Biochimica e biologia molecolare - meccanismo della reazione enzimatica

DEFINIZIONE DI ENZIMA.

L’etimologia della parola significa entità che sta all’interno della zinasi (lievito) e che interviene

nella degradazione del glucoso (fermentazione alcoolica).

Gli enzimi siono tutti proteine, fatta eccezione per picccoli gruppi di acidi ribonucleici, prodotte da

qualsiasi forma vivente (animali, piante, batteri, funghi) che intervengono nelle reazioni chimiche

sviluppate dalla cellula in quantità imponderabile, potenziano significativamente la velocità della

reazione rispetto alla reazione che viene espletata in laboratorio, e svolgono questo ruolo a

temperatura ambiente ed alla presssione atmosferica, condizioni ben lontane a quelle sviluppate in

laboratorio. Nel corso della reazione l’enzima può modificarsi come conformazione ma al termine

della reazione si ritrova invariato sia in termini quantitativi che qualitativi. Si comporta quindi come

un catalizzatore. Moltissimi enzimi per il loro funzionamento richiedono la presenza di entità di

bassa massa molecolare di natura non proteica che cooperano quali fattori indispensabili alla

reazione enzimatica legandosi all’enzima stesso. Composti con questa funzione sono definiti

cofattori della reazione enzimatica. Questi composti vengono suddivisi in due gruppi a seconda che

siano parte integrante dell’enzima, a cui sono legati saldamente spesso con legami covalenti, e

coopurificano con esso, oppure stabiliscano con l’enzima un legame debole, reversibile e della

durata della catalisi, comportandosi quindi come co-substrato spesso condiviso con altri enzimi

dotati di pari specificità di reazione. Nel primo caso si parla di gruppo prostetico e l’enzima

risulterà formato da questa componente legata saldamente alla componente proteica, detta

apoenzima; l’insieme forma l’olo-enzima. Nel secondo caso si parla di coenzima. Spesso gruppo

prostico e coenzima nella loro molecola includono componenti che l’uomo non è capace di

sintetizzare e che in natura vengono formate dagli organismi autotrofi, batteri e funghi, e che si

configurano con le vitamine idrosolubili del gruppo B. Sottolineare la differenza tra

enzimi.vitamine ed ormoni tutti accomunati dall’esplicare la loro azione a concentrazioni

-9 .

estremamenre piccole, per gli ormoni 10 M.

Ogni cellula contiene migliaia di enzimi tutti con un ruolo ben preciso; ciò che è importatnte e che

se anche uno solo di essi viene a mancare o è prodotto in quantità eccessiva, o lavora in modo

incorretto (ridotta o eccessiva attività) per una incorretta genesi (mutazioni) o per la presenza di

sostanze che ne disturbano il ruolo catalitico, (farmaci, veleni, o comunque sostanze esogene) o da

ultimo enzimi esogeni trasportati da agenti infettanti vengono a sommarsi al patrimonio enzimatico

fisiologico, tutti questi eventi si risolveranno in un danno per l’organismo e si tradurranno nella

comparsa di uno stato patologico cioè esordiranno in una malattia.

Chi opera nell’ambiente sanitario e nelle professioni ad esso collegate non deve ignorare le basi

teoriche che governano il funzionamente degli enzimi, in primis l’estrema sensibilità di essi al

fattore termico. Questa conoscenza è basilare per valutare la maggior parte dei fenomeni che

riguardano la vita nel suo significato più ampio.

CLASSIFICAZIONE

Conoscere il nome di un enzima è basilare perché sovente dal nome si può risalire alle modalità

d’azione dell’enzima, al tipo di reazione che catalizza ed alla natura dei composti su cui agisce. I

primi enzimi identificati, la maggior parte distribuiti nel canale digerente e coinvolti nella

digestione degli alimenti introdotti, sono stati denominati con nomi di fantasia eccetto per il suffisso

ina all’estremità del nome; esempio pepsina, chimotripsina, tripsina. Successivamente

l’identificazione è stata fatta in modo più razionale apponendo il suffisso asi al nome del composto

su cui l’enzima è attivo, definito substrato (es. maltasi, saccarasi, amilasi) oppure al tipo di reazione

catalizzata (es. deidrogenasi, idrolasi, transaminasi). In successione di tempo si è pervenuti ad una

classificazione più razionale che tiene conto dei tipi di reazione che si svolgono nella cellula, dei

tipi di substrato, dei gruppi funzionali su cui l’enzima agisce. E’ una classificazione di tipo

gerarchico in cui gli enzimi vengono suddivisi in sei classi in quanto tutte le reazioni che si

sviolgono nella cellula si possono ricondurre a sei tipi fondamentali. Ogni classe è quindi suddivisa

in sottoclassi, ed ogni sottoclasse in sottoclassi; da ultimo nella sottoclasse l’enzima viene

classificato in ordine alfabetico a partire dalla lettera a. Ne consegue che ogni enzima è individuato

da quattro numeri preceduti dalle lettere maiuscole EC che significano Enzyme Commission,

Commissione per gli Enzimi che fa parte della International Union of Biochemistry (IUB).

