1

HIDROLAZE EC: 3

1

2

Hidrolaze EC: 3

• Enzime care catalizează reacţii de scindare ale unor legături covalente ale substratelor cu participarea unei molecule de apă (scindare hidrolitică).

• Molecula de apă se fixează la punctul de scindare al substratului şi rezultă produşi de reacţie mai simpli.

• Teoretic, reacţiile sunt reversibile

• De regulă, reacţiile inverse de formare a legăturilor covalente, se realizează pe alte căi metabolice

B - A -- B + + HOHH2O A

2

3

Clasificarea hidrolazelor în subclase şi sub-subclase

3. Hidrolaze

3.1. Hidrolaze care acţionează asupra legăturilor esterice (esteraze)

3.1.1. Hidrolazele esterilor carboxilici (lipaze)

3.1.2. Hidrolazele tioesterilor

3.1.3. Hidrolazele monoesterilor fosforici

3.1.4. Hidrolazele diesterilor fosforici

3.1.5. Hidrolazele triesterilor fosforici

3.1.6. Hidrolazele esterilor sulfurici

3.1.7. Hidrolazele monoesterilor difosforici

3.1.8. Hidrolazele triesterilor fosforici

3.1.11. Exodeoxiribonucleaze ce produc 5’-fosfomonoesteri

3.1.13. Exoribonucleaze ce produc 5’-fosfomonoesteri

3.1.15. Exonucleaze active cu acid ribo- sau deoxiribonucleic ce produc 5’-fosfomonoesteri

3.1.16. Exonucleaze active cu acid ribo- sau deoxiribonucleic ce produc alţi compuşi decât 5’-fosfomonoesteri

3.1.21. Endodeoxiribonucleaze ce produc 5’-fosfomonoesteri

3.1.22. Endodeoxiribonucleaze ce produc alţi compuşi decât 5’-fosfomonoesteri

3.1.25. Endodeoxiribonucleaze specifice pentru baze azotate modificate

3.1.26. Endoribonucleaze ce produc 5’-fosfomonoesteri

3.1.27. Endoribonucleaze ce produc alţi compuşi decât 5’-fosfomonoesteri

3.1.30. Endonucleaze active cu acid ribo- sau deoxiribonucleic ce produc 5’-fosfomonoesteri

3.1.31. Endonucleaze active cu acid ribo- sau deoxiribonucleic ce produc alţi compuşi decât 5’-fosfomonoesteri

3

4

3.2. Hidrolaze care acţionează asupra compuşilor glicozidici (glicozidaze)

3.2.1. Hidrolazele compuşilor oxigen (O)-glicozidici

3.2.2. Hidrolazele compuşilor azot (N)-glicozidici

3.2.3. Hidrolazele compuşilor sulf (S)-glicozidici

3.3. Hidrolazele care acţionează asupra legăturilor eterice

3.3.1. Hidrolazele tioeterilor

3.3.2. Hidrolazele eterilor

3.4. Hidrolazele care acţionează asupra legăturilor peptidice (peptidaze)

3.4.11. Aminopeptidaze

3.4.13. Dipeptidaze

3.4.14. Dipeptidil-peptidaze şi tripeptidil-peptidaze

3.4.15. Peptidil-dipeptidaze

3.4.16. Carboxipeptidaze (tip serină)

3.4.17. Metal-carboxipeptidaze

3.4.18. Carboxipeptidaze (tip cisteină)

3.4.19. Omega peptidaze

3.4.21. Serin endopeptidaze

3.4.22. Cistein endopeptidaze

3.4.23. Aspartat endopeptidaze

3.4.24. Metal-endopeptidaze

3.4.99. Endopeptidaze cu mecanism catalitic necunoscut

Clasificarea hidrolazelor în subclase şi sub-subclase

4

5

3.5. Hidrolaze care acţionează asupra legăturilor carbon-azot (C - N), altele decât legăturile peptidice

3.5.1. Hidrolazele legăturilor C – N din amidele liniare

3.5.2. Hidrolazele legăturilor C – N din amidele ciclice

3.5.3. Hidrolazele legăturilor C – N din amidinele liniare

3.5.4. Hidrolazele legăturilor C – N din amidinele ciclice

3.5.1. Hidrolazele legăturilor C – N din nitrili

3.5.99. Hidrolazele legăturilor C – N din alţi compuşi

3.6. Hidrolaze care acţionează asupra legăturilor anhidridice

3.6.1. Hidrolazele legăturilor anhidridice care conţin fosfor

3.6.2. Hidrolazele legăturilor anhidridice care conţin sulf

3.7. Hidrolaze care acţionează asupra legăturilor carbon-carbon (C - C)

3.7.1. Hidrolazele compuşilor cetonici

3.8. Hidrolazele care acţioneză asupra legăturilor cu halogeni

3.8.1. Hidrolazele compuşilor cu legături carbon-halogen

3.9. Hidrolazele care acţionează asupra legăturilor fosfor – azot (P – N)

3.10. Hidrolazele care acţionează asupra legăturilor sulf – azot (S – N)

3.11. Hidrolazele care acţionează asupra legăturilor carbon – fosfor (C – P)

3.12. Hidrolazele care acţionează asupra legăturilor sulf – sulf (S – S)

Clasificarea hidrolazelor în subclase şi sub-subclase

5

6

Hidrolaze – caracteristici generale

• Sunt protein-enzime (deci nu au cofactori), cu centrii activi constituiţi fie dintr-un singur aminoacid, fie dintr-o asociere adecvată de aminoacizi.

