Proteine

→GLI

Fa sì che a parità di temperatura (=parità di energia cinetica) ci sarà un numero maggiore di molecole che

hanno un’energia cinetica sufficiente per portarsi allo stato di transizione.

Una variazione minima di ΔG‡ comporta un’enorme

Si nota che deltaG0 resta invariata anche con gli enzimi.

variazione di velocità di catalisi.

La regione in cui la reazione viene catalizzata è detta SITO ATTIVO (sito di legame al substrato in cui viene

la conversione al prodotto), notando che non tutta la proteina (cioè enzima) è coinvolta nella reazione. Il sito

attivo è una tasca la cui superficie interna è formata da residui amminoacidici. Alcuni partecipano

direttamente alla reazione e sono detti residui catalitici. Sono spesso lontani nella struttura primaria.

L’enzima forma legami deboli con il substrato, sono deboli interazioni, le stesse che stabilizzano le proteine;

così l’energia

ponti solfuro, legami idrogeno, .. questi legami stabilizzano lo stato di transizione, abbassando

di attivazione necessaria. Il sito attivo è complementare non solo con il substrato stesso ma con lo stato di

transizione. Il sito di legame è complementare a quello della specie transitoria della reazione. Se è veramente

l’avanzamento della reazione.

complementare al substrato ci sarà una stabilità enorme che non favorisce

CICLO CATALITICO: Gli enzimi non sono modificati al termine della reazione e possono catalizzare una

nuova reazione. Gli enzimi si associano temporaneamente ai reagenti e vengono rilasciati al termine della

reazione; possono subire modificazioni reversibili temporanee. La reazione è catalizzata in entrambe le

direzioni. Una reazione catalitica può passare attraverso più stati di

transizione.

Gli intermedi catalitici sono dei minimi di energia, mentre i stati di

transizione sono dei massimi di energia.

Gli enzimi spesso modificano il meccanismo della reazione e

formano intermedi, più o meno stabili.

Ad esempio, la reazione di proteolisi è l’idrolisi di un legame

L’enzima chemotripsina

peptidico. (una proteasi) accelera la

reazione con un meccanismo catalitico che prevede un

intermedio covalente.

Spesso gli enzimi legano dei cofattori di natura non proteica che quando sono implicati nelle reazioni sono

chiamati coenzimi. Possono essere piccole molecole inorganche (gruppo eme) o vitamine perché sono

cofattori di enzimi. Ioni metallici possono essere dei coenzimi. Quindi a volte alcuni enzimi non avranno solo

la parte proteica, anche gli ioni metallici, vitamine e molecole inorganiche.

dell’efficienza catalitica:

Fattori un modo con cui un’enzima abbassa la barriera di attivazione.

➢ Catalisi acido-base: È favorita dai pH

ma il pH dell’organismo deve essere mantenuto costante. A livello del sito attivo dove ci sono

alti,

proprietà diverse, ci può essere che una catena laterale abbia una carica negativa e che accetta un

elettrone dando una molecola nucleofila migliore (al seguito di un deprotonamento), oppure ci può

essere un effetto sull’elettrofilo in quanto si protona da parte da acido. Quindi Le catene laterali di

amminoacidi o i coenzimi possono rendere gli elettrofili più elettrofili e i nucleofili più nucleofili

mediante la cessione o la sottrazione di protoni. Diverse catene laterali possono comportarsi da acidi

o da basi nel sito attivo

➢ Catalisi con ioni metallici: La catalisi che coinvolge metalli è un caso speciale di catalisi acido-base,

in cui gli ioni metallici fungono da acidi di Lewis

➢ Catalisi elettrostatica: Gli enzimi dispongono le cariche del sito attivo per stabilizzare lo stato di

transizione.

➢ Distorsione conformazionale: un enzima lega un suo substrato subendo una modifica nella sua

conformazione e ne deriva uno spiramento del substrato portandolo allo stato di transizione.modelli

di interazione enzima-substrato: si vedevano le proteine e gli enzimi come elementi rigidi: modello

chiave-serratura in quanto si vedeva la complementarità tra gli elementi, era il modello di Fisher. Però

poi si dimostrò che non sono rigide, fu stabilito il modello di Koshland chiamato anche adattamento

indotto.

➢ Catalisi covalente: La catalisi covalente spesso comporta la formazione di intermedi relativamente

L’enzima stesso si trasforma in un intermedio covalente

stabili (intermedi covalenti). (cerca esempio

serina nella chimotripsina).

SELETTIVITÀ DEGLI ENZIMI: ci sono diversi tipi di selettività:

-stereoselettività: enzimi sono in grado di distinguere gli enantiomeri: si fa differenza tra un L e D aminoacido

quindi riconosce i composti che hanno differenza nella distribuzione spaziale dei loro sostituenti.

se una molecola ha più gruppi funzionali prevalenti, l’enzima biologico è capace di agire solo

-regioselettività:

su un gruppo funzionale come i trigliceridi avendo 3 esteri, le lipasi catalizzano la reazione e portano alla

formazione del glicerolo dove solo un estere è stato idrolizzato. Più gruppi funzionali ma uno reagisce.

-chemoselettività: si riferisce al fatto che un enzima ne catalizza solo una reazione sulla stessa molecola.

Tante reazioni ma una sola avviene.

CLASSIFICAZIONE DEGLI ENZIMI:

sono classificati in 6 classi sulla base del tipo della reazione che catalizzano:

1) ossidoreduttasi (prevalentemente chiamato deidrogenasi): sono enzimi catalizzanti il trasferimento di

ELETTRONI tra molecole (quindi redox). La molecola che accetta o cede un elettrone può essere

→acetaldeide.

