Biochimica generale - 1° parziale

ATTIVAZIONE GIBBS

Come possibile che gli enzimi aumentino la velocità di reazione?

Energia di legame tra substrato e enzima

I legami che si instaurano tra enzima e substrato dove si ha il sito di legame dell'enzima sono interazioni deboli, cioè legami a idrogeno, interazioni idrofobiche, interazione di Vander Waals. Si possono formare anche legami transitori.

Tutto ciò serve per stabilizzare l'interazione tra substrato e enzima, perché la formazione di ogni interazione debole nel complesso ES è accompagnata da un piccolo rilascio di energia libera, che stabilizza l'interazione stessa.

L'energia che si libera dalle interazioni enzima-substrato viene detta energia di legame.

Quindi, l'energia di legame è la fonte principale di energia libera usata dall'enzima per abbassare l'energia di attivazione della reazione, perché ne stabilizza l'interazione.

Come si lega il substrato al sito catalitico?

tempoIn ogni curva cambia la concertazione di substrato-La concentrazione del enzima rimane costante, ed è molto inferiore alla concentrazione disubstratoIl grafico è un iperboleAll’inizio, l’aumento di velocità è direttamente proporzionaleal aumento di substratoMa poi, con il passare del tempo, si aumentano leconcetrazioni di substrato fino a far saturare l’enzima, infattisi vede qua il platòQuando l’enzima è saturo si sarà raggiunta la VmaxEquazione di Michaelis-MentenSecondo loro si forma un complesso di enzima-substrato E-SiperboleSi forma unPerò ci sono alcuni enzimi che non seguono questa cineticaC’è una costante di associazione k1 e una costante didissociazione k-1Poi c’è la k2 che invece trasporta il complesso ES neiprodotti e enzima libero, e la calcoliamo come se fosseuna reazione irreversibileV0 dipende dalla demolizione di E.S. per dare origine al prodotto, quindi Vo

kz.(ES]=DIMOSTRAZIONE: Vo (5]Eki BASSA"AffINITABUONAnegiungerperché Vimax/2kmLa è rappresenta la concentrazione di substrato per la quale la-velocità di catalisi è pari alla metà della Vmaxl’affinitàesprime dell’enzima per il substratoIl valore di kmquando k-1>>k2Prima della km, la concentrazione di substrato e la velocità aumentano in modo direttamenteproporzionalePoi quando il substrato aumenta la cinetica diventa di ordine mistoPoi a elevata concentrazione di substrato si arriva alla saturazione del enzima e quindi siraggiunge una velocità massimaDurante l’evoluzione, gli enzimi si sono adattati alle concentrazione fisiologiche del propriosubstrato, quindi le km per gli enzimi sono molto vicino alle concetrazioni fisiologiche delsubstratoKcat tutto l’enzima è saturato dal substratoÈ la k2 quandoQuesto parametro cinetico viene definito sul platò della curva (quando

l'enzima è tuttosaturo) TotCONC.ENZIRAdiIn conzioni di saturazione del enzimi, [ES] = [E]t perché non si ha l'enzima in forma libera(ES]Quindi la Kcat è [E]+Kat vo (ES]K2.perché ma= ==La Kcat esprime il numero di molecole di substrato che vengono convertiti in prodottodell'enzima nell'unità di tempo, quando l'enzima è completamente saturol'efficienza cinetica del enzimi, quando l'enzima è saturoLa Kcat rappresentaPerò nella vita reale della cellula non si ha mai alla piena saturazione degli enzimipiù opportuno andare a definire l'efficienza cinetica rispetto alla Km, e non alla KcatPerciò è Kcat/KmQuindi l'indice di efficienza catalitica è rappresentanta da Prù PPORTUNO=>Questa rapporto tiene conto sia della velocità di catalisi (Kcat) e sia dell'affinitàIn questo modo si rappresentano le concetrazioni reali del

Il limite della Kcat è determinato dal fenomeno della diffusione, cioè dalla probabilità che le molecole di enzima e substrato si incontrino per formare il complesso ES. Quindi è limitato dalla possibilità che enzima e substrato si possano combinare. Però questo limite può essere arginato perché molti enzimi sono organizzati in complessi enzimatici, dove il prodotto di un enzima viene subito incanalato sul enzima successivo, minimizzando reazioni secondarie e incanalando i substrati, così da avere la massima ottimizzazione (è come se fosse una catena di montaggio).

Fattori che possono influenzare l'attività sugli enzimi:

1. Temperatura: La aumenta la probabilità di incontrarsi tra enzima e substrato perché aumenta l'agitazione termica. PICCO OTTIMALE TEMPERATURA= Il grafico è un grafico a campana. All'inizio aumenta l'attività enzimatica al aumentare della

temperatura, fino a raggiungere un picco che corrisponde alla temperatura ottimale. Però, dopo, aumentando ancora la temperatura, si ha la fase discendente perché l'enzima denatura a temperature estreme.

Anche con il pH si ha un grafico a campana, in cui si ha un picco che corrisponde al pH ottimale, che è il pH in cui fisiologicamente gli enzimi funzionano.

I residui amminoacidici degli enzimi che partecipano alla catalisi sono importanti per il loro stato di ionizzazione, perché poi si possono comportare da base o da acidi, e questo comporta dipende dal pH in cui ci troviamo.

Il pH influenza il legame con l'enzima perché influenza lo stato di ionizzazione delle catene laterali in cui sono coinvolti nella catalisi.

A estremi di pH si ha la denaturazione dell'enzima.

Non tutti gli enzimi hanno lo stato pH ottimale, ad esempio la pepsina ha il massimo della sua attività con pH molto bassi.

Meccanismi di catalisi: Catalisi acido-base.

cede un H al ossigeno e quindi il C carbonilico diventa più delta+

La base accetta un protone così da far uscire un carbanione DONA

ACIDO =perso perché amminico ACQUISTA

BASE =~Ci sono amminoacidi che hanno catena laterale che possono fungereda acido o da base

Il glutammato e aspartato si comportano da acido

Il gruppo amminico della lisina e arginina si comportano da base, altrimenti se è protonato si comportano da acido

Il gruppo tiolico della cisteina, dissociato = base, altrimenti acido

L’istidina protonata = acido normale = base

Il gruppo ossidrilico della serina dissociata = base normale = acido

La tirosina ha un ossidrile fenolico dissociato = base normale = acido

ano·se

REDEsempio di catalasi acido-base: ma

L’istidna 12 è nella forma non protonata e quindi si comporta da base e accetta un H grazie al suo doppietto libero che non BASEpartecipa alla aromaticità

PRENDE NuEt ACIDD

Quindi adesso l’ossigeno può dare

l'attacco nucleofilo sul P, e DONA BASE contemporaneamente c'è un'altra istidina protonata che, invece, ACIDO si comporta da acido perché cede il suo protone al gruppo uscente, così favorisce la sua uscita

Alla fine della prima fase, la protonazione delle due istidine è invertita

La reazione si conclude tramite l'entrata di acqua che può idrolizzare il ciclo ACDoBASE formato e l'istidina recupera il suo protone che aveva donato nella prima tappa e ri-