• Centrii activi ai hidrolazelor:

• Un aminoacid - Exemplu: - tripsina,

- chimotripsina

- colinesterazele au în centrul activ Ser

- Ribonucleaza și papaina au în centrul activ Cys

• Mai mulți aminoacizi: pepsina are în centrul activ patru aminoacizi: Ileu,

Val, Asp, Tre

• Hidrolazele pot fi activate de ionii metalici

• Fosfatazele alcaline, diferite peptidaze, sunt hidrolaze activate de metale (Zn2+).

• Reacţiile catalizate de hidrolaze se petrec cu modificări energetice minime, nefiind implicate în obţinerea de energie.

• Pot să acţioneze extracelular, cum este cazul hidrolazelor tractului digestiv, cu rol în metabolismul nutrientelor.

• Acestea realizează scindarea moleculelor mari în molecule mici, simple, absorbabile la nivelul mucoasei intestinale. 6

7

3. Hidrolaze Hidrolaze care acționează asupra legăturilor esterice

ESTERAZE (EC 3.1)

Carboxiesterazele (EC 3.1.1) hidrolizează esterii acizilor carboxilici

Lipazele (EC: 3.1.1.3) - hidrolizează triacilglicerolii eliberând, în trepte succesive, acizii graşi care esterifică funcţiile alcoolice ale glicerolului, => diacil-, monoacilgliceroli, sau chiar glicerol şi acizii corespunzători.

CH2

CH

CH2

O

O

O

C

C

C

R1

R2

R3

2 HOH

Lipaze

2-Monoacil glicerol

O

O

O+

+ R1-COOH R3-COOH+triacilgliceroli

7

Acţiunea lipazelor este

favorizată de ionii de

calciu, întrucât acizii

graşi rezultaţi din

hidroliză sunt

transformaţi în săruri

insolubile de calciu.

În acest mod, echilibrul

de reacţie este

permanent deplasat în

sensul hidrolizei.

8

Fosfolipazele A1 și A2

acţionează asupra legăturilor I şi II ale fosfatidilcolinelor (lecitinelor) scindândlegăturile esterice dintre grupările hidroxil ale glicerolului şi acizii graşi R1 şi R2

CH2

CH

CH2

C

C

O CH2 CH

2 N

CH3

CH3

CH3

R1

R2

Fosfolipaza A1

EC: 3.1.1.32

O

O

O

Fosfolipaza A2

EC: 3.1.1.4

P

OH

+

I

II

III IV

O

O

O

Fosfolipaza A1 (EC: 3.1.1.32) fosfatidilcolină + H2O → 2 acil glicerofosfocolină + acid gras

Fosfolipaza A2 (EC 3.1.1.4) fosfatidilcolină + H2O → 1-acil-glicerofosfocolină + acid arahidonic

Eicosanoiziproinflamatorii

8

9

3. Hidrolaze 3.1.1. Colinesteraze

CH2

CH2

O C CH3

N CH3

CH3

CH3

CH3COO

CH2

CH2

OH

N CH3

CH3

CH3

O

Acetilcolinesteraza

Acetilcolina

+

Colina

+ HOH+ +

-

Acetilcolinesteraza (EC: 3.1.1.7)• se găsește în eritrocite, fibre nervoase, sinapse, muşchi striat• este implicată în transmisia influxului nervos • este activată de ionii de magneziu Colinesteraza (EC 3.1.1.8) denumită şi pseudocolinesteraza• prezentă în plasmă şi în ficat • catalizează hidroliza esterilor colinei cu alţi acizi organici cum ar fi acidul butiric şi propionic

9

10

Hidrolazele esterilor fosforici

Rol important în metabolismul glucidelor, lipidelor, nucleotidelor

• FOSFOMONOESTERAZELE (EC: 3.1.3)- sunt hidrolaze ale monoesterilor fosforiciAceste enzime se mai numesc şi fosfomonoesteraze sau fosfataze

O P

O

OH

OH

OH P

O

OH

OH

OR + H R +

Monoester fosforic Alcool Acid fosforic

OH H

fosfataze

• FOSFODIESTERAZELE (EC 3.1.4) hidrolizează esterii în care două funcţii acide ale acidului fosforic sunt esterificate cu alcooli.Hidrolazele diesterilor fosforici

O

OHPO

O

O

OHPO

OH

O

Diester fosforic

R1

R2OHH+

fosfodiesteraze

Monoester fosforic

R2+ R1 H

Alcool

10

11

Exemple de fosfomonoesteraze:

1. După pH-ul optim de acţiune:- fosfataza alcalină (EC: 3.1.3.1), are pH optim de acţiune

8,6 – 9,4 şi este localizată, mai ales, în epiteliul intestinal şi renal, precum şi în oase;

- fosfataza acidă (EC: 3.1.3.2), are un pH optim de acţiune 5 – 5,5 şi este localizată mai ales în rinichi, splină, prostată, etc.