NAD e FAD o altre. Da etanolo

2) Trasferasi (o esochinasi): catalizzano il trasferimento di un GRUPPO tra molecola ad altra. Le chinasi

dell’ ATP ad un altro substrato.

catalizzano il trasferimento del gruppo fosfato

3) Idrolasi: catalizzano il taglio dei legami.

4) Liasi: enzimi che catalizzano reazioni di rottura di legami non mediante idrolisi come il piruvato che

diventa acetaldeide con liberazione di una molecola di CO2

enzima che catalizza un’isomerizzazione: da cis-

5) Isomerasi: e trans-

Ligasi: assomigliano alle liasi ma c’è in mezzo una molecola di ATP

6) sfruttata.

Gli enzimi vengono classificati in classi e indicati in modo univoco da un numero, l’EC number (Enzyme

Classification number)

ESEMPI DI MECCANISMI CATALITICI: IL LISOZIMA E LE PROTEASI DIGESTIVE:

Lisozima: un piccolo enzima pesa 14k dalton, mioglobina è grande 16k dalton. Si trova nei tessuti e ha

un’azione antibatterica avendo la capacità di idrolizzare il legame di una componente della parete batterica

e si trova nelle lacrime e nel bianco d’uovo. Quello del bianco d’uovo, è stato il primo

(peptidoglicano).

enzima di cui sia stata determinata la struttura tridimensionale. Presenta diversi ponti disolfuro. Ha struttura

ad alfa elica.

Il peptidoglicano è il substrato della lisozima, è un carboidrato che è presente in diversi batteri.

Lisozima idrolizza un legame glicosidico (si forma tra due monosaccaridi) C-O (beta 1→4) tra un residuo di

media l’entrata di una molecola di acqua tra i due

→

acido N-acetilmuramico e uno di N-acetilglucosamina

monosaccaridi.

Il sito attivo ha sottositi dove ci sono 6 possibili legami con residui glicosidici ma vista la selettività si può

farne solo uno alla volta.

Due meccanismi catalitici potrebbero portare alla reazione (SN1 e

SN2). In entrambi i casi sono coinvolti un residuo di acido

glutammico (catalisi acida) e uno di aspartato (catalisi basica). Nel

meccanismo sn1 si forma un’intermedio carbocationico glicosidico,

si ha una scissione del legame.

l’aspartato attacca il carbonio,c’è l’intermedio

Nel meccanismo sn2

covalente, si prevede che un aspartato possa attaccare il legame

glicosidico e si forma l’intermedio covalente. Entra una molecola

d’acqua idrolizzata e va a separare il legame.

Il meccanismo sn2 è oggi quello largamente accettato.

Proteasi:

sono un grande gruppo di enzimi che idrolizzano i legami peptidici.

L’idrolisi del legame peptidico (proteolisi) è una reazione

SPONTANEA ma LENTISSIMA in condizioni fisiologiche. Viene catalizzata dalle proteasi (o peptidasi) e

riveste importantissimi ruoli fisiologici (digestione, coagulazione, attivazione di enzimi/ormoni…).

Le proteasi si distinguono in 3 gruppi : all’estremità terminale: idrolizzano solo il primo legame peptidico.

amminopeptidasi: attaccano il peptide

Carbossipeptidasi: idrolizzano sull’estremità carbossi terminale libera.

Le esopeptidasi tagliano solo aminoacidi terminali, e coinvolgono le ammino e carbossipeptidasi,

Endopeptidasi: possono idrolizzare un legame peptidico libero.

Il meccanismo catalitico può essere diverso (slide 231) dall’intestino.

Le proteasi sono implicate nella digestione delle proteine perché altrimenti non sono assorbiti

A livello dello stomaco c’è la prima proteasi che si chiama pepsina, lavora a pH acido perché lo stomaco è

acido. È il suo pH ottimale. La proteina parzialmente digestita entra e incotra le proteasi pancreatiche

(prodotte dal pancreas) e procedono verso l’intestino tenue. Sulla membrana delle cellule dell’intestino ci

sono degli enzimi che collaborano al termine della digestione di proteine.

Nello stomaco, l’ambiente acido favorisce la denaturazione. Il pH (2-3)

Pepsina: non è sufficiente per

idrolizzare le proteine, ma la denaturazione espone legami peptidici all’azione di proteasi. Le proteine che

non funzionano a pH acido si denaturano ma non si idrolizzano, per questo occorre la pepsina, è la proteasi

gastrica: è poco specifica, ma ha preferenza per gli amminoacidi neutri con catene laterali aromatiche o

alifatiche. È attiva a pH 2. È secreta nello stomaco come zimogeno (forma inattiva perché altrimenti idrolizza

le proteine della cellula stessa; zimogeno della pepsina si chiama pepsimogeno)e si attiva per autocatalisi

a pH 2 (protezione dall’autodigestione).

(taglia un suo legame) Le cellule principali (zimogeniche) gastriche

sono un gruppo di cellule che rilasciano pepsinogeno e lipasi gastrica. Le cellule parietali rilasciano invece

acido cloridrico. Siccome i siti di taglio per cui la pepesina ha preferenza sono relativamente infrequenti, il

prodotto della pepsina è una miscela di grossi polipeptidi e di amminoacidi liberi (peptone) che passano al

duodeno. La pepsina è un’aspartato-proteasi perché i residui catalitici degli aspartati catalitici. Si tratta di una

L’aspartato è un’cido debole, perciò può essere trovato in una forma protonata

acido-base. (gruppo

L’acqua entra come nucleofilo. sito c’è