ENZIME Enzimele sunt catalizatorii lumii vii - biocatalizatori

NOŢIUNI INTRODUCTIVE

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

Există peste 2000 de enzime diferite

Primele enzime izolate = fermenţi Sinteza enzimelor are loc în interiorul organismelor Îşi pot exercita acţiunea şi atunci când sunt extrase din organism, şi în afara acestuia

1

ENZIMENOŢIUNI INTRODUCTIVE

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

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

substanţa asupra căreia acţionează enzimele = SUBSTRAT

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

2

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

- în absenţa enzimei durează 12 zile

ENZIMEo permit ca reacţiile biochimice să fie considerabil accelerate

CARACTERISTICI

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

o măresc viteza reacţiilor – prin scăderea Eactivare a substratului

o se disting printr-o caracteristică - specificitate

3

ENZIME Substraturile (A şi B) în condiţii normale necesită o cantitate de energie considerabilă (E1) pentru a atinge starea de tranziţie A...B, după care produsul de reacţie (AB) se poate forma.

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

CARACTERISTICI

4

ENZIME denumire constituită din 3 părţi:

NOMENCLATURA

o denumirea substratului o tipul de reacţie

exemplu: lactat-dehidrogenaza

o sufixul -ază

C=OCOOH

CH3

C-OHCOOH

CH3

H-2H2

acid lactic acid piruvic

lactat-dehidrogenaza

5

ENZIMESTRUCTURA

numeroase enzime au o structură binară

edificiu macromolecular complex determinat de nivelurile de organizare structurală ale proteinelor

o componenta proteică - APOENZIMA o componenta neproteică - COFACTORIHOLOENZIMA

Activă d.p.d.v. catalitic

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

ENZIMESTRUCTURA

componenta neproteică - COFACTORI

componenta proteică - APOENZIMA o manifestă proprietăţile generale ale proteineloro stabileşte legătura enzimei cu substratulo manifestă diferite grade de afinitate pentru cofactor

o sunt indispensabili pentru manifestarea activităţii catalitice

o imprimă specificitate de substrat

o imprimă specificitate de acţiune7

ENZIMESTRUCTURA

componenta neproteică - COFACTORI

1. COENZIME

2. GRUPĂRI PROSTETICE

3. IONI METALICI

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

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

- enzimele ce conţin ioni metalici = metal-enzime

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

8

ENZIMESPECIFICITATEA ENZIMELOR

o diferă de catalizatorii neproteici

9

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

- specificitate absolută- specificitate de grup- stereospecificitatea

R CH2

NH2

decarboxilaza+ CO2

ENZIMESPECIFICITATEA ENZIMELOR

10

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

R CH

NH2

COOH

R CH

COOHOH

oxidaza+ NH3

R CO COOHtransaminaza

ENZIMESPECIFICITATEA ENZIMELOR

11

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

- exemplu: ureaza hidrolizează numai ureea

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

O=CNH2

NH2 ureazaCO2 + 2NH3

H2O

ENZIMESPECIFICITATEA ENZIMELOR

12

o specificitatea de substrat

- exemplu: arginaza hidrolizează numai arginina

SPECIFICITATE ABSOLUTĂ

NH2

C=NHNHCH2)3

CH NH2

COOH

NH2

CH2)3

CH NH2

COOH

C=ONH2

NH2

arginaza

H2O(

(

argininaornitina uree

+

ENZIMESPECIFICITATEA ENZIMELOR

13

o specificitatea de substrat STEREOSPECIFICITATEA- unele enzime au stereospecificitate faţă de izomeria cis-trans

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

H

H COOH

HOOC H

H H OHCOOH

HOOCfumaraza

H2O

acid fumaric acid malic

ENZIMESPECIFICITATEA ENZIMELOR

14

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

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

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

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

ENZIMESPECIFICITATEA ENZIMELOR

15

o specificitatea de substrat

- exemplu: amilaza hidrolizează amidonul, dextrinele, glicogenul

hexokinaza catalizează fosforilarea unei serii de hexoze în prezenţa de ATP

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

ENZIMEMECANISM DE ACŢIUNE

16

o pentru ca o reacţie să aibă loc cu o viteză apreciabilă, moleculele reactanţilor trebuie să fie activate o enzima are capacitatea de a coborî nivelul energetic care condiţionează reacţiao astfel moleculele reacţionează cu o viteză apreciabilă

ENZIMELE SCAD NIVELUL ENERGIEI DE ACTIVARE necesar ca o reacţie să aibă loc

ENZIMEMECANISM DE ACŢIUNE

17

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

K1

K2

K3

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

ENZIMEMECANISM DE ACŢIUNE

18

o la formarea complexului activat, substratul se fixează pe centrul activ al enzimeio enzima participă cu o porţiune limitată din structura sao pe această porţiune există grupări capabile să atragă şi să fixeze molecula substratului

o ansamblul acestor grupări chimice = centru activ = centru catalitic

ENZIMEMECANISM DE ACŢIUNE

19

o între centrul activ şi molecula substratului există complementarităţi conformaţionale şi chimice care permit asamblarea loro ipoteza “LACĂT-CHEIE”