O

CH2OH

OHOH

OH

OH

O

OHOH

OH

OH

CH2

O P OH

OH

O

-D-Glucoză

1

2

3

4

5

6

Glucoză 6-fosfat

+ H2O

glucozo-6-fosfataza+ Pi

2. Glucozo-6-fosfataza (EC: 3.1.3.9) Implicată în homeostazia glucozei

FOSFOMONOESTERAZE (EC: 3.1.3)

11

Elibereaza gruparile fosfat

de pe multe tipuri de molecule (nucleotide,

proteine)

12

Fosfolipaza C (EC 3.1.4.3) fosfatidilcolină + H2O → 1,2 diacil glicerol + colină fosfat

Fosfolipaza D (EC 3.1.4.4) fosfatidilcolină + H2O → colină + acizi fosfatidici

CH2

CH

CH2

C

C

O CH2 CH

2 N

CH3

CH3

CH3

R1

R2

O

O

O

P

OH

+

I

II

III IV

O

O

O

fosfolipaza C

EC 3.1.4.3

fosfolipaza D EC 3.1.4.4

Exemple de fosfodiesteraze:

Prezente atât intracelular cât şi în sucurile digestive,participând la digestia lecitinelor din alimente

FOSFODIESTERAZE (EC: 3.1.4)

12

13

• Deoxiribonucleazele (EC 3.1.21) catalizează scindarea hidrolitică a legăturilor fosfodiesterice din structura ADN-ului

• Ribonucleazele (EC 3.1.26)catalizează scindarea hidrolitică a legăturilor fosfodiesterice din structura ARN-ului

Deoxiribonucleazele şi ribonucleazele catalizează depolimerizarea ADN şi ARN eliberând oligo- şi mono-nucleotidele purinice şi pirimidinice constitutive.

Alte hidrolaze ale esterilor fosforici

13

14

Hidrolaze care acţionează asupra legăturilor glicozidiceGLICOZIDAZE (EC 3.2)

• Glicozidazele (EC 3.2) catalizează reacţia de scindare hidrolitică a legăturilor

glucozidice din structura homopolizaharidelor (homoglicani - amidon,

glicogen) sau a oligozaharidelor (di-, tri-, tera-, penta-zaharide).

• Aceste reacţii pot fi considerate reacţii de transfer ale unor resturi glucozil

pe molecula de apă ca acceptor.

• Se pot subclasifica în hidrolaze ale compuşilor O-glicozilați, N-glicozilați,

S-glicozilați.

14

15

Subclasa GLICOZIDAZE (EC 3.2)Sub-subclasa hidrolaze ale compuşilor O-glicozilaţi

Homopolizaharidaze = amilaze

-amilaza (EC: 3.2.1.1), denumirea sistematică -1,4-glucan-4-glucan hidrolaza• acţionează asupra legăturilor glicozidice interne, situate în poziţiile 1-4 dininteriorul catenelor poliozice din amiloză, componenta din structura amidonuluicu un grad mai mic de ramificare.• scindează numai legăturile 1-4 glicozidice, nu şi pe cele 1-6• rezultă compuşi intermediari de hidroliză numiţi dextrine. Dextrinele puse înlibertate sub acţiunea amilazei devin substrate pentru aceeaşi enzimă; degradareahidrolitică merge până la maltoză (dizaharid)• se găseşte în salivă, şi produce scindarea moleculei de amidon provenitdin alimente, în cavitatea bucală

-amilaza (EC: 3.2.1.1), cu denumirea sistematică -1,4-glucan-malto hidrolaza• secretată de pancreas şi are rolul de a continua digestia amidonului şi aglicogenului la nivel intestinal.• hidrolizează numai legăturile 1-4 glicozidice marginale, terminale (aflate lacapetele nealdehidice ale lanţurilor de amiloză), rezultând direct maltoză (fără cahidroliza să mai treacă prin stadiul intermediar de dextrine)

15

16

GLICOZIDAZEHomopolizaharidaze

O

CH2-OH

OH

OH

O

CH2-OH

OH

OH

O

CH2-OH

OH

OH

O

CH2-OH

OH

OH

O

CH2-OH

OH

OH

OOH

OH

CH2

O

CH2-OH

OH

OH

OHO

OO

O

CH2-OH

OH

OH

O O

O O O O

capãt

reducãtor

1

24

4

5

6

1

2

31

6

3

5

1

- amilazã

- amilazã

Enzima R

1 4

Acţiunea amilazelor asupra moleculei de amidon

Amilazele acţionează asupra polizaharidului pe principiul „atacului multiplu”.

Odată format complexul enzimă-substrat, enzima poate hidroliza unele

legături în mod succesiv înainte ca enzima să fie din nou liberă.16

17

GLICOZIDAZEOligozaharidaze

• Au specificitate marcată în funcţie de configuraţia atomului de carbon glicozidic, de izomeri optici şi de structura ciclului (-glucozidaze sau -glucozidaze).

• -glucozidaza (EC: 3.2.1.20), denumită şi maltaza, are denumirea sistematică : α-D-glucozid glucohidrolaza. • scindează legăturile alfa-glicozidice din maltoză – dizaharid din bobul de malţ(pH optim 4,5). • Maltaza intestinală are un pH optim de 6,5

OOH

OH

CH2-OH

OH

O

CH2-OH

OH

OH

OHO

14

5

6

2

3

4

Maltozã (glucozã -- 1,4-glucozã)

Maltazã (EC: 3.2.1.20)

17

18

GLICOZIDAZEOligozaharidaze

•-galactozidaza (EC: 3.2.1.23), cu denumirea sistematicăβ-D-galactozid galactohidrolaza, este foarte răspândită şi hidrolizează lactozacu formare de glucoză şi -galactoză;

O

CH2-OH

OH

OH

OH O

O

CH2-OH

OH

OHOH

2

3

4

5

6

Lactozã (galactozã -

12

3

4

5

6

1

- 1,4-glucozã)

- galactozidaza (EC: 3.2.1.23)

18

19

GLICOZIDAZEOligozaharidaze

• zaharaza (EC: 3.2.1.26). denumită şi sucraza, are denumirea sistematicăβ-D-fructofuranozid fructohidrolaza• Scindează zaharoza (sucroza) într-o moleculă de glucoză şi una de fructoză.

