Appunti di bioorganica

CH OH

2

- C=O

Questo carbonio non può esistere di per sé, perché sarebbe terribilmente instabile. Normalmente un C

aldeidico è elettrofilo, esso quindi deve essere convertito nel corrispettivo anionico diventando nucleofilo.

La cosa importante è che noi abbiamo un’unità C2 che viene attaccata andando a formare un nuovo legame

C-C, questa unità C2 viene staccata da uno xilulosio dallo stesso enzima che l’attacca poi all’eritrosio. In

pratica questo enzima stacca una reazione che è l’una l’opposto dell’altra: l’enzima che catalizza questa

reazione quindi appartiene alle transferasi che stacca e attacca un’unità C2 trasferendola, in pratica, dallo

xilulosio all’eritrosio.

(Perché si chiama Xilulosio? Premettiamo che negli zuccheri i suffissi servono per indicare i gruppi funzionali

rispetto agli zuccheri standard, che finisce con -osio. Qual è la differenza tra questo e lo xilosio? Lo xilosio è

un’aldeide, lo xilulosio un chetone. Quando sono dei chetosi, prendono il nome dello zucchero standard

con il suffisso -ululosio. Il fruttosio, seguendo questa nomenclatura, si dovrebbe chiamare “gluculosio”, ha

assunto poi un nome tutto suo per l’importanza e la fama che riveste questo zucchero).

Un altro esempio di transferasi sono le transamminasi. Questo è un termine considerato vecchio, l’E.C.

preferisce il termine “amminotransferasi”. In queste reazioni il cofattore catalico è il piridossale, nel mentre

che effettua l’amminazione riduttiva su un alfa chetoacido (trasformando, ad esempio, il piruvato in

alanina), procede con una reazione opposta (una deamminazione ossidativa) sull’amminoacido (acido

glutammico), formandone un altro. Nella reazione complessiva, di fatto, è come se avvenisse il

trasferimento di un gruppo amminico da un amminoacido a un altro.

Ovviamente non tutti gli amminoacidi si fanno così, altrimenti sfoceremmo nel dilemma se è nato prima

l’uovo o la gallina. L’acido glutammico viene sintetizzato con una vera riduttasi, di classe 1, dove si ha una

amminazione riduttiva assieme a un cofattore riducente che è il NADH.

I chetoacidi utilizzati per questo tipo di reazioni sono molto spesso degli intermedi di specifiche vie

metaboliche: il piruvato, ad esempio, è il prodotto finale della glicolisi, l’alfa-chetoglutarato è un intermedio

del ciclo di krebs eccetera.

Un’altra classe importante di transferasi sono le glicosiltransferasi: essere formano i legami glicosidici. Se

noi abbiamo uno zucchero e vogliamo fare un legame glicosidico con un altro, il principio prevede l’unione

dei due zuccheri con l’eliminazione di una molecola d’acqua. Questo processo, però è termodinamicamente

sfavorito. Di conseguenza, la molecola cosiddetta “glicosil donatore” deve essere attivata, deve quindi

avere un opportuno R: è come se, in pratica, -RO trasferisse un gruppo glicosidico all’altro zucchero.

Sono gli enzimi più semplici da riconoscere: reagiscono in presenza d’acqua portando a idrolisi.

I processi di idrolisi sono di solito tutti termodinamicamente favoriti: avvengono perché, in ambiente

fisiologico, siamo sempre in presenza di un eccesso d’acqua. L’equilibrio può essere spostato per eccesso di

massa, normalmente ma, come appena detto in vivo siamo ovviamente sempre in presenza di un eccesso

d’acqua: è favorita l’idrolisi e non la condensazione.

Lo stesso dicasi per la reazione inversa alle reazioni di chinasi: quelle di fosfatasi. Notare come, a questo

punto, si riconosca la differente azione catalitica, da parte di due enzimi diversi, che prevede la catalisi di

una reazione in un verso da parte di un enzima e la catalisi del suo inverso da parte di un altro, non per

forza facenti parte della stessa famiglia di enzimi.

Non c’è bisogno di cofattori (al massimo, di uno catalitico), solo la presenza di acqua.

C’è poi da fare una distinzione tra idrolasi che idrolizzano i legami C-N peptidi (proteasi) e i legami C-N non

peptidici (mentre, per le esterasi, non esiste differenziazione in questo senso, ma avremo differenziazioni

ulteriori).

È bene notare che le idrolasi prevedono reazioni solo in un verso, a causa di un fattore termodinamico:

l’idrolisi di un’ammide, ad esempio, è molto più favorita rispetto alla sua sintesi (richiedente energia,

utilizzando una acil-transferasi, che trasferisce un gruppo acilico sull’ammina).

Sono quegli enzimi che rompono un legame formandone uno doppio, ma sono capaci di catalizzare anche la

reazione opposta.

Ad esempio: se io trasformo l’acido malico (che, in vivo, troviamo come malato) nell’acido fumarico

(fumarato), entrambi intermedi del ciclo di Krebs, viene rotto il legame C-O, formando un doppio legame.

Questa reazione è vista come una liasi che rompe il legame C-O, dal momento che la prima sotto-

classificazione delle liasi è relativa al singolo legame che si rompe (e non al doppio che si forma). Questo

enzima quindi apparterrà alla classe di liasi del legame C-O: l’E.C. 4.2.

Tuttavia, alla stessa classe appartiene anche l’enzima che catalizza la reazione opposta, quindi una liasi può

catalizzare quelle reazioni che, in chimica organica, definiremmo come un’addizione o eliminazione di

acqua alla molecola.

