Enzimologie Aplicata (Partea 1)
-
Upload
alexandra-savu -
Category
Documents
-
view
328 -
download
1
description
Transcript of Enzimologie Aplicata (Partea 1)
-
CHIMIE ALIMENTAR I TEHNOLOGII BIOCHIMICE
ENZIMOLOGIE APLICAT
Scurt istoric Aspecte introductiveSpecificitatea enzimatic Nomenclatura enzimelor
Conf. Dr. Biochim. Bogdan Nicolae Manolescu
Facultatea de Chimie Aplicat i tiina MaterialelorDepartamentul de Chimie Organic C. NeniescuLaborator 013, Corp F, Campus Polizu
-
ENZIMOLOGIEAPLICATNomenclatura i clasificareaenzimelorStructura i mecanismul deaciune al enzimelorAnalizaalimentelorProducereaalimentelor
-
Date semnificative n biochimia enzimelor:
GOTTLIEB SIGISMUND KIRCHHOFF (1816):zaharificarea amidonului n semine
HEINRICH AUGUST VOGEL (1817):transformarea zahrului din lapte ntr-un zahar fermentabil cu ajutorul unei infuzii de ovz
ANSELME PAYEN & JEAN-FRANCOIS PERSOZ (1833):izolarea din mal a unui ferment solubil hidroliza amidonuluiintroduc termenul de diastaz (a separa, gr.)
LOUIS PASTEUR (1850-1860):studiaz fermentaia zaharurilor la etanol de ctre drojdiiintroduce TEORIA VITALIST
-
Date semnificative n biochimia enzimelor:
CHRISTIAN HANSEN (1874):izoleaz un complex de enzime din stomacul de vielcomplexul permitea coagularea laptelui (chimozin)
WILHELM KUHNE (1876):introduce termenul de ENZIM
EDUARD BUCHNER (1897):fermentaia alcoolic poate avea loc i n absena celulelor intacteinfirm TEORIA VITALISTPremiul Nobel pentru Chimie 1907
JAMES B. SUMNER (1926):demonstreaz natura exclusiv proteic a ureazei
-
Date semnificative n biochimia enzimelor:
JAMES B. SUMNER (1937):demonstreaz natura exclusiv proteic a catalazei
JOHN H. NORTHROP & WENDELL M. STANLEY (1930):izoleaz pepsina, tripsina, chimotripsinademonstreaz natura lor exclusiv proteicPremiul Nobel pentru Chimie 1946
DAVID C. PHILLIPS (1965):determin prin difracie de raze X structura lizozimului
-
Activitatea enzimatic:
proteine:enzimeabzime (antibody + enzyme) anticorpi monoclonali:produi prin imunizarea animalelor de laborator cu un antigenantigenul este analog structural al strii de tranziie a unei reaciiexemple: formare de legturi C-C, reacii de transaminare
acizi nucleici:ribozime (ribonucleic acid enzyme)manifest activitate catalitic sau autocataliticexemple: autoexcizia intronului din RNAr (Tetrahymena sp.)
activitatea catalitic este ntlnit la biomolecule foarte diverse
-
Abzime:
pentru hidroliza esterilor:utilizarea unui ester fosforic ciclic ce mimeaz intermediarul
pentru oxidarea sulfurilor la sulfoxizi:utilizarea unui acid aminofosfonic ce mimeaz intermediarul
-
Ribozime:
eliminarea intronilor din molecula RNAr precursor
-
Caracteristici generale ale enzimelor:
caracteristici comune cu cele ale catalizatorilor tradiionali:scad energia de activare faciliteaz formarea intermediaruluiacioneaz la concentraii foarte micinu se consum n timpul reaciei
caracteristici proprii enzimelor:eficien catalitic mult mritacioneaz n condiii blnde de pH i temperaturmanifest diferite tipuri de specificitateactivitatea lor este reglat prin mecanisme:calitative:efectori allostericimodificri covalentecantitative:scderea/creterea ratei de sintezscderea/creterea ratei de catabolizare
-
Hidrateaz 106 molecule de CO2 ntr-o secund!