O

CH2-OH

OH

OH

OHO

O

CH2-OH

OH

OH

HO-H2C

- D glucozã

-D fructozã

14

5

6

1

2

3

45

6 Zaharazã

(EC: 3.2.1.26)

Sucrozã (D glucozã-- 1,2--fructozã)

Se cunosc două zaharaze care acţionează asupra zaharozei: • -glucozidază cu răspândirepreponderentă în regnulanimal, care acţionează asupralegăturilor - glicozidice, pH optim 7• -fructozidaza (invertază)(microorganisme), care acţionează asupra legăturilor -glicozidice, pH optim 4,5

19

20

GLICOZIDAZEOligozaharidaze

Hialuronidaza (EC: 3.2.1.35) este o depolimerază a acidului hialuronic.

Acidul hialuronic = polizaharid alcătuit din unităţi repetitive de dizaharid format din acid glucuronic şi N-acetilglucozamină legate prin legături 1,3 -glicozidice.

O

COOH

OH

OH

O

O

CH2-OH

NH

OH

O

OCH3

O

COOH

OH

OH

O

O

CH2-OH

NH

OH

OO

OCH3

1

23

4

5

6

4

13

C

legãturã

1,3 - glicozidicã

41

3

C

legãturã

1,4 - glicozidicã

Hialuronidaza

EC: 3.2.1.35

20

Permeabilizarea țesutului

conjunctiv

21

Hidrolaze care acţionează asupra legăturilor peptidicePEPTIDAZE (EC 3.4)

Peptidazele sunt enzime care scindează hidrolitic legăturile

peptidice rezultate din condensările aminoacizilor.

Pentru hidroliza completă a proteinelor în aminoacizi liberi este

nevoie de acţiunea combinată a mai multor enzime proteolitice cu

specificităţi diferite.

În literatură se mai întâlneşte şi denumirea de proteinaze sau

proteaze, tot cu rol de hidroliză a legăturilor peptidice.

Acţioneză în tractul gastrointestinal precum şi intracelular.

Sunt clasificate în endopeptidaze şi exopeptidaze, în funcţie de

poziţia legăturilor peptidice a căror scindare o catalizează.

21

22

EXOPEPTIDAZELE

• scindează legături peptidice la care participă aminoacizi situaţi la extremităţile catenelor polipeptidice

Exemple:

NH2

CH

R

C NH CH C

R OO

aminopeptidazã

. . . .

HOOC CH

R

CNH CH

R

NH

O

carboxipeptidazã

. . . .

Aminopeptidazele (EC: 3.4.11.2.) scindează legătura peptidică a unui aminoacid terminal cu grupare amino liberă.

Carboxipeptidaze (EC: 3.4.17.1) Eliberează prin hidroliză aminoacizii carboxiterminali.Au zinc în centrul activ

Dipeptidazele catalizează hidroliza unui dipeptid, cu formarea a doi aminoacizi.

22

2323

Mecanismele de acţiune ale enzimelor proteolitice

24

ENDOPEPTIDAZELE

• scindează legăturile peptidice din interiorul lanţului peptidic• Exemple de endopeptidaze sunt: pepsina, tripsina, chimotripsina, renina, enteropeptidaza (enterokinaza), papaina, etc.

Exemple:

Pepsina (EC: 3.4.23.1)

• aspartil-endopeptidază• Hidrolizează numai legăturile peptidice realizate între un aminoacid aromatic(fenilalanină, tirozină) şi un aminoacid dicarboxilic (de ex. acid glutamic)• secretată de glandele fundice ale stomacului sub formă inactivă de pepsinogen. • acţionează în stomac, în cursul digestiei• reprezintă primul atac al enzimelor digestive asupra substanţelor proteice• Hidrolizează aprox. 30% din legăturile peptidice ale proteinelor alimentare• pH-ul său optim de acţiune este 1,2 – 2 • centrul activ al pepsinei este format din patru aminoacizi: Ileu-Val-Asp-Thr

24

25

Pepsinogenul inactiv (zimogen sau proenzimă) => pepsina activă (prin proteoliză limitată)

Pepsinogen

42 000 D Pepsinã

34 000 D+ peptid inhibitor

8 000 D

25

26

Exemple de endopeptidaze

Tripsina (EC: 3.4.21.4)

• serin endopeptidază - are serină în centrul său catalitic• scindează legăturile peptidice realizate între un aminoacid bazic, diaminomonocarboxilic (lizină, arginină) şi un aminoacid aromatic (tirozină, fenilalanină)• secretată de pancreasul exocrin sub formă inactivă de tripsinogen. • Activarea sa se face autocatalitic, sub influenţa urmelor de tripsină, la pH 7 – 9, sau sub acţiunea enterokinazei (EC: 3.4.21.9) din mucoasa intestinală, la pH 5,2 – 6• Are loc scindarea unui hexapeptid terminal cu structura

Val-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys• Tripsina are o masă moleculară de 24000 Daltoni• pH-ul său optim de acţiune este 7 – 9• În intestin tripsina hidrolizează numai proteinele denaturate, după ce au fost parţial digerate de pepsină

26

27

Exemple de endopeptidaze

Chimotripsina (EC: 3.4.21.1)

• rupe legăturile peptidice la care participă aminoacizi aromatici, şi scindează

proteinele până la fragmente compuse din 6 – 8 aminoacizi.

• secretat tot de pancreasul exocrin sub formă de chimotripsinogen inactiv

• Are loc formarea unor familii de chimotripsine: , , , δ, al căror centru

catalitic conţine serină.

