca activator sau inhibitor pentru o enzimă allosterică se numeşte mecanism de feed-back (retroinhibiţie sau inhibiţie prin produs final). El constă în: fie un şir de reacţii în care substratul A este transformat în B , B în C şi C în D, numai prima reacţie de transformare a lui A în B este catalizată de o enzimă allosterică:

Dacă celula unde are loc reacţia constată că s-a produs prea mult compus D atunci acest produs D devine inhibitor allosteric (efector) pentru enzima EA, aceasta îşi va modifica conformaţia spaţiala, substratul A nu va mai accede la situsul ei catalitic şi nu va mai fi transformat în B.

Dacă celula constată că produsul final D este insuficient, atunci produsul D va fi efector activator pentru EA, acesta va capată o conformaţie spatială optimă pentru substratul A care va fi transformat rapid în B.

Factorii care influenţeaza activitatea unei enzime

14

Cinetica chimica este partea de chimie fizică care studiază legile dupa care se petrec reacţiile chimice sub raportul vitezei de reacţie. In biochimie cinetica enzimelor se bazează pe măsurarea cantitativă a vitezei unei reacţii catalizată de o enzimă. Se ştie că, la modul general, o reacţie enzimatică apare astfel:

E + S ↔ [ES] P + E ↑ complex enzima-substrat v = viteza de transformare a substratului în produs.

Viteza de reacţie se defineşte ca variaţia cantitătii de substrat care se transformă în produşi în unitatea de timp sau cantitatea de produs care se formează în unitatea de timp.

V = - = + = K[S]n

unde: K = constanta de viteză şi de proporţionalitate şi arată dependenţa vitezei de reacţie de concentraţia substratului; n = ordin de reacţie; cele mai frecvente reacţii enzimatice sunt de ordin 0 sau 1.

Dacă n = 0 → V = K[S]0 = K , deci enzima este saturatţ în substrat şi nu mai este nevoie de un altul pentru a fi transformat în produs.

Dacă n = 1 → V = K [S]1 = v creşte direct proporţional cu concentraţia substratului.Factorii care influenţează activitatea unei enzime sunt:-concentratia substratului: viteza unei reacţii catalizată de o enzimă creşte cu

concentraţia substratului până la o valoare numită viteză maximă, la care oricât ar creşte concentraţia substratului, viteza rămâne constantă. Jumatate din Vmax poartă numele de constanta Michelis (Km) şi reprezintă acea concentraţie de substrat pentru care viteza de desfăşurare a reacţiei enzimatice este jumatate din Vmax . Km este specific fiecărei enzime în parte şi reprezintă afinitatea enzimei pentru substrat.

-concentraţia enzimei: viteza de reacţie este direct proporţională cu concentraţia enzimei.

-temperatura influenţează viteza de reacţie ca şi activitatea enzimatică. S-a constatat că fiecare enzimă are un optim de temperatură la care activitatea enzimatică este maximă, iar în afara lui, activitatea enzimatică este diminuată, mergând până la denaturare.

15

-pH-ul. S-a constatat că fiecare enzimă are un pH optim la care activitatea ei este maximă şi în afara căruia activitatea enzimatică este mult diminuată.

-efectorii enzimatici – sunt substanţe chimice ce pot fi activatoare sau inhibitoare pentru enzime. Ex: ionii Cl si Mg sunt activatorii, iar metalele grele sunt inhibitori.

Clasele de enzimeIn nomenclatura internaţională, ca urmare a hotărârii luate de Comisia de enzime a

Uniunii Internaţionale de Biochimie, enzimele au primit un numar de cod de forma :EC W. XYZ

Unde: EC = Comisia de Enzime W = clasa enzimatică X = subclasa enzimatică Y = numărul substratului specific asupra căruia acţionează enzima (nr. coenzimei)

Z = numărul de ordine al enzimei.In funcţie de substratul asupra căruia acţionează, există 6 clase mari de enzime:1.Oxidoreductaza: catallizează reacţii de oxidoreducere care decurg cu transfer de

hidrogen, de electroni sau de oxigen, între un reducător şi un oxidant.2.Transferazele: catalizează reacţii de transfer a unor grupari chimice de la un substrat

donor la un substrat acceptor.3.Hidrolaze: catalizează reacţii de rupere a moleculelor de substrat sub acţiunea apei.4.Liaze: catalizează reacţii de scindare a legăturilor C-C, C-O, C-N, C-S fără

participarea apei.5.Izomeraze: catalizează reacţii de izomerie – de regrupare intramoleculară a atomilor

sau grupelor de atomi din moleculele unui substrat.6.Ligazele sau sintetazele: catalizează reacţii de formare a unor legături chimice cu

consum de ATP.

