Riassunto di Biochimica

Biochimica

Stella Murru

Enzimologia

Reazioni (INIZIO LEZIONE 2, 23.03.21)

Catalisi meccanismo in grado di velocizzare reazione chimica

• Reazione chimica: da reagenti si formano prodotti

o

Enzima

• Non si consuma, non cambia termodinamica della reazione ovvero equilibrio chimico

o Accelera il raggiungimento dell’equilibrio chimico

o

Reazioni sono lente

• Legami che devono rompersi sono stabili e hanno bisogno di catalisi

o Senza enzima reazione non si realizza

o

Velocità reazione

• Rapporto tra prodotti formati e tempo necessario perché avvenga, variazione quantità

o reagenti o prodotti nel tempo

Senza enzima è molto bassa

o Enzima permette che reazioni avvengano velocemente a velocità biologiche, microsec

o

Equilibrio

• Punto finale della reazione è equilibrio chimico

o Velocità diretta uguale a quella inversa, composizione non varia

o Non ottimale per cellula perché non può più controllare reazioni

o

Enzima

• accelera l’arrivo all’equilibrio di una reazione

o Reazioni complete: tutti i reagenti si trasformano in prodotti

o Reazioni non complete: solo frazione reagenti si trasforma in prodotti, dipende da

o stabilità relativa tra reagenti e prodotti

Catalisi enzimatica

Catalizzatore qualunque sostanza in grado di abbassare energia di attivazione

• Affinché molecole reagiscano devono scontrarsi per penetrare nuvole elettroniche che

o causa aumento energia del sistema = energia di attivazione

Per questo motivo reazioni sono lente

o stato di transizione

Punto più alto della curva è in cui si stanno

o formando nuovi legami e c’è picco di energia potenziale

Enzima riduce altezza tra energia attivazione e energia dei reagenti

o

Condizioni operative

• Cellule fanno avvenire reazione in condizioni semplici da

o raggiungere, serve poco enzima e a condizioni fisiologiche

Enzimi riescono a raggiungere la loro potenza catalitica in condizioni fisiologiche (pH

o neutro, P= 1atm, T=25-27°C), perché evoluti in miliardi di anni grazie all’evoluzione per

operare in queste condizioni

A differenza della chimica inorganica

o

Potere catalitico

• Rapporto tra velocità reazione catalizzata e quella non catalizzata

o Varia a seconda dell’enzima da 10 mila a 10^17, molta differenza tra organico e

o inorganico

Fattore che indica di quante volte l’enzima è in grado di accelerare la reazione

o 1

Specificità

• Riconoscimento stereospecifico dei substrati

o Enzimi sono proteine, ogni enzima ha particolare struttura, se la alteriamo non funziona

o più

Molecole che reagiscono con enzimi=substrato

o Substrato riconosciuto in sito di legame, formato da struttura terziaria della proteina

o Funzione di riconoscimento del substrato

§

Esochinasi ha nel sito di legame una molecola di glucosio e una di ATP, fa reagire

o glucosio e ATP, sono legati, riconosciuti e posizionati nel corretto orientamento affinché

possano interagire (teoria urti)

Enzima le cattura e le posiziona vicine l’una tra le altre e permette di indebolire

§ legami e di far avvenire la reazione

Glucosio ha forma D e forma L ma enzima riconosce soltanto il D-glucosio

§ Vale anche per epimeri, mannosio (2C) e galattosio (4C) sono epimeri del

§ glucosio e non vengono riconosciuti da enzima

Grazie a specificità è in grado di mediare reazioni che formano prodotti specifici senza

o prodotti secondari

Regolabile

• Enzimi possono essere regolati attraverso interazione con altre molecole, enzima può

o essere inibito o indotto -> Enzimi regolatori o enzimi segnapasso

Importanza metabolismo

• Definiscono e regolano metabolismo

o Enzimi permettono di far avvenire reazione nel posto giusto e tempo giusto

o

Attività enzimatica

• catal

Misurata con : quantità di enzima in grado di convertire una mole di reagente al

o secondo in condizioni ottimali

U o UI quantità enzima che converte una micromole di reagente in un minuto

o

Proprietà strutturali degli enzimi

Sito di legame

Spazio organizzato da residui della catena (scheletro) dell’entità che

• serve per far accomodare substrato e avvenire riconoscimento

Reagenti=substrati

• Riconoscimento stereospecifico

• Enzimi lavorano su legami specifici

• Proteasi a serina endonucleasi

sono ovvero tagliano legame peptidico all’interno delle

• proteine, sono in grado di riconoscere leg peptidico

Enzimi che hanno un meccanismo catalitico che si basa sulla presenza di un residuo di

o Ser His Asp TRIADE catalitica

particolarmente reattivo, residuo di e nel sito attivo =

Cambia amminoacido su cui va tagliato il legame, principali proteasi sono:

o Chimotripsina amminoacidi aromatici

deve avere dunque idrofobico,

• poiché solo questo si può legare a tasca idrofobica di riconoscimento

Tripsina, nella struttura c’è aspartato, carico negativamente acido, che

• si colloca in fondo alla tasca di legame e permette legame ionico con

amminoacido carichi positivamente (a.a. basici Lys, Arg, Hys)