• Atât tripsina cât şi chimotripsina fac parte din grupul proteazelor care conţin

aminoacidul serina în centrul lor catalitic (Ser-195), deci sunt serin proteaze.

• Serina împreună cu un rest de histidină şi de acid aspartic (His-57 şi Asp-102)

realizează un atac nucleofil asupra legăturii peptidice

2828

Activarea chimotripsinogenului prin trecerea formei ciclice, inactive, în formă ciclică, activă

29

ALTE ENDOPEPTIDAZE

Trombina (EC 3.4.21.5) • fibrinogenază, este o serină- endopeptidază• scindează selectiv legăturile de tip arginină-glicină din fibrinogen, pentru a forma fibrină, eliberând fibrinopeptidele A şi B, importante în procesul de coagulare• se formează de la protrombină (factorul II al coagulării), având activitate omoloagă cuchimotripsina

Renina (EC: 3.4.23.15)• denumită şi angiotensinogenază este o aspartil-endopeptidază.

În organismul uman se formează de la prorenină în plasmă şi rinichi.

Acționează asupra angiotensinogenului, pe care îl transformă în angiotensină cu

acţiune vasoconstrictoare.

Enzima de conversie a angiotensinei (ACE, EC 3.4.15.1.)• denumită şi peptidil-dipeptidaza A, este o glicoproteină dependentă de Zn2+ şi

de Cl- care transformă angiotensina I în angiotensină II (eliberând un dipeptid

carboxiterminal) cu acţiune vasoconstrictoare.

29

30

ALTE ENDOPEPTIDAZE

Angiotensinogen

Renina

(aspartil-proteaza renala)

Angiotensina I

Angiotensina II

Enzima de conversie a

angiotensinei (ACE)

Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe-His-Leu

Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe + His-Leu

Bradikinina

Actiune vasoconstrictoare directa

Stimuleaza sistemul nervos simpatic

Induce senzatia de sete (ingestie apa)

Stimuleaza sinteza de aldosteron

Stimuleaza sinteza de hormon

antidiuretic (retentie hidrica)

Efect hipotensivEfect hipertensiv

Kininogen

alfa-globuline plasmatice

Kalicreina

30

31

Catepsinele• enzime proteolitice intracelulare (în special lizozomale) care scindeazălegături peptidice intracatenare, la care participă aminoacizi aromatici• participă la procesele de autodigerare (autoliză)• rol esenţial în turnover-ul metabolic celular, de exemplu resorbţia osoasă• se disting numeroase catepsine, în funcţie de structura moleculară, de mecanismul catalitic şi de proteina pe care o scindează• active la pH mic

Catepsinele pot fi: • aspartil proteaze (catepsinele D şi E);• serină-proteaze (catepsinele A şi G);• cisteină-proteaze (catepsinele B, C, F, H, K, L1, L2, M, O, P, R, Q, N, T, W).

ALTE ENDOPEPTIDAZE

31

32

HIDROLAZE CARE ACŢIONEAZĂ ASUPRA LEGĂTURILOR CARBON – AZOT(C – N), ALTELE DECÂT CELE PEPTIDICE (AMIDAZE) (EC 3.5)

Ureaza (EC: 3.5.1.5), cu denumirea sistematică : uree amidohidrolază• hidrolizează ureea la amoniac şi apă (numai la plante şi microorganisme)• enzimă cu specificitate absolută de substrat !!

C

NH2

NH2

CO2

NH3

O + HOH 2ureaza

+

Adenin deaminaza (EC: 3.5.4.2)

Guanin deaminaza (EC: 3.5.4.3)

N

N

NH2

N

NH

NH3

N

N

OH

N

NH

AdeninaHipoxantina

adenin deaminaza

+ HOH

N

N

OH

N

NH

NH2

N

N

OH

N

NH

OH

NH3

Guanina Xantina

guanin deaminaza

+ HOH

32

33

• Asparaginaza (EC: 3.5.1.1), cu denumirea sistematică : L-asparagin amidohidrolaza

CNH

2

CH2

CH

COOH NH3

NH2

COOH

CH2

CH

COOH

NH2

O

HOH

L-asparagina acid L-aspartic

asparaginaza+

EC 3.5. HIDROLAZE CARE ACŢIONEAZĂ ASUPRA LEGĂTURILOR CARBON –AZOT (C – N), ALTELE DECÂT CELE PEPTIDICE (AMIDAZE)

Medicamente cu asparaginază:

LEUCOGENELSPAR

CNH

2

CH2

CH2

CH

COOH

NH3

NH2

COOH

CH2

CH2

CH

COOH

NH2

O

HOH

L-glutamina acid L-glutamic

glutaminaza+

• Glutaminaza (EC: 3.5.1.2), cu denumirea sistematică : L-glutamin amidohidrolaza

Glutamina este, în celulă, transportorul de grupări –NH2 toxice rezultate din catabolismul proteinelor şi aminoacizilor. Predomină în organismele animale. 33

34

EC 3.6. HIDROLAZE CARE ACŢIONEAZĂ ASUPRA LEGĂTURILOR ANHIDRIDICE ALE ACIZILOR

• Pirofosfataza anorganică (PP-aza, EC: 3.6.1.1), cu denumirea sistematică : pirofosfat fosfohidrolaza• Hidrolizează pirofosfatul la două molecule de ortofosfat.

• Adenozintrifosfataza (EC: 3.6.1.3), denumită ATP-aza sau ATP monofosfatază, are denumirea sistematică : ATP-fosfohidrolaza. • Hidrolizează ATP la ADP şi Pi (fosfat anorganic), cu eliberarea a 30,54 kJ/mol (7,3 kcal).

