Enzimele

Enzimele

Enzimele mpreun cu vitaminele i hormonii sunt biocatalizatori (asigur viteze mult mai mari ale reaciilor chimice), asigurnd toate reaciile metabolice de anabolism i catabolism.

Prima enzim a fost descris n 1933 diastaza cu aciune asupra amidonului. Ulterior au fost descrise i alte enzime de ctre Louis Pasteur, care le-a numit fermeni.

Locul de formare a enzimelor n celul l constituie citoplasma i organitele celulare. Unele enzime rmn dizolvate n citoplasm, altele rmn n mitocondrii i lizozomi unde au loc intense procese metabolice (endoenzime), iar alte enzime prsesc mediul celular i trec extracelular, n lichidele biologice pentru a-i exercita activitatea (exoenzime).

Exemple: - pepsina se formeaz n celulele mucoasei gastrice. Ea prsete celula i intr n compoziia sucului gastric.

- tripsina i chimotripsina sunt produse de celulele pancreasului exocrin. Ele ajung n sucul pancreatic, iar acesta ajunge n duoden unde va aciona asupra proteinelor, hidrolizndu-le.

Substana asupra creia acioneaz enzima se numete substrat, iar compusul rezultat n urma aciunii enzimei se numete produs de reacie.

Denumire:

I. denumirea substratului + sufixul az: ex.: lipaz

II. denumirea tipului de reacie + sufixul az: ex.: hidrolaz, dehidrogenaz

Structura i natura chimic a enzimelor

Toate enzimele, fr nicio excepie, sunt proteine. n funcie de structura lor chimic pot fi enzime:

monocomponente - sunt proteine simple (holoproteine) cu molecula alctuit din aminoacizi legai prin legturi peptidice;

dicomponente care fac parte din clasa proteinelor complexe (heteroproteine) i au molecula alctuit din:

componenta proteic (apoenzim);

o grupare neproteic (cofactor enzimatic).

Complexul format din apoenzim i cofactor a primit denumirea de holoenzim.

Cofactorii legai puternic cu apoenzimele se numesc grupri prostetice, iar cei uor disociabili coenzime.

Apoenzima determin specificitatea enzimelor; este o holoprotein, de aceea enzimele mai pot fi denumite i proteinenzime, avnd pn la un anumit punct aceleai proprieti ca i proteinele.

Apoenzima este constituit din:

centru activ (sau mai muli centri activi sau catalitici), numit i situs este locul specific de unire a enzimei cu substratul asupra cruia acioneaz; aminoacizii participani la formarea centrului activ sunt grupai ntr-o geometrie spaial la nivelul creia se afl gruparea funcional implicat n legarea direct de substrat i n transformarea catalitic a acestuia. Situsurile active ale enzimelor bicomponente cuprind, pe lng aminoacizii respectivi, coenzima sau gruparea prostetic care interacioneaz cu substratul. complement activant protejeaz, activnd sau inhibnd centrul activ.Coenzima particip direct la reacia enzimatic; este reprezentat de majoritatea vitaminelor, derivai ai gruprii hem sau unele tripeptide (glutationul).n funcie de natura lor chimic coenzimele se clasific n 4 categorii:

1. Coenzime cu structur alifatic (liniar): glutationul (implicat n procese de oxidoreducere datorit punilor disulfidice);

Glutationul

2. Coenzime cu structur aromatic: coenzima Q (implicat n procese respiratorii);

3. Coenzime cu structur heterociclic: vitamina B1, derivai ai vitaminei H (biotina);

4. Coenzime cu structur nucleosidic: ATP, NAD, FAD, NADP.

Adenozin trifosfat

Flavin-adenin-dinucleotida

Nicotinamid adenin dinucleotida / Nicotinamid adenin dinucleotid-fosfat

Mecanismul reaciilor enzimatice

Reaciile enzimatice se desfoar cu o anumit vitez, n 2 etape:

1. Enzima se unete cu substratul, rezultnd un produs intermediar (enzima-substrat):

Enzim + Substrat ES (enzim substrat)2. Se formeaz produsul de reacie i se recupereaz n parte enzima respectiv.

ES Produs de reacie + E

Aceste 2 etape pot fi influenate de o serie de factori activatori sau inhibitori.