Elastasi, piccola tasca idrofobica occupata da residui che impediscono

• ad amminoacidi grandi di legarsi, permettono legame solo con

amminoacidi piccoli come la Gly e l’Ala (a.a. Ricchi nel connettivo) 2

Hanno struttura simile, provengono da una stessa proteina ancestrale

• (serina proteasi) duplicazione gene e diversificazione

Sito catalitico

Formato da serie critica di amminoacidi catalitici come His, Ser, Asp ma anche Cys e Tyr

• In grado di indebolire legami chimici e interagire con substrato e formare addotti

• Triade catalitica

o Serina proteasi formata da questa triade catalitica Ser, Hys e Asp legati da

§ ponti H che formano relè chimico che serve a indebolire legame tra O2 e H della

Ser e trasfromarlo in alcolato

Idrogeno è in grado di staccarsi dalla Ser195 grazie a presenza di Hys che è

§ base e Asp aumenta capacità basiche della Hys facendo in modo da far

esprimere comportamento acido della Ser, fanno si che O2 si stacchi

Di norma alcol NON si deprotona, succede solo per presenza altri a.a. Che ne

§ fanno esaltare caratteristiche acide

Esterasi rompono legami estere e hanno triade catalitica (acetilcolinesterasi)

§

Cofattori

Molecole che legano enzima e aumentano attività enzimatica

• In assenza di cofattori enzimi non possono operare

• Assenza o carenza compromette enzima dunque metabolismo

• Dobbiamo introdurli con dieta, parte integrante del meccanismo di azione degli enzimi

• Ioni metallici:

• Zn +2

o Anidrisi carbonica complessato con catene laterali aventi 3 Hys messe in

§ posizione corretta per poter catturare Zn+2

Serve per effetto Bohr, trasformazione CO2 in acido carbonico e

o viceversa

Acido cloridrico nello stomaco, controllo pH tutto legato a

o formazione CO2 in bicarbonato

Se manca molecola non funziona

o

Superossido dismutasi (Cu/Zn) opera su anione superossido che si produce

§ durante respirazione

Carbossipeptidasi esoproteasi

sono e rimuovono amminoacido da estremità

§ carbossi-terminale

Zinc fingers (dita di zinco) servono per controllo espressione geni

§

Cu +2

o Complesso IV nella catena di trasporto elettroni

§ Superossido dismutasi difesa da anione superossido

§ Lisil ossidasi servono per ossidare lisina per tessuto connettivo

§ 3

Fe 2+, 3+

o Hb/Mb proteine aventi gruppo eme che lega Fe+2 che lega reversibilmente O2 e

§ lo trasportano

Citocromi, catena trasporto elettroni, trasformazione farmaci in fegato

§ Catalasi per difesa contro acqua ossigenata

§ Centri redox Fe-S per catena trasporto

§ Tossico se in forma libera

§

Cobalto 2+, 3+

o Legato a cobalammina e serve per far funzionare enzimi per formazione gruppi

§ eme

Serve per enzimi per fisiologia globuli rossi e sangue

§ Cobalto come Fe in gruppo eme serve in coenzimi come cobalammina

§

Cofattori organici= COENZIMI:

• Gruppi prostetici

o Legano stabilmente enzima, non viene mai rilasciato

§ Vitamine non possono essere sintetizzate da organismo ma assunti con la dieta

§ Cobalammina

§ vitamina B12

Derivato della

• Utilizzata da cellule come coenzimi cobalamminici per poter consentire

• metiltransferasi

a il trasferimento di gruppi alchilici

anemia perniciosa

Se carenza metiltransferasi causa lesioni

• neurologiche, danni epitelio gastroenterico, globuli rossi

Causa è dieta vegetariana perché si trova in alimenti di origine

o animale o deficit genetici

Tiamina pirofosfato

§ vitamina B1 = TIAMINA

Derivato della

• Cofattore di enzimi che servono a trasferire gruppi aldeidici

• Piruvato deidrogenasi, ricava energia da zuccheri

o Chetoglutarato deidrogenasi, per ciclo di Krebs (energia)