O

OH OH

CH2OPOPOPOH

O O

OH OH OH

O

N

N

N

N

NH2

adenina

ATP (adenozin trifosfat)

~~

riboza

ATP + HOH ADP + Pi+ 7,3 kcal

ATP-aza

H3PO

4P OOH

OH

P OH

OH

+ HOH 2PP-aza

Pirofosfat

O O

34

EC: 4. LIAZE

35

EC: 4. LIAZE

Liazele sunt enzime care catalizează reacţii de scindare nehidrolitică a unor

legături chimice din molecula substratului.

Clasificarea liazelor în subclase şi sub-subclase se face în funcţie de tipul de

legătură covalentă pe care o scindează: carbon-carbon, carbon-oxigen, carbon-

azot, sulf-azot, carbon-fosfor.

4. Liaze

4.1. Liaze carbon-carbon

4.1.1. Carboxi-liaze

4.1.2. Aldehid-liaze

4.1.3. Oxo-acid liaze

4.1.99. Alte liaze carbon-carbon

4.2. Liaze carbon-oxigen

4.2.1. Hidro-liaze

4.2.2.Liaze care acţionează asupra polizaharidelor

4.2.99. Alte liaze carbon-oxigen

4.3. Liaze carbon-azot

4.3.1. Amoniac-liaze

4.3.2. Amidino-liaze

4.3.3. Amino-liaze

4.3.4. Alte liaze carbon-azot

4.4. Liaze carbon-sulf

4.5. Liaze carbon-halogen

4.6. Liaze carbon/fosfor

4.99. Alte liaze 36

COFACTORII LIAZELOR CARBON-CARBON (C-C) (EC 4.1)

• Decarboxilaze ale cetoacizilor, enzime dependente de tiaminpirofosfat (TPP)

• Decarboxilaze ale aminoacizilor, enzime dependente de piridoxal fosfat (PLP)

Aldehid-liaze (EC 4.1.2)

Fructozo-1,6-bisfosfat aldolaza (EC: 4.1.2.13) denumită şi aldolază, are

denumirea sistematică: fructoză 1,6-bisfosfat D-gliceraldehid-3-fosfat liază

CH2

C

CHHO

OH

OH

CH2

HC

HC

CH2

C

CH2-OH

OH

CH2

HC

HC

OH

OH

O

OH

OH

O

OH

OH

O

OH

OH

O

O

O

O P

fructozo 1,6 bisfosfat

aldolaza

O

O +

O

O

dihidroxiaceton fosfat

gliceraldehid fosfat

fructozo 1,6 bisfosfat

P

P

PEC 4.1.2.13

37În glicoliză

Exemple de reacții catalizate de LIAZE:

LIAZE CARBON-OXIGEN (C–O) (EC 4.2)

Anhidraza carbonică (EC: 4.2.1.1), denumită şi carbonat dehidrataza, cu

denumirea sistematică: carbonat hidroliaza. Centrul său catalitic conţine Zn2+

O

OH

OH

CO2C

Anhidraza carbonicã+ H2O

acid carbonic

(H2CO3)

L-serin dehidrataza (EC 4.2.1.13), denumită şi serin deaminază, are

denumirea sistematică : L-serină hidroliaza (dezaminată).

CH

COOH

CH2

OH

NH2 CH

3 C

O

COOHSerinã dehidrataza

NH3 L-SerinaAcid piruvic

PLPH2O

H2O

38

Proces este important

pentru transportul CO2 de

la ţesuturi la plămâni și

pentru menținerea

echilibrelor acido-bazice

HCO3- + H+

LIAZE CARBON-SULF (C-S) (EC 4.4)

LIAZE CARBON-AZOT (C–N) (EC 4.3)

R CH

NH2

COOH R C COOH

O

NH3

Aminoacid

+ HOH

+

+ H2O2

H2O + 1/2 O2

Catalaza

+

Cetoacid

FMN

FAD

Exemplu: L,D aminoacid oxidaze - flavinenzime

Exemplu: Dezaminarea desulfurantă a cisteinei

Cistein-desulfhidraza (EC 4.4.1.15), are denumirea sistematică: cisteină

sulfid liaza

CH

COOH

CH2

SH

NH2 CH

3C COOH

O

L-cistein hidrogen

sulfid liaza (EC 4.4.1.15)

PLPH2O

NH3

Acid piruvicL-Cisteina H2S

39

Liaze fosfor-oxigen (EC 4.6)

Aceste enzime se mai numesc “nucleotidil-ciclaze” şi catalizează, în general,

eliminarea pirofosfatului din moleculele de nucleozid trifosfat.

Adenilat ciclaza (EC 4.6.1.1), denuimită şi 3’,5’ AMP ciclic sintetază, are

denumirea sistematică ATP pirofosfat liază (cu ciclizare).

ATP 3',5'-AMP ciclic + pirofosfat

adenilat ciclaza

O

N

N N

N

OP

P

O

P

O

O

O

N

N N

N

PO

NH2

OHOH

CH2HO

O

O

OHHO

OHHO

adenozin trifosfat (ATP)

adenilat ciclaza

EC 4.6.1.1

NH2

OH

CH2O

OH

+ PPi

AMP ciclic

3'

5'

40

EC 5. IZOMERAZE

41

EC 5. IZOMERAZE

Izomerazele sunt enzime care catalizează diferite reacţii de rearanjări

interne în molecula substratului (modificări structurale).