16


Oxidoreductaze

Oxidoreductazele sunt acea clasă de enzime care catalizează reacţii de oxido-reducere, adică reacţii prin transfer de:

a) hidrogen – se numesc dehidrogenaze;b) electroni – se numesc transelectronaze;c) reacţii de combinare a unui substrat cu oxigenul – se numesc oxigenaze.

a) Dehidrogenazele Sunt acea clasa de oxidoreductaze care transferă hidrogen între substrat şi produsul

final, acest lucru făcându-se prin intermediul unor coenzime.Coenzimele dehidrogenazelor sunt:-derivaţi de la vitamine care conţin în plus o pentoză şi o bază azotată – adenina.

Aceste coenzime sunt: 1. NAD+ - forma oxidata şi NADH(H+) – forma redusă.N = vitamina PP (niacina)A = adeninaD = dinucleotidReacţia generală catalizată de o oxidoreductază (dehidrogenaza) care are drept

coenzima NAD este:

SH2 + NAD+ S + NADH(H+)substrat coenzima substrat coenzimaredus f.oxidată oxidat f.redusă

Structura chimica a acestei coenzime este următoarea: un nucleotid format din adenină, β riboză, un acid fosforic (H3PO4) + un al doilea nucleotid format din un acid fosforic (H3PO4), β riboză şi un rest (radical) de la vitamina PP.

17

2. FAD – forma oxidată si FADH2 – forma redusăF = vitamina B2 (riboflavina)A = adeninaD = dinucleotidReacţia generală catalizată de o dehidrogenază care are drept coenzimă FAD este

următoarea:

SH2 + FAD S + FADH2

substrat coenzima substrat coenzimaredus f.oxidată oxidat f.redusă

Structura chimica a FAD este: adenină, β riboză, 2 acizi fosforici (H3PO4) + vitamina B2.

b) TranselectronazeleSunt acea clasă de oxidoreductaze a căror coenzimă transportă electroni de pe un

substrat donor pe un substrat acceptor. Structura chimică a acestei coenzime derivă de la hem, având ioni de Fe2+ si Fe3+ şi putând astfel să accepte şi să cedeze electroni.

Exemple de astfel de coenzime: citocromii (cit). Citocromii sunt foarte importanţi în metabilism, în procesul de respiraţie celulară (lanţul transportor de electroni şi H) când aceşti citocromi transportă electroni de pe substraturi reduse (SH2) pe oxigenul molecular (O2) pe care-l activează şi care cu H tot de pe substraturile reduse formează apă şi o cantitate mare de energie pe care celula o converteşte în ATP. Acest proces de respiraţie celulară este în continuarea ciclului Krebs care este punctul comun al celor 3 forme de catabolism: lipidic, glucidic şi protidic.

Reacţia generală catalizată de o transelectronază care are drept coenzimă citocromii este:

cit(Fe2+) – 1e- cit(Fe3+) + 1 e-

coenzima substrat coenzima substratredusă oxidat oxidată redus

18

c) OxigenazeleSunt oxidoreductaze care catalizează încorporarea de O2 de către o molecula de

substrat, sau pot realiza transferul de electroni direct pe O2 şi se numesc oxidaze.Exemple de astfel de oxigenaze sunt:-superoxid dismutaza (SOD) – catalizează trasformarea sau dismutaţia anionului

superoxid O în H2O2 (apă oxigenata) şi O2;-catalaza } sunt oxigenaze care catalizează reacţii de transformare a H2O2 în -peroxidaza } H2O şi O2

19

Biochimie

Documents

Transcript of Biochimie