o Beriberi

Carenza determina che causa sindrome neurologica, cellule

• nervose molto sensibili a mancanza energia necessaria a reazioni

Piridossalfosfato

§ vitamina B6 = PIRIDOSSINA

Derivato della

• Gruppo prostetico che fa parte di enzimi come

• Glicogenofosforilasi

o Transaminasi, legate a metabolismo degli amminoacidi

o

Flavina adenina dinucleotide FAD flavina adenina monofosfato FMD

e

§ (INIZIO LEZIONE 3, 24.03.21)

vitamina B2 = FLAVINA

Derivati della

• Deidrogenazione, trasferimento atomi di H, rimuovere H da struttura

• carboniosa significa ossidarla

Succinato deidrogenasi contiene come gruppo prostetico FAD

o

Ruoli sono

• In grado di accettare idrogeni, elettroni o idruri

o Ossidazione degli acidi grassi nella via metabolica di questi

o chiamata betaossidazione

Carenza piuttosto rara

•

Enzima funzionante lega gruppo prostetico senza lasciarlo

§ 4

Vitamine

o VITAMINE= ammine necessarie alla vita

§ Sono micronutrienti, devono essere introdotti in piccole quantità giornaliere con

§ dieta per assicurare l’apporto giusto di cofattori necessari per attività degli

enzimi

Vitamina C, idrosolubile, acido L-ascorbico, media reazioni redox

§ Serve per enzima per formare fibre di collagene, grazie a idrossilazione

• di Pro e Lys, se no idrossilazione non si formano fibre

scorbuto:

Se carenza causa ulcere cutanee, emoragie gengivali

• Tipico nei marinai che non mangiano frutta e verdura fresche

• Cane e gatto in grado di produrlo

•

Cosubstrati (coenzimi)

o Lega enzima ma poi si stacca, si associano temporaneamente, sono cosubstrati

§ Nicotinammide adenin dinucleotide NAD(P)

§ vitamine B3 = NIACINA

Derivato della o acido nicotinico

• pellagra:

Carenza causa dermatiti e demenza (essenziale per

• metabolismo cellulare, neuroni ne risentono, funzionalità cervello

compromessa)

Abbondante nel grano ma scarsa nel mais

• Abbiamo due forme:

• NAD+ nicotinammide adenin dinucleotide

o Servono per ossidazioni cataboliche, ossidare composti

§ ricchi di energia per ricavare energia (con redox si

ricava 90% dell’energia necessaria alle cellule)

NADP è fosforilato in posizione 2

o Usato nella sua forma ridotta NADPH

§ Serve per idrogenare, riduzioni biosintetiche

§

NAD+ forma ossidata, NADH forma ridotta

• NADP + forma ossidata, NADPH forma ridotta

•

Coenzima A

§ vitamina B5 = PANTOTENATO

Derivato della o acido pantotenico

• Coenzima è un nucleotide= zucchero, adenina e gruppo fosfato; fosfato

• legato a OH del ribosio (fosfoestere)

Formato da 4-fosfopanteteina legata all’adenosina 3’-5’ bifosfato

• Legami fosfoestere: fosfato-zucchero

• Legame N-glicosidico: base azotata-zucchero

• Parte reattiva è SH = tiolo o mercaptoetanolo

• È la parte funzionale della molecola

•

Gruppo alcolico è C=O+NH carbonio carbonilico legato a gruppo

• amminico -> si forma gruppo ammidico

Serve per trasferimento gruppo acilico

• Acil-CoA sintetasi, modo per attivare acido grasso e decidere

• cosa farne in base a necessità

Carenza pantotenato piuttosto rara

• 5

Sito regolatorio

Inibitori

• Molecole che interagiscono con enzimi target

o Reversibile: legame è reversibile perché non forte, interrotta attraverso diluizione

o inibitore o allontanamento sostanza

Inibitori competitivi

§ Enzima lega substrato E+S>ES>E+P, trasforma substrato in prodotto

• Inibitore riconosciuto da enzima (perché molto simile a S) e si lega a sito

• attivo al posto del substrato e non consente reazione, sequestra

molecole enzima, come tappo che blocca accesso a substrato

Si puo ridurre effetto I (inibitore) aumentando concentrazione S

• (competitor tra loro per legame E) si sposta equilibrio verso ES non

facendo in modo che si leghi I, unico che può essere fermato

aumentando concentrazione S

Irreversibili: si legano covalentemente a parte critica funzionale dell’enzima, ne

o compromettono attività, reazione catalizzata non avviene più

Antibatterici

• Penicilline, antibiotici beta-lattamici, si distinguono in base alla catena R laterale:

