Appunti completi di Biochimica generale

X.Y.Z.W

- X = classe (tipo di reazione)

- Y = sottoclasse (tipo di substrato)

- Z = sotto-sottoclasse (tipo di accettore o di gruppo rimosso)

- W = arbitrario seriale specifico per l’enzima

Esempio:

- 3 = classe (è un’idrolasi)

- 1 = sottoclasse (è un’esterasi: agisce sul legame estereo)

- 2 = sotto-sottoclasse (è una fosfatasi: agisce sul legame

FOSFOestereo)

- 9 = n° arbitrario seriale nella sotto-sottoclasse (è il 9o enzima

di questa sotto-sottoclasse)

Classe 1 – Ossidoreduttasi

Classe più numerosa e catalizzano reazioni di ossidoriduzione. Sono suddivise in più di 20 sottoclassi

ciascuna delle quali è suddivisa in sotto-sottoclassi in base al donatore di elettroni. sono identificate con

nomi comuni oppure con nomi empirici come le catalasi o le superossido dismutasi. Il loro nome

sistematico specifica anche il nome del substrato donatore e di quello accettore. Essi, quindi, catalizzano il

trasferimento di elettroni. Come?

a. Direttamente come elettroni

b. Per combinazione diretta di un riducente organico con l’ossigeno

c. Sotto forma di atomi di idrogeno

Biochimica Generale Lezione 14

d. Sotto forma di ioni idruro: che vengono trasferiti ad un composto accettore che può essere un

coenzima piridinico, NAD+ o NADP+, che si riducono, rispettivamente, a NADH e NADPH

Struttura chimica dei coenzimi NAD+ e NADP+ Il NAD è formato da due nucleotidi che

si legano grazie ad un legame fosfo-

anidridico. Il primo nucleotide è

costituito da una base azotata chiamata

nicotinammide che, insieme all’acido

nicotinico, sono i derivano della

vitamina B3 (da qui l’essenzialità della

proteina). La base si lega poi al ribosio.

Il secondo nucleotide è formato

dall’adenina come base azotata e dal

ribosio come zucchero a cui è legato un

gruppo fosfato.

Il NADP ha la stessa struttura chimica del NAD ma è fosforilato a livello del C-2 dell’adenosina monofosfato.

Entrambi i coenzimi, nella forma ossidata, presentano sull’azoto della nicotinammide una carica positiva.

Vengono detti nucleotidi piridinici perché la nicotinammide è una base piridinica. Quindi le forme ossidate

sono NAD+ o NADP+.

Possono anche essere ridotti in quanto

estraggono due elettroni e un protone

dal substrato che si ossida. Il substrato,

ossidandosi, perde 2 elettroni e 2

protoni, NAD e NADP legano solo 2

elettroni e 1 protone, l’altro viene

lasciato nel mezzo.

Il NADPH, quindi la forma ridotta del

NADP, può essere scritta usando

entrambi gli enantiomeri, a seconda

dell’attacco dell’H. Questi coenzimi sono

coinvolti nel metabolismo di carboidrati,

lipidi e proteine. Gli enzimi che contengono anelli piridinici vengono chiamati

deidrogenasi piridiniche. Esistono anche altre ossidoreduttasi

che vengono dette deidrogenasi flaminiche. Quest’ultime sono

quelle deidrogenasi che catalizzano reazioni redox e che

contengono come coenzima il FAD o il FMN.

Anche in queste deidrogenasi il substrato si ossida cedendo 2 elettroni e 2 protoni ma in questo caso

entrambi i protoni e gli elettroni vengono acquisiti dai coenzimi che si riducono a FADH2 e FMNH2.

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Struttura del FMN e del FAD

Il ribitolo è il prodotto di riduzione del ribosio. È l’alcol

corrispondente. Fa quindi le veci di uno zucchero.

Per sintetizzare quest’ultimo coenzima è

fondamentale la vitamina B2. Una carenza di questa

vitamina compromette l’attività delle deidrogenasi

flaminiche. La porzione reattiva di questi coenzimi è

l’anello isoallossazinico.