Esempio: un enzima che catalizza una reazione di trasferimento avrà come primo numero 2; il

secondo numero in questa classe è formulato in base della natura del gruppo trasferito: esempio

enzimi che trasferiscono gruppi alcoolici sono inclusi nella prima sottoclasse, che trasferiscono

gruppi fosforici sono inclusi nella sottoclasse 7; la suddivisione in sotto-sottoclassi si fonda sulla

natura del gruppo che accetta; ad es. la prima sottoclasse comprenderà enzimi che hanno come

accettore un gruppo alcolico; nell’ambito della sotto-sottoclasse compete il numero 1 se la prima

lettera del nome del substrato su cui l’enzima agisce è a. Quale esempio la glucosocinasi trasferisce

un gruppo fosforico dall’adenosintrifosfato al gruppo alcoolico in 6 del glucoso formando glucoso-

6- fosfato. Questo enzima è così classificato: EC 2.7.1.10.

Le classi in cui gli enzimi sono raggruppati sono 6, e precisamente:

1) Ossidoriduttasi: enzimi che catalizzano reazioni di ossido-riduzione. La maggior parte di queste

reazioni nella cellula prevedono l’allontanamento di due atomi di idrogeno dal substrato che

quindi sarà ossidato, o viceversa l’addizione di due atomi di idrogeno sul substrato che quindi

sarà ridotto.

Transferasi: catalizzano reazioni di trasferimento e quindi agiscono sottraendo gruppi ad un

2) composto (donatore) trasferendoli ad un altro composto (accettore). Es. reazioni di trasferimento

di aminogruppi sono catalizzate da un gruppo particolare di transferasi identificate come



transaminasi.e prevedono come donatore un aminoacido ed accettore un chetoacido; le meglio

note sono la glutammico-piruvico transaminasi (GPT) che catalizza la trasformazione acido



glutammico + acido piruvico in chetoglutarato + alanina, e la glutammico-ossalcetato



transaminasi, che catalizza la trasformazione acido glutammico + acido ossalacetico in

chetoglutarato + aspartato (GOT).

Idrolasi: catalizzano reazioni di idrolisi in presenza di acqua. Sono reazioni facili da riconoscersi

3) perché il presenza di acqua un composto si scinde in altri due. Es: lattasi catalizza l’idrolisi del

lattoso in galattoso + glucoso. La maggior parte delle idrolasi è localizzata a livello del canale

digerente.

Liasi: caratteristica ella reazione liasica è la formazione su di una molecola di un doppio legame

4) per sottrazione di gruppi, o viceversa la scomparsa del doppio legame per addizione di gruppi su

di esso. Es: la formazione di acido fumarico da acido malico ed eliminazione di acqua e

viceversa l’addizione di acqua su acido fumarico e formazione di acido malico; la formazione di

fosfoenolpiruvato (PEP) da 2-fosfoglicerato ad opera dell’enolasi, e la formazione reversibile di

diossiacetonfosfato (DAP) e glyceraldeide-3-fosfato (GAP) da fruttoso-1,6-

bisfosfato.Nell’ambito delle liasi si effettuano delle distinzioni a seconda della natura del

gruppo che viene addizionato o sottratto e del legame che viene scisso o formato. Pertanto

abbiamo: 1) carbonio-carbonio liasi che scindono un legame carbonio-carbonio con formazione

di composti in cui compare un doppio legame, o viceversa quest’ultimo scompare per

formazione di un legame carbonio-carbonio (es. reazione di scissione del F-1,6-P in

diossiacetonfosfato e gliceraldeide -3-fosfato catalizzata dalla aldolasi nella glicolisi anaerobia;

2) idroliasi che sottraggono H O con formazione di un doppio legame e viceversa soppressione

2

di un doppio legame per addizione di H O (es. serina deidratasi nel metabolismo della serina,

2

enolasi nella glicolisi; 3) desulfidrasi che sottraggono idrogeno solforato con formazione di un

doppio legame (es. cisteina desulfidrasi attiva su cisteina); desammonniasi che sottraggono NH 3

con formazione di un doppio legame (es. istdina desammoniasi).

Isomerasi: caratteristica di questi enzimi è la conversione reversibile di un isomero in un altro.

5) Es: la trasformazione glucoso-6-fosfato in fruttoso-6-fosfato, di glucoso-1-fosfato in glucoso-6-

fosfato, di un L-aminoacido in D-aminoacido, di UDP-galattoso in UDP-glucoso.

Ligasi: caratteristica di questi enzimi è la formazione di un composto da altri due con consumo

6) di energia sottoforma di un nucleoside trifosfato quale ATP che si scinde in ADP + fosfato o

AMP + pirofosfato. Frequentemente, ma non sempre, questi enzimi catalizzano reazioni

irreversibili. Es: Succinil CoA + GDP + Pi originano succinato + GTP (reazione reversibile

perché c’è conservazione dell’energia di legame); piruvato + CO + ATP si trasformano in

2

ossalcetato + ADP + fosfato (reazione irreversibile perché comporta una caduta del livello

energetico dei prodotti di reazione).

SPECIFICITÀ DEGLI ENZIMI

Si differenzia in specificità di reazione, di solito assoluta, specificità di legame, di solito assoluta,

eccetto tripsina, chimotripsina, elastasi che riconoscono oltre legami peptidici anche legami esterei,

specificità di substrato, solitamente assoluta ma per alcuni enzimi relativa (esempio esosocinasi e

glucosocinasi, succinatodeidrogenasi, aconitasi) specificità stereochimica differenziata in anomerica

(riconoscimento di solito di uno solo degli anomeri possibili), enantiosterichimica (riconoscimento

di solito di uno solo degli enantiomeri possibili)

LOCALIZZAZIONE DEGLI ENZIMI

Possiamo distinguerli in esocellulari (esoenzimi) ed endocellulari (endoenzimi), e questi ultimi in

lioenzim