o Penicillina G (originale)

o Efficace ma sensibile (gruppo ammide) a ph dello stomaco, no

§ introdotta per vie orali, solo iniezioni intramuscolari

Penicillina V

o Meno efficace ma piu resistente ad ambiente acido

§

Amoxicillina

o molto efficace, quasi quanto G, introdotta per via orale

§

Target transpeptidasi

penicillina:

o Dobbiamo impedire a batterio di proliferare

§ 6

Inibire produzione parete cellulare in particolare un componente strutturale

§ peptidoglicano=polimero

ovvero il di zuccheri e amminoacidi

Peptidoglicani si trovano sia nei batteri gram + (pep molto più spesso) che -, è

§ componente strutturale membrana batteri, assicura protezione meccanica e

scissione binaria (necessaria per riproduzione)

Per creare peptidoglicano batteri devono creare scheletro utilizzando

§ amminoacidi per fare legami chimici che non vengono riconosciuti dalle

proteasi animali

Amminoacidi sia forma L che D, normalmente in natura sempre L, batteri hanno

§ forma D che non viene sintetizzata quindi neanche riconosciuta dagli animali

Proteasi non possono attaccare membrane perché resistenti a attacco

§ proteolitico, amminoacido insolito impedisce riconoscimento

Funghi e muffe hanno escogitato produzione sostanze che impediscono

§ rafforzamento peptidoglicano attraverso formazione ponti ovvero legami

crociati che uniscono catene di peptidoglicano

Enzima chiave per la sintesi legami crociati che rafforzano peptidoglicani

§ transpeptidasi

(formazione legami crociati) è

Transpeptidasi ha Ser molto reattiva le suo sito catalitico, serve per formare

§ legame peptidico tra amminoacidi

Ser serve per legare in modo transitorio la catena del peptidoglicano (leg

§ peptidico) per poi permettere legame tra peptoglicani

Meccanismo d’azione penicillina

o Inattivazione enzimatica da inibitore irreversibile

§ Penicillina fa si che anello beta-lattamico si leghi chimicamente alla serina del

§ peptidoglicano con un legame estere stabile (serina ha OH + COOH

peptidoglicano o anello?) -> enzima INATTIVO

Enzima inattivo non più in grado di sintetizzare peptidoglicano e cellula muore

§

Resistenza alla penicillina

o beta-lattamasi,

Batteri creano enzimi che idrolizzano gli anelli beta-lattamici

§ Inattivazione irreversibile penicilline prima che agiscano su peptidiltransferasi

§ Abbiamo Ser reattiva avente intorno chimico al sito catalitico specifico che

§ permette di legare penicillina e di utilizzare molecola d’acqua per scindere

legame estere che unisce serina a penicillina inattivata, impedendole di agire

sul suo target

Possono anche cambiare struttura della transpeptidasi, mutazione, o impedire

§ che questa incontri penicillina evolvendo meccanismi di trasporto impedendo a

penicillina di accumularsi e agire su target l’acido clavulanico

Industria produce inibitore della beta-lattamasi,

§ Una volta che reagisce con beta-lattamasi questa non è piu in grado di

• riattivarsi e si impedisce di farla agire sulle penicilline

Farmaci contengono 2 inibitori, uno per transpeptidasi e altro per beta-

§ lattamasi

Augmentin (antibiotico): amoxicillina (transpeptidasi)+acido clavulanico

• (beta-lattamasi)

Col tempo diventano meno efficaci perché anche beta-lattamasi si

• evolvono, soprattuto a causa dell’uso non corretto degli antibiotici 7

Antivirali

• Hiv primo virus contro cui si sono sviluppati farmaci, non eradicato ma controllato

o Target

o trascrittasi inversa

Virus a RNA, serve per avere dna da rna

§ Integrasi permette di far integrare DNA virus con dna ospite, HIV diventa

§ cronico

Proteasi virale che permette maturazione capside, non completa ciclo vitale

§

Tamiflu: farmaco antinfluenzale

o Virus costituito da DNA/RNA, lipidi che formano capside che avvolge acido

§ nucleico, proteine per ciclo vitale del virus

Virus non è una cellula, ha bisogno di cellula per potersi replicare. Per far questo

§ neuroamminidasi

ha bisogno di enzimi come la

Enzima (si trova su sup. Cellula) che riconosce e taglia fosfolipidi delle

• cellule che è l’acido sialico

Acido sialico utilizzato da virus sia per riconoscerla che per entrare

• dentro

Quando virus deve uscire da cellula virale, acido sialico riconosce

• emaglutinina

proteina del virus la quale si