Clasificarea izomerazelor în subclase şi sub-subclase

5. Izomeraze

5.1. Racemaze şi epimeraze5.1.1. Care acţionează asupra aminoacizilor şi a derivaţilor acestora

5.1.2. Care acţionează asupra hidroxiacizilor şi a derivaţilor acestora

5.1.3. Care acţionează asupra glucidelor şi a derivaţilor acestora

5.1.99. Care acţionează asupra altor compuşi

5.2. Izomeraze cis-trans

5.3. Oxidoreductaze intramoleculare5.3.1. Care fac interconversia aldoze şi cetoze

5.3.2. Care fac interconversia grupelor ceto- şi enol-

5.3.3. Mutarea legăturilor C = C

5.3.4. Mutarea legăturilor S – S

5.3.99. Alte oxidoreductaze intramoleculare

5.4. Transferaze intramoleculare (mutaze)

5.4.1. Care transferă grupări acil

5.4.2. Fosfotransferaze (fosfomutaze)

5.4.3. Care transferă grupări amino

5.4.99. Care transferă alte grupări

5.5. Liaze intramoleculare

5.99. Alte izomeraze42

RACEMAZE ŞI EPIMERAZE (EC 5.1)

Racemazele aminoacizilor (EC 5.1.1)

• Catalizează interconversia formelor D şi L ale unui substrat.

• Reacţii importante pentru metabolismul celular, în conversia din forma D în forma L

a aminoacizilor ce pătrund în organism prin intermediul nutrimentelor

• Organismul utilizează numai forma L a moleculelor respective.

• piridoxal fosfat (PLP)-dependente

COOH

CH3

CHNH2CH

COOH

CH3

NH2

alanin racemaza

(EC 5.1.1.1)

PLP

L--alaninãD--alaninã

L-aminoacid D-aminoacidPLP

43

IZOMERAZE CIS-TRANS (EC 5.2)

Aceste enzime rearanjează geometria moleculei la nivelul dublei legături.

Exemplu:

Retinal izomeraza (EC 5.2.1.3) sau all-trans-retinal 11-cis-trans-izomeraza

Această transformare reversibilă este implicată în mecanismul vederii.

CHO

CHO

all-trans-retinal

11-cis-retinal

11

retinal izomeraza

44

OXIDOREDUCTAZE INTRAMOLECULARE (EC 5.3)

Catalizează reacţii de oxidoreducere intramoleculare, adică oxidarea unei părţi a

unei molecule, cu reducerea corespunzătoare a unei alte părţi din moleculă.

În această subclasă sunt incluse enzimele ce au glucide ca substrat, de exemplu

enzimele ce catalizează interconversia aldozelor şi cetozelor.

Exemple:

Triozofosfat izomeraza (EC: 5.3.1.1) sau fosfotriozo- izomeraza, cu denumirea

sistematică : gliceraldehid 3-fosfat cetol-izomeraza

CH2

C

CH2-OH

OH

CH2

HC

HC

OH

OH

O

OH

OH

O

triozofosfat- izomeraza

O

O

O P

O

dihidroxiaceton fosfatgliceraldehid-3-fosfat

P

Glucoză-6-fosfat izomeraza (EC: 5.3.1.9), sau fosfohexozo izomeraza sau

fosfohexomutază, are denumirea sistematică : α-glucozo-6-fosfat-cetol izomeraza.

O

CH2-O-PO

3H

2

OH

OH

OHOH

O

OH

OH

CH2-O-PO

3H

2

CH2-OH

2

alfa-D- glucozã 6-fosfat beta-D- fructozã 6-fosfat

12

3

4

5

6

13

45

6

glucozo 6-fosfat izomeraza

OH

45

TRANSFERAZELE INTRAMOLECULARE. MUTAZE (EC 5.4.)

Cofactorii acestor enzime sunt : metilcobalamina şi 5’-deoxiadenozilcobalamina,

vitamere B12.

Exemple:

Metilmalonil-SCoA mutaza, (EC 5.4.99.2)

HOOC CH

CH3

O

SCoA HOOC CH2

CH2

O

SCoA

5'-deoxiadenozil

cobalaminã

Succinil ~SCoA

Metilmalonil -

CoA mutaza

Metilmalonil~SCoA

1 2

3

1 2 3

C ~ C ~

Metil-aspartat mutaza (EC: 5.4.99.1), sau glutamat-mutază

HOOC CH2

4

CH2

3

C2

HCOOH1

NH2

HOOC CH

CH3

CH

COOH

NH2

metil-aspartat-mutaza

EC: 4.4.99.1

Acid glutamic Acid metil-aspartic

metil-cobalamina

46

EC. 6 LIGAZE

47

Ligazele sunt enzime care catalizează formarea unei molecule mari prin

combinarea a două molecule mai simple, cu crearea de legături covalente.

Ligazele catalizează deci reacţii de biosinteză care au loc pe seama energiei

furnizate de obicei de ATP.

Pentru enzimele din această clasă se foloseşte şi denumirea de sintaze sau

sintetaze.

Se cunosc în prezent numai cofactorii ligazelor carbon-carbon : biotina şi

filochinonele (vitamina K1).