Ex.: factorii activatori pot fi reprezentai de unele metale:

E + Me + S EMeS Produs de reacie + Me + EFactori ce influeneaz activitatea enzimelor1. Concentraia enzimei influeneaz n raport direct proporional; dac concentraia substratului este constant se observ o proporionalitate direct ntre viteza de reacie iniial i concentraiile cresctoare ale enzimei.2. Temperatura optim Viteza reaciilor enzimatice crete cu creterea temperaturii pe un interval mic de temperatur. Efectul temperaturii asupra vitezei unei reacii enzimatice este rezultanta interaciunii a doi factori opui i dependeni de temperatur:

creterea vitezei de reacie odat cu creterea temperaturii pn la atingerea temperaturii optime;

denaturarea termic a enzimelor la temperatur mai mare dect cea optim.

T corpului - 37oC; la temperaturi mai ridicate (60-70oC) enzima este inactivat ireversibil pentru c apoenzima este degradat.Excepii: ribonucleaza rezist i la 100oC; astfel se explic de ce unele virusuri care o conin nu se distrug la temperaturi mari.

Temperaturile mai mici dect cea optim determin scderea activitii enzimatice reversibil.

3. PH-ul fiecare enzim i desfoar activitatea maxim la un pH optim;Ex.: - pepsina 1,5 2,5; tripsina, chimotripsina, peptidazele 8 8,5

4. Concentraiei substratului asupra activitii enzimatice. ntr-un proces metabolic care se desfoar printr-o succesiune de reacii, produsul de reacie devine substrat pentru urmtoarea reacie. Echilibrul reaciei este deplasat ntr-un sens preferenial impus de necesitatea metabolismului celular. Pentru majoritatea enzimelor la concentraie sczut de substrat, viteza de reacie este direct proporional cu concentraia substratului.

5. Efectorii - se numesc efectori (modulatori) substanele care acioneaz asupra enzimelor modificndu-le cinetica reaciilor chimice, adic modificnd viteza unor reacii enzimatice. n funcie de modul cum acioneaz efectorii, pot fi:a. Activatori influeneaz pozitiv activitatea enzimelor pe care o intensific sau stimuleaz; sunt reprezentai de regul de unul sau mai multe metale (Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Zn2+, Mn2+), Cl-, diferii compui organici: glutationul, cisteina, ce activeaz centrii activi direct sau indirect. Activarea direct influeneaz prima etap (de formare e ES). Activarea indirect se realizeaz i prin unii produi ce rezult chiar din reacia enzimatic.b. Inhibitori modulatori care diminueaz sau anuleaz activiti enzimatice; sunt reprezentai de substane foarte diferite, heterogene, ce acioneaz de regul asupra apoenzimei, modificndu-i structura i proprietile. Pe baza inhibrii enzimelor se utilizeaz metodele de sterilizare. n funcie de modul de aciune al inhibitorilor asupra enzimelor, inhibiia poate fi: reversibil: este la rndul ei de 2 tipuri:

competitiv: interacioneaz cu centrul activ al enzimei. Prezint o analogie structural cu substratul

necompetitiv: inhibitorul nu prezint analogie structural cu substratul i se leag cu enzima ntr-o alt zon a moleculei, diferit de centrul activ.

ireversibil: conduce la pierderea definitiv a activitii enzimatice. Datorit denaturrii ei prin legare covalent a inhibitorului cu un aminoacid esenial pentru funcia catalitic.Ex.: - gr. tio (SH) care pentru unele enzime poate fi activator, pentru altele inhibitor

unele metale, radiaiile UV, X, presiunea, ultrasunetele, detergeni anionici i cationici ce pot inhiba reversibil sau ireversibil activitatea enzimelor.Proprietile enzimelorDatorit naturii lor proteice, enzimele posed toate proprietile fizice i chimice specifice acestor molecule. Enzimele sunt catalizatori i respect legile catalizei:

catalizeaz reaciile posibile d. p. d. v. termodinamic;

scade energia sistemelor cataliznd reaciile;

sunt necesare n cantiti mult mai mici comparativ cu substratul;

se gsesc nemodificate calitativ i cantitativ la sfritul reaciei.

Cataliza enzimatic prezint particulariti care o deosebesc de cataliza chimic:

viteza de reacie este mai mare;

acioneaz n condiii blnde de reacie care sunt condiii fizice normale de pH, temperatur, etc.; cea mai important proprietate: nalta specificitate de aciune concretizat n capacitatea enzimelor de a cataliza transformarea unui grup de substraturi nrudite structural. Specificitatea este determinat de apoenzim. Poate fi absolut sau relativ. Specificitatea absolut (de substrat) atunci cnd enzima poate aciona doar asupra unui singur substrat; ex.: anhidraza carbonic (catalizeaz conversia dioxidului de carbon i a apei n acid carbonic), ureaza (catalizeaz descompunerea ureei). Specificitatea relativ atunci cnd enzima acioneaz asupra unui grup de substane nrudite chimic - ex.: fosfatazele (catalizeaz hidroliza esterilor fosforici), proteazele (acioneaz asupra legturilor dipeptidice), lipazele (hidrolizeaz legtura esteric dintre glicerol si acizii grai) sau pentru acelai substrat, o serie de enzime cu specificitate de aciune diferit determin transformri diferite ale substratului cu formare de produi diferii.

Clasificarea enzimelorI. Dup tipul de reacie (ligaze, liaze, oxidoreductaze, hidrolaze, transferaze)1. Oxidoreductaze: cuprind clasa enzimelor care catalizeaz oxidoreducerile, respectiv, transferul de hidrogen i transferul de electroni ntre substana care se oxideaz i substana care se reduce.2. Transferaze: cuprind clasa enzimelor care catalizeaz reaciile de transfer al unui rest molecular de pe un substrat pe alt substrat.Ex.: transaminazele: TGO, TGP, metiltransferaze, aminotransferaze etc.3. Hidrolaze: cuprind clasa enzimelor care catalizeaz reaciile de scindare a moleculei substratului, cu participarea componentelor apei la fragmentele care se scindeaz: ex.: lipaza, pepsina, tripsina, peptidazele;4. Liaze: enzime ce catalizeaz reacii de eliminare a unei grupri funcionale din substrat; ex.: dezaminaza, decarboxilaza;

5. Ligaze (sintetaze): cuprind clasa enzimelor care catalizeaz reaciile de sintez, fr hidroliz i fr oxidoreducere (unirea a 2 substraturi n unul singur); ex.: acetil CoA, aminoacilsintetaza;6. Izomeraze: cuprind clasa enzimelor care catalizeaz reaciile de izomerizare.

7. Dehidrogenaze catalizeaz dehidrogenarea unui substrat cu transferul hidrogenului la o molecul diferit de oxigen;

8. Fosfataze catalizeaz hidroliza unui ester fosforic;

9. Kinaze catalizeaz transferul unei grupe fosfat de la o trifosfatnucleotid (ATP) la un substrat;

10. Mutaze catalizeaz migrarea unei grupe fosfat de la o poziie la alta n aceeai molecul;

11. Oxidaze catalizeaz oxidarea unui substrat cu un oxigen molecular ca donor;II. Dup substratul asupra cruia acioneaz (proteaze, lipaze) Enzime cu valoare de diagnostic

lipoproteinlipaza, pseudocolinesteraza, lecitin-colesterol-aciltransferaza catalizeaz reacii din ser. Sunt secretate de ficat i eliberate n snge. n afeciuni grave ale ficatului, celulele hepatice sunt incapabile s sintetizeze normal proteine astfel nct activitatea acestor enzime, care n mod normal este relativ ridicat, va scdea; transaminazele pentru a aprecia funcia hepatic, biliar, evoluia unui infarct miocardic, a unei hepatite; cresc n infecii virale, infarct de miocard; amilaza acioneaz asupra amidonului i se determin pentru a aprecia funcia pancreasului exocrin; crete n pancreatita acut, traumatisme abdominale; lipaza crete n pancreatita acut, scade n steatoree (prezena unei cantiti anormale de grsimi n fecale);

colinesteraza - scade n hepatit, ciroz, infecii acute, infarct miocardic, intoxicaii cu insecticide organofosforice, crete n tumori cerebrale; lactodehidrogenaza este indicator al leziunilor celulare; este crescut n snge n caz de infarct miocardic, leziuni ale ficatului, rinichiului, plmnilor; fosfataza acid crete n cancerul de prostat;

fosfataza alcalin - crete n obstrucia cilor biliare, afeciuni ale oaselor.aminoacid

oxidaze

decarboxilaze

hidroxiacizi

amine

PAGE 2