-
Dezavantajele enzimelor fa de catalizatorii tradiionali:
costuri ridicate datorit tehnologiilor de producie i purificare
instabilitii la temperaturi de peste 40-45C i valori extreme de pH
riscului contaminrii biologice a produsului final
-
Aplicaii ale enzimelor ramuri industriale:
aplicaii n industria alimentar:panificaieobinerea sucurilor din fructe i procesarea fructelorfabricarea buturilor alcoolice (bere, vin)produse lactateprocesarea crnii (porc, vit, pui, pete)
aplicaii n alte industrii:industria de detergeni (proteaze, amilaze, lipaze, celulaze)obinerea furajelor i nutreurilor pentru animaleindustria textilindustria de procesare a lemnului i obinere a hrtieiindustria de cosmeticeindustria de medicamente
-
Aplicaii ale enzimelor utilizrile practice:
prelucrarea i obinerea anumitor tipuri de alimente i buturi
evaluarea contaminrii alimentelor cu anumite microorganisme
analiza alimentelor:analiz calitativanaliz cantitativ
evaluarea modificrilor pe care le sufer alimentele n timpul stocrii
-
Analiza sucurilor de fructe:
-
Specificitatea enzimatic:
specificitate de reacie:o enzim catalizeaz doar un singur tip de transformare chimicacioneaz asupra unui numr variabil de substrate
specificitate de substrat:o enzim acioneaz asupra unui numr variabil de substratecatalizeaz acelai tip de transformare chimic
specificitate steric:caz particular de specificitate stericenzima recunoate doar un singur enantiomer din mai mulienzima catalizeaz formarea unui singur izomer geometric sau opticenzima recunoate ambii enantiomeri i catalizeaz interconversia lorenzima catalizeaz schimbarea configuraiei la un singur centru chiralenzima discrimineaz ntre dou grupri identice din molecul
-
Specificitatea de reacie:
o enzim catalizeaz doar un singur tip de transformare chimicacioneaz asupra unui numr variabil de substratetipuri de transformri:
st la baza clasificrii enzimelor n 6 CLASE
-
Specificitatea de substrat:
o enzim acioneaz asupra unui numr variabil de substratecatalizeaz acelai tip de transformare chimic
enzime cu specificitate larg de substrate:acioneaz asupra unui numr mare de substrateexemplu: amilaz
enzime cu specificitate de grup:acioneaz asupra unui numr limitat de substrateexemplu: hexokinaza
enzime cu specificitate absolut:acioneaz asupra unui singur compusexemplu: arginaza, ureaza
-
AmilazHexokinazUreaz
-
Specificitatea steric:
enzime ce recunosc i transform doar unul dintre enantiomeri:
L-lactat Bacillus subtilisD-lactat Lactobacillus plantarumL/D-lactat Leuconostoc mesenteroides
enzime ce catalizeaz formarea unui singur izomer geometric sau optic din mai muli posibili:
-
Specificitatea steric:
enzime ce recunosc ambii enantiomeri ai unui compus cu un singur centru de chiralitate i catalizeaz interconversia lor:
enzime ce recunosc compui cu mai multe centre de chiralitate i catalizeaz schimbarea configuraiei unui singur centru:
-
Specificitatea steric:
enzime ce discrimineaz ntre dou grupri identice:
observaii:three-point attachement (1948)un compus simetric, darprochiral, interacioneazasimetric cu enzimaexemple: glicerol kinaza
-
Specificitatea enzimatic aplicaii:
analiza vinurilor:detecia adulterrii cu acid malic de sintezdozarea acidului D-malic
-
Specificitatea enzimatic aplicaii:
sinteza organic:sinteze enantioselective
-
Nomenclatura enzimelor:
scurt istoric:1956 Comisia de Enzimologie (IUBMB & IUPAC)1961 publicarea primei cri despre nomenclatura enzimelor1984 publicarea unor updatri2000 publicarea ultimelor updatriau mai aprut suplimente pn n 2014
tipuri de denumiri:denumire comun (trivial, de lucru, recomandat)denumire sistematiccod de forma EC A.B.C.D
-
Nomenclatura enzimelor denumirea comun (trivial, de lucru):
reguli generale de realizare a denumirilor comune:se utilizeaz denumirile comune ale substanelor (se omit descriptorii D i L pentru zaharuri i aminoacizi)nu ar trebui s se bazeze pe denumirea unei substane care nu este substrat al enzimei respective (enoil~CoA hidrataza crotonaz)se utilizeaz denumirile: dehidrogenaz, reductaz, oxidaz, peroxidaz, kinaz, tautomerazse bazeaz pe sensul demonstrat al unei reacii
observaii:ofer informaii despre natura substratului (ureaz, arginaz, zaharaz)nu ofer niciun fel de informaii (catalaz, pepsin, bromelain)este uor de utilizat n practica curent
-
Nomenclatura enzimelor denumirea sistematic:
numele substratului + numele reaciei + sufixul -azdenumirea substratelor se face n acord cu regulile IUPACdac substratul este ionizat la pH fiziologic se folosete sufixul -at:acid lactic dehidrogenazlactat dehidrogenazpentru enzimele cu funcie dubl ce catalizeaz dou modificri n molecula substratului denumirea se face pe baza primei reacii i a doua este indicat n parantez