- Nella sua forma ossidata questo anello presenta N1

e N5 dell’anello non leganti atomi di H.

- Nella forma ridotta invece sia su N1 che su N5 sono

presenti due atomi di H.

Questi idrogeni vengono rubati al substrato che si

ossida. Essi prendono 2 elettroni e 2 protoni ma uno

alla volta. Prima si legano a N5 e poi a N1 (formano

prima la forma semichinonica che è poco reattiva).

Seguono quindi la seguente reazione:

Esempi di Deidrogenasi piridiniche NAD-dipendenti Esempio 1: Lattato deidrogenasi

Trasferiscono 2 H+ e 2 e- dal substrato donatore a

quello accettore (NAD)

Esempio 2: Gliceraldeide 3 fosfato deidrogenasi

È una deidrogenasi particolare perché ha due

funzioni:

- Catalizza una redox dell’atomo di carbonio

aldeidico ossidandolo a carbonio

carbossilico. In questo modo il NAD si

riduce a NADH

- Incorpora un gruppo fosfato che va a

fosforilare il carbonio carbossilico

Viene classificata (la gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi) come enzima ossidoriduttivo perché il fosfato non

deriva dall’ATP. È quindi una reazione di fosforolisi perché si ossida il carbonio e si crea un legame

fosfoanidridico nel prodotto finale.

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Esempi di Deidrogenasi piridiniche NADP-

dipendenti

Trasferiscono 2 H+ e 2 e- dal substrato donatore a

quello accettore (NADP+)

Essa (la glucosio-6-fosfato deidrogenasi) ossida il

carbonio anomerico a carbonio carbossilico. Si

genera un lattone, un estere interno. Un altro

esempio è la glutatione reduttasi.

Esempi di Deidrogenasi flaviniche FAD-dipendenti

Trasferiscono 2 H+ e 2 e- dal substrato

donatore a quello accettore (FAD)

Riduce il carbonio carbonilico e carbonio

ossidrilico. Il coenzima ridotto si ossida a

FAD. Questo enzima è importante perché

esistono due isoforme:

- Una è FAD-dipendente (S.S.C. 5)

- L’altra è NAD-dipendente (S.S.C 1)

Appartengono a sotto sottoclassi differenti. Una agirà a livello mitocondriale e l’altra a livello citosolico.

Deidrogenasi

Sono enzimi che catalizzano il trasferimento di 1 o 2 H+ e di 2 e- da un substrato ossidabile (SH2) al

“coenzima” ad esso associato.

→ NAD+ o NADP+ nelle deidrogenasi piridiniche

→ FAD o FMN nelle deidrogenasi flaviniche

Esistono anche le DEIDROGENASI ANAEROBICHE perché la

riossidazione del NADH a NAD+ e del FADH2 a FAD avviene anche in

condizioni aerobiche ad opera della catena respiratoria

Ci sono anche deidrogenasi flaviniche aerobiche

(chiamate anche ossidasi), che necessitano quindi

di ossigeno. S si ossida e il coenzima si riduce. Il

coenzima potrà essere riossidato solo se c’è

ossigeno che produce perossido di idrogeno. Esse

sono presenti principalmente nei perossisomi.

Esempi di Deidrogenasi flaviniche – Ossidasi FAD- o FMN-dipendenti

Trasferiscono 2 H+ e 2 e- all’ossigeno molecolare (O2 ) liberando

perossido d’idrogeno (H2O2 )

Questi enzimi formano l’alfa-cheto-acido corrispondente. A

seconda del tipo di coenzima verranno ridotti L amminoacidi o D

amminoacidi. È più rilevante quella che agisce sui D-amminoacidi

perché è quella che perette di eliminare i D-amminoacidi che

potrebbero compromettere gli enzimi che usano gli L-amminoacidi.

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Tutte queste sono ossidasi FAD o FMN dipendenti che sono diverse dalle ossidasi pure o vere e proprie.

Ossidasi "vere e proprie" o Ossidasi "pure"

Enzimi che catalizzano il trasferimento di 2 atomi di H (= 2 H+ e 2 e-) da un substrato ossidabile (SH2)

all’ossigeno per formare H2O. Queste, quindi, non dipendono dai due coenzimi, è il substrato che ossidandosi

cede all’ossigeno molecolare i protoni e gli elettroni e che quindi si riduce ad acqua.

Esempi:

Nel caso specifico del citocromo ossidasi

essa sfrutta gli elettroni dell’atomo di

ferro all’interno del gruppo eme. Cede

gli elettroni dal ferro, che si ossida,

all’ossigeno molecolare, che si riduce ad

acqua.

Queste ossidasi sono quindi metallo

proteine che spesso contengono rame

(che funge esattamente come il ferro).

Le Ossidasi sono diverse dalle OSSIGENASI

Quest’ultime sono enzimi che richiedono O2 e catalizzano

l’incorporazione di uno o di entrambe gli atomi di O nella

molecola del substrato. Si distinguono in:

Le diossigenasi sono enzimi che catalizzano l’incorporazione

di entrambe gli atomi di O nella molecola di substrato.

Le monossigenasi sono enzimi che catalizzano l’incorporazione di un solo atomo di O nella molecola di

substrato idrossilandolo (ecco perché si chiamano anche

“idrossilasi”); il secondo atomo di O viene ridotto ad H2O da un

donatore di protoni ed e-, generalmente il NADPH. Alcune di

queste proteine richiedono anche NADPH che si ossida a NADP+,

per questo vengono chiamate anche “a funzione mista”, in

questo caso è fondamentale la presenza di un metallo che

trasferisce elettroni.

Esempio di diossigenasi

Questo enzima rompe il doppio legame centrale, in presenza di

ossigeno, generando due molecole identiche in cui il C-15 si

ossida a gruppo carbonilico, ad aldeide. I due prodotti hanno un

O.

Esempi di Monoossigenasi o idrossilasi

Sono enzimi che richiedono O2 e catalizzano l’incorporazione di

uno solo dei due atomi di O2 nella molecola substrato

idrossilandolo, ma richiedono anche α-chetoglutarato, vitamina C

(ascorbato) e ioni Fe.

Ci sono anche monossigenasi o idrossialsi che richiedono anche

vitamina C (ascorbato) e ioni Cu

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Esempi di Monoossigenasi (o idrossilasi) o ossigenasi "a funzione

mista"

Richiedono O2 e catalizzano l’incorporazione di uno solo dei due

atomi di O2 nella molecola substrato idrossilandolo; il secondo

atomo di O viene ridotto ad H2O da un donatore di protoni ed

elettroni, generalmente il NADPH.

La Fenilalanina idrossilasi catalizza la reazione di ossidazione

della fenilalanina a tirosina. Durante questa reazione l’ossigeno

è il composto che si riduce, perché una molecola “entra” nella

struttura della tirosina, l’altra si converte in acqua. Per questa

idrossilazione è necessario un donatore di elettroni che risulta essere la tetraidrobiopterina (non è una

vitamina). Quest’ultima perde elettroni e protoni e si ossida a diidrobiopterina. Se è presente questo

composto l’enzima risulta essere inattivo, dunque, per attivarsi, deve associarsi ad una reduttasi, in modo

tale da ridurre la diidrobiopterina in tetraidrobiopetrina. Per fare ciò interviene il NADPH che si ossida a

NADP+.

Altri esempi di Ossidoreduttasi: Perossidasi o Idroperossidasi

Si distinguono dalle precedenti perché utilizzano come agente ossidante H2O2 e non O.

Esempi: La catalasi usa 2 molecole di H2O2, uno

che agisce da agente riducente e l’altro

da agente ossidante per produrre 2

molecole di acqua e 1 di ossigeno. È una

emo-proteina che contiene 4 gruppi