EC. 6 LIGAZE

Clasificarea ligazelor în subclase şi sub-subclase

6. Ligaze

6.1. Ligaze care formează legături carbon-oxigen6.1.1. Ligaze care formează aminoacil-ARNt şi compuşi înrudiţi

6.2. Ligaze care formează legături carbon-sulf

6.2.1. Ligaze acid-tiol

6.3. Ligaze care formează legături carbon-azot6.3.1. Ligaze acid-amoniu (sau amină) (amidă sintetaze)

6.3.2. Ligaze acid-aminoacid (peptid sintetaze)

6.3.3. Ciclo-ligaze

6.3.4. Alte ligaze carbon-azot

6.3.5. Ligaze carbon-azot cu glutamină ca donor de N-amidă

6.4. Ligaze care formează legături carbon-carbon6.5. Ligaze care formează legături de esteri fosforici

48

LIGAZE CE FORMEAZĂ LEGĂTURI CARBON-OXIGEN (C-O)

(EC 6.1)

Aminoacil ARNt-ligazele (EC 6.1.1):

• Catalizează condensarea unui aminoacid

cu ARN-ul de transport printr-un proces de acilare

• Se formează aminoacil-ARN de transport (ARNt)

• Are loc activarea aminoacizilor, etapă obigatorie în biosinteza proteică.

• Procesul este dependent de energia furnizată de ATP, iar legătura dintre

aminoacizi şi ARNt este de tip ester.

Aminoacid + ATP Aminoacil-AMP + PPi

Aminoacil-AMP + ARNt AMP + Aminoacil-ARNt

Reacţia se desfăşoară în două etape:

C

H

R

NH3+

C

O

O-

Aminoacid + ATP + ARNt + PPi+ AMPARNtC

H

R

NH2

C

O

O

aminoacil-ARN transport

Reacţia globală este:

49

50

Pentru fiecare aminoacid există

un ARNt corespunzător, şi deci,

o ARNt-ligază corespunzătoare.

ARNt

LIGAZE CE FORMEAZĂ LEGĂTURI CARBON-AZOT (C-N)

(EC 6.3)

Glutamin sintetaza (EC 6.3.1.2), sau glutamat amoniac ligaza, are

denumirea sistematică : L-glutamat : amoniac ligaza (ADP formator).

COOH

CH2

CH2

CHNH2

COOH

CH2

CH2

CH

COOH

NH2

NH3

NH2

O

+

acid L-glutamic

+ + ATP

C

ADP + Pi

glutamin sintetaza EC: 6.3.1.2

L-glutamina

Reacţie este implicată în detoxifierea amoniacului în organism prin

transformarea sa în glutamină.

51

C

CH2

CH2

CHNH2

COOH

O NH C

O

NH CH2

COOH

SH

CH2

CH

-L-Glutamat-cisteinil-

glicin-ligaza

acid L-glutamic + L-Cisteinã + Glicinã + ATP

+ ADP + Pi

Glutation redus (GSH)

Glutation sintetaza (EC: 6.3.2.3), denumită şi glutation sintază, are denumirea

sistematică : -L-glutamil-L-cisteinil : glicin ligaza (ADP formatoare).

LIGAZE CE FORMEAZĂ LEGĂTURI CARBON-AZOT (C-N)

(EC 6.3)

52

LIGAZE CE FORMEAZĂ LEGĂTURI CARBON-CARBON (C-C).

CARBOXILIGAZE (EC 6.4)

Enzime care realizează carboxilarea unor compuşi organici ;

Cofactorii acestor enzime sunt biotina şi vitamina K1.

Exemple:

Piruvat carboxilaza (EC: 6.4.1.1), sau piruvat carboxiligaza

COOH

CH2

COOHCH3

OO

COOH

Mn2+

+ "CO2" + ATPC

ADP+Pi

CBiotin-enzimã

acid piruvic

acid oxalilacetic

Acetil~SCoA carboxilaza (EC 6.4.1.2), sau acetil~SCoA carboxiligaza

O

SCoACH3

COOH

CH2

O

SCoA

Mn2+

C

~+ "CO2" + ATP

C~

ADP + Pi

Biotin-enzimã

malonil~SCoA

molecula starter

din biosinteza

de acizi graşi

53

Gama-glutamil carboxilaza catalizează, împreună cu vitamina K, carboxilarea acidului

glutamic din structura unor proteine biologic active din organism. Această modificare

posttranslațională este indispensabilă pentru activarea acestor proteine, cum este cazul

proteinelor implicate în cascada coagulării (factorii II, VII, IX, X) și a osteocalcinei –

implicată mineralizarea țesutului osos.

COOH

CH2

CH2

CH2

CH2

COOHCOO

OH

OH

CH3

R R

CH3

O

O

SH

SH

S

S

C

HN

HC

O

Rest de acid glutamic

din polipeptide (Glu)

C

HN

HC

O

H

CH

Rest de acid gama-carboxiglutamic

din polipeptide (Gla)

+ O2

+CO2

Gama-glutamil carboxilaza

Filochinonã

(forma redusã)Filochinonã 2,3-epoxid

R - radical fitil

O

Epoxid reductaza

NADH+H+

NAD+ XX compusi

ditiolicicompusi cu punte

disulfurã

H2O

54

CH2

COO

CH2

COOOOC

O2

CO2

CH2

CH

O

O

NH - CH - C -

-

Precursor inactiv al factorilor II, VII, IX, X -

proteinã cu acid glutamic necarboxilat

(Glu-proteine)

--

Vitamina K+

+

NH - CH - C -

Factori activi ai coagularii

proteinã cu acid glutamic -carboxilat

(Gla-proteine)

} Rest de acid glutamic

} Rest de acid -carboxi-glutamic

CCOO

OO

CH2

CH

NH - CH - CO -

Ca2+

Resturile γ-

carboxiglutamice

permit chelarea

ionilor de calciu la

nivelul proteinelor ce

intervin în coagulare

și în mineralizarea

osoasă !

Gama-glutamil

carboxilaza

55