pentru reaciile reversibile se alege un sens care va fi utilizat pentru toate enzimele din clasa respectic chiar dac nu a fost demonstrat pentru toateL-triptofan indol-liaz (dezaminant)
-
Clasificarea enzimelor:
se face pe baza tipului de reacie catalizatfiecare enzim primete un cod de forma EC A.B.C.Denzimele sunt organizate n:CLASESUBCLASESUBSUBCLASE
observaii:fiecare cod descrie o activitate enzimatic (nu o anumit enzim)enzimele pentru care nu se cunoate mecanismul de reacie sau care nu pot fi ncadrate n nici una dintre subclasele sau subsubclasele existente se aloc coduri de forma:EC A.99.C.DEC A.B.99.D
-
Clasa 1 (clasa oxidoreductazelor):
catalizeaz reacii de forma: Ared + Box Aox + Breddenumirea sistematic se face pe baza regulii generale:
denumire Sdonor echiv de red:denumire Sacceptor echiv de red oxidoreductaz
organizarea n subdiviziuni:subclase ine cont de gruparea/substratul ce se oxideazsubsubclase ine cont de substratul ce se reduce
observaii:peroxidaze enzime ce folosesc H2O2 ca acceptor de echiv de redoxidaze enzime ce folosesc O2 ca acceptor de echiv de redpentru unele enzime este mai greu de realizat denumirea sistematic
-
Exemplu de denumire sistematic:
denumire recomandat: glucozo oxidazdenumire sistematic: D-glucozo oxigen oxidoreductazdonor de echivaleni de reducere: D-glucozacceptor de echivaleni de reducere: O2codul: EC 1.1.3.4
-
Clasa 2 (clasa transferazelor):
catalizeaz reacii de forma: A-X + B A + B-Xdenumirea sistematic se face pe baza regulii generale:
denumire Sdonor:denumire Sacceptor denumirea gr transferate transferaz
organizarea n subdiviziuni:subclase ine cont de natura gruprii transferatesubsubclase ine cont de particularitile gruprii transferate
transferaze importante:transaminaze EC 2.6.1.Xkinaze EC 2.7.1.X
-
Clasa 3 (clasa hidrolazelor):
catalizeaz reacii de forma: A-B + H2O A-H + B-OHdenumirea sistematic se face pe baza regulii generale:
denumire S : natura legturii scindate hidrolaz
organizarea n subdiviziuni:subclase ine cont de tipul legturii scindatesubsubclase ine cont de particularitile legturii scindate
observaii:reacia de hidroliz poate fi interpretat ca o reacie de transfer n care acceptorul este molecula de apmulte enzime utilizate la procesarea alimentelor sunt hidrolazeexemple: proteaze, amilaze, esteraze, lipazeC CC NC OC SO P
-
Clasa 4 (clasa liazelor):
catalizeaz reacii de forma: A-B A + Bdenumirea sistematic se face pe baza regulii:
denumire S denumire grupare eliminat-liaz
organizarea n subdiviziuni:subclase ine cont de tipul legturii scindatesubsubclase ine cont de particularitile legturii scindate i ale substratului asupra cruia acioneaz enzima
observaii:se recomand utilizarea scrierii HIDRO-LIAZ n loc de HIDROLIAZpentru liazele ce catalizeaz reacii reversibile, dac sensul invers (cel de formare a unei legturi) este relevant fiziologic, atunci enzima se va denumi SINTAZC CC OC NC S
-
Clasa 5 (clasa izomerazelor):
catalizeaz modificri intramoleculare ale substratului:racemizareepimerizareizomerizare cis-trans
organizarea n subdiviziuni:subclase ine cont de tipul de rearanjare intramolecularsubsubclase ine cont de natura substratului
observaii:nu exist o regul general pentru realizarea denumirii sistematiceunele izomeraze catalizeaz procese redox intramoleculare
-
Clasa 6 (clasa ligazelor):
catalizeaz reacii de forma: X + Y + NTP X-Y + NDP + Padenumirea sistematic se face pe baza regulii generale:
denumire X : denumire Y ligaz (NDP formatoare)
organizarea n subdiviziuni:subclase ine cont de tipul legturii formatesubsubclase ine cont de tipul produsului de reacie
observaii:ligazele snt enzime ce catalizeaz reacii ireversibileNTP = ATP/GTP, NDP = ADP/GDPse poate utiliza denumirea alternativ de SINTETAZ
-
COD: EC 1.4.1.1
Denumire sistematic: L-lactat:NAD+ oxidoreductaz
Denumire recomandat: L-lactat dehidrogenazCOD: EC 2.7.1.1
Denumire sistematic: ATP:D-hexozo-6-fosfo transferaz
Denumire recomandat: hexokinaz
-
COD: EC 3.1.1.3
Denumire sistematic: triacilglicerol acil hidrolaz
Denumire recomandat: lipaz pancreaticCOD: EC 4.1.1.1
Denumire sistematic: 2-oxo acid carboxi-liaz (formatoare de aldehid)
Denumire recomandat: piruvat decarboxilaz
-
COD: EC 5.1.3.3
Denumire sistematic: aldozo 1-epimeraz
Denumire recomandat: aldozo epimerazCOD: EC 6.3.1.2
Denumire sistematic: L-glutamat:amoniac ligaz (ADP formatoare)
Denumire recomandat: L-glutamin sintetaz
-
Expert Protein Analysis System (www.expasy.org)
-
Braunschweig Enzyme Database (www.brenda-enzymes.info):