Esempi di liasi:

Le aldolasi sono delle liasi dove il legame che si forma (o si rompe, a seconda del verso) è un legame C-C.

Ad esempio, col frutto 1,6-fosfato che va a dare la gliceraldeide 3-fosfato e il diidrossiacetone fosfato,

processo molto importante nella glicolisi, quello che succede è che si rompe un legame carbonio-carbonio

andando a dare un doppio legame con l’ossigeno.

Sono gli enzimi che promuovono l’isomerizzazione di una sostanza a un'altra.

Racemizzano gli amminoacidi. La sintesi degli amminoacidi prevede sempre la loro racemizzazione negli

amminoacidi di serie sterica naturale L. Alcuni microorganismi però li trasformano in amminoacidi D.

Sono enzimi che catalizzano i processi di condensazione, consumando al tempo stesso ATP. L’ATP è

implicato in molti processi che riguardano le ligasi. Quando l’ATP interviene in un unico enzima e promuove

la reazione, allora si parla di ligasi.

Ad esempio, nella sintesi proteica quando le proteine vengono sintetizzate nei ribosomi, gli amminoacidi

non arrivano nei ribosomi tali e quali, ma vengono legati all’RNA-transfer, che porta con sé l’elemento di

riconoscimento

L’amminoacido viene quindi prima legato all’RNA transfer, formando un legame estereo. Quindi è il t-RNA a

portare il messaggio. Spesso gli esteri vengono sintetizzati con reazioni catalizzate dalle transferasi: l’acido

carbossilico viene attivato dal coenzima A e questo poi reagisce con l’alcol (reazione catalizzata dalle

transferasi), in questo caso però la reazione avviene direttamente con l’acido. La reazione sarebbe sfavorita

entropicamente, perciò entra in gioco l’ATP. Nel meccanismo in realtà l’acido reagisce con l’ATP, formando

un’anidride mista e in seguito dando l’alcol. Ciò che è importante notare è che tutto il processo avviene

all’interno di un enzima, non avviene con due steps separati (prima anidride mista e poi un altro enzima

catalizza la reazione), pertanto quell’unico enzima apparterrà alle ligasi (in questo caso parliamo

dell’amminoacil t-RNA sintetasi).

Sul termine “sintetasi”: in passato le ligasi venivano chiamate anche “sintetasi”. Questo portava molta

confusione perché molti enzimi vengono tutt’ora chiamati “sintasi”. Però, il termine sintasi non ha

assolutamente a che vedere con la categoria a cui appartiene l’enzima. Viene utilizzata per dire che se la

molecola X viene trasformata in una molecola Y, con una reazione promossa dall’enzima Z, allora

quell’enzima verrà chiamato “ Z sintasi”, qualunque sia il meccanismo (redox, eccetera) e questo creava

molta confusione. Pertanto, l’E.C ha deciso che questa classe di enzima debba essere chiamata “ligasi”.

Classificazione e meccanismi sulle idrolasi:

Torniamo ora a parlare più nello specifico delle idrolasi, enzimi che catalizzano reazioni il cui reagente

stechiometrico è l’acqua, non avendo quindi bisogno di particolari cofattori stechiometrici (eccetto in alcuni

casi, dove i cofattori sono catalitici).

Tra le diverse tipologie di questa famiglia di enzimi, troviamo le lipasi, appartenenti alla famiglia delle

esterasi, esse hanno il compito di idrolizzare gli esteri. Nel caso delle lipasi, esse idrolizzano i trigliceridi;

sono molto presenti nel nostro apparato digerente: quando mangiamo dei grassi, la prima cosa che viene

fatta nel nostro intestino è quello di idrolizzare i trigliceridi che verranno poi ulteriormente metabolizzati.

Le ammidasi sono invece enzimi che idrolizzano le ammidi, le fosfatasi sono quelle che idrolizzano gli esteri

fosforici, le glicosidasi quelle che idrolizzano i glicosidi.

Tutti questi enzimi catalizzano reazioni che in vivo non hanno reazione opposta, ossia: le reazioni opposte

alle idrolisi catalizzate da questi enzimi, sono catalizzate da un altro tipo di famiglia.

Sappiamo che, in principio, un catalizzatore che catalizza una reazione in un senso la catalizzerà anche in un

altro. In questo caso, però, il problema sta negli equilibri: le reazioni di idrolisi, in vivo, hanno sempre un

equilibrio spostato verso i prodotti perché siamo in ambiente acquoso e, conseguentemente, in eccesso di

acqua.

Le reazioni inverse quindi richiedono ATP (o suoi congeneri) e vengono catalizzate da altri enzimi con

meccanismo diverso, ad esempio: le chinasi nelle formazioni di fosfati, le glicosiltransferasi nella

formazione di glicosidi, etc.

All’interno delle varie idrolasi, una classe notevole come numero di enzimi è rappresentata dalle proteasi,

che vengono chiamate anche “proteinasi” o “peptidasi”. Essi idrolizzano il legame peptidico.

Sono presenti in geni che codificano, nel genoma umano, circa un migliaio di proteasi. Esse quindi sono

particolarmente importanti e molto presenti all’interno del nostro organismo. Chiaramente, le proteasi

sono coinvolte nei processi digestivi: quando noi ingeriamo delle proteine, non le utilizziamo così come

sono state ingerite, ma le utilizziamo come rifornimento di amminoacidi che verranno utilizzati per

sintetizzare quelle che sono le nostre proteine.

Enzimi come la chimotripsina sono enzimi digestivi e non sono particolarmente specifici, nel senso che non

catalizzano l’idrolisi di una proteina specifica.

Altre proteasi meno specifiche sono importanti nella degradazione della matrice extacellulare: