Enzimi e cinetica enzimatica, Biochimica

Enzimi

Biagio Flavietti

Energia di attivazione

Affinche una reazione chimica possa avvenire

portando alla formazione di prodotti a partire da

reagenti, devono esserci degli elementi fondamentali:

Le molecole che devono reagire devono avere un

 giusto orientamento nello spazio

Devono avvenire collisioni tra i reagenti, in modo che

 questi ultimi acquistino l’energia necessaria e

sufficiente per rompere vecchi legami e formarne di

nuovi

La barriera energetica che divide i reagenti dal divenire

prodotti ,si chiama ENERGIA DI ATTIVAZIONE

(determina la velocità della reazione).

Infatti piu è alta l’energia di attivazione , piu la barriera

energetica da scavalcare sarà alta e cosi la reazione

sarà piu lenta e viceversa. Se non si raggiunge il livello

necessario a superare la barriera

energetica la reazione non

avverrà

Definizione di enzima

Per far avvenire piu velocemente queste reazioni, si possono

 usare degli ENZIMI , che fanno si che il reagente raggiunga prima

l’energia di attivazione.

Quindi possiamo definire l’ENZIMA come un catalizzatore

 biologico che abbassa l’energia di attivazione , e quindi aumenta

la velocità di reazione ,senza pero modificare l’equazione della

reazione.

In realtà per superare la barriera ,basterebbe anche un aumento

 d temperatura ,che pero nel nostro corpo non puo avvenire.

Generali su un enzima

Si combina transitoriamente con un substrato

 Abbassa l’energia di attivazione

 Non sposta l’equazione di reazione

 Non subisce modificazioni permanenti

 Dopo la reazione è di nuovo disponibile.



Come si lega l’enzima

L’enzima si lega al suo reagente (detto substrato) con cui instaura

 legami chimici di un certo valore energetico , ed è questo valore

energetico a far aumentare l’energia del reagente.

Alla fine l’enzima romperà i legami che lo tengono unito al

 reagente e tornerà alla stato iniziale ,pronto per una nuova

catalizzazione.

Le interazioni che l’enzima instaura con il

reagente , sono del tipo debole(circa 10 a.a.) ,

ma sommandosi formano un legame ad alta

energia , energia utile al reagente per superare

la barriera di attivazione e trasformarsi in

prodotto.

Enzima substrato

Il legame enzima-substrato è un interazione specifica per far

 avvenire la reazione.

Infatti ogni enzima riconosce il suo substrato specifico da legare,

 per far avvenire al meglio la reazione.

ENZIMA PROTEINA CON ALTA SPECIFICITA’ PER IL SUO

 SUBSTRATO

Gruppi R

In una proteina non tutti i gruppi R sono interessati alla struttura ,

 altri sporgono liberi fuori dalla struttura stessa e sono questi che

creano le interazioni deboli con il substrato.

I gruppi R liberi, sono sparsi sulla superficie anche a notevoli

 distanza una dall’ altro

Di solito formano pero una sacca ,dove avverrà il legame con il

 substrato, ma se il reagente è troppo grande da non entrare nella

tasca, farà entrare solo una parte necessaria al legame.

Enzimi semplici o complessi

Proteina semplice: solo a.a.

 Proteina coniugata o complessa : struttura proteica +

 cofattore Elementi inorganici Coenzima formato da vitamine o

(ioni Fe2+ e Mg2+ nucleotidi (elementi organici

hanno carica + (C,N,O).



che interagisce con Ogni coenzima ha quasi sempre un

carica – dell’ATP) parte vitaminica e se questa è

legata covalentemente allora si puo

chiamare GRUPPO

PROSTETICO

“Una proteina complessa senza cofattore non fa

avvenire la reazione o la fa avvenire piu

difficilmente.”

Enzimi specifici per reazioni

Ossidoreduttasi trasferimento di elettroni



1. Transferasi trasferimento di gruppi (nome cambia in base al gruppo)



2. Idrolasi idrolisi di legami



3. Liasi addizione di gruppi a doppi legami o a risonanze di gruppi formati da doppi



4. legami

Isomerasi

5. trasferimento di gruppi all’interno della stessa molecola con formazione di



isomeri

Ligasi formazione di legami per condensazione



6. Nomenclatura degli enzimi

Gliceraldeide 3 fosfato deidrogenasi

Suffisso “ASI”

(1) Nome del substrato Tipo di reazione

catalizzata

(in questo caso

ossidoriduzione)

Se è presente si aggiunge anche il coenzima *

Complesso ENZIMA-SUBSTRATO

E + S ES



Le interazioni tra le due molecole coinvolgono una zona detta “ SITO ATTIVO”

,composto da circa 10 a.a. che vanno a formare il sito di legame per il substrato e il

sito catalitico per la trasformazione chimica del substrato. Questi due siti possono

essere lo stesso sito o essere vicini.

In passato si pensava che l’enzima e il suo substrato dovessero essere

perfettamente complementari (interazione CHIAVE-SERRATURA) invece con gli

studi si è scoperto che non devono per forza essere “perfettamente

complementari”, poiche questa concezione da un senso di staticità delle molecole

(cosa fisiologicamente impossibile). Quindi è nata un’altra teoria ,che sostituisce

quella CHIAVE –SERRATURA , che è la teoria dell ‘ADATTAMENTO INDOTTO.

Questa teoria nasce dal fatto che si è vista l’interazione di alcuni enzimi con dei

substrati e si e visto come sia il substrato, ma anche l’enzima si adattassero tra

loro ,per interagire nel modo migliore e produrre il prodotto finale. Di solito è

l’enzima a cambiare di poco la sua forma per adattarsi al substrato (in modo

reversibile), invece si è visto che anche il substrato si adatta all’enzima, tipo

esponendo meglio i gruppi R e queste variazioni sono irreversibili e permanenti

,tante è che è cosi che si inizia a ottenere la formazione del prodotto

Reazioni chimiche

Stato fondamentale : REAGENTI

 Stato di transizione: specie chimiche con legami non completamente

 formati

Intermedi: specie chimiche con legami completamente formati

 Prodotti



Lo stato di transizione è uno stadio intermedio tra la struttura del substrato e

quella dei prodotti e le migliori interazioni enzima-substrato si verificano

proprio in questo stadio.

Cinetica enzimatica

È lo studio della velocità delle reazioni enzimatiche tenendo conto della:

[concentrazione variabile di substrato] : quanto prodotto si forma in un unità di

 tempo a seconda della quantità di substrato. (quota enzima fissa)

[temperature] : reazione a che temperatura avviene meglio (cellule sempre uguale)

 [Ph] : quasi sempre costante

 [presenza di attivatori o inibitori]



Quindi noi possiamo velocizzare o bloccare una reazione modificando i seguenti

parametri di una reazione (scopo dei farmaci)

Cinetica di Michaelis-Menten

La cinetica di Michaelis-Menten descrive l'andamento della velocità di una reazione

 catalizzata da enzimi, al variare della

concentrazione del substrato e dell'enzima. Questo modello, valido per enzimi non

allosterici, fu proposto da Michaelis e Menten nel 1913.

Inibitori ed induttori enzimatici sono sostanze in grado di alterare la cinetica enzimatica.

Il modello cinetico spiega come all'aumentare anche di poco della concentrazione del

 substrato disponibile all'enzima, la velocità della reazione aumenti vertiginosamente fino al

raggiungimento di un massimo, chiamato Vmax. In questo punto la reazione ha raggiunto

la velocità massima possibile semplicemente perché è presente tanto substrato da

saturare tutto l'enzima presente in

soluzione, perciò un'ulteriore aggiunta di substrato non servirebbe in quanto non verrebbe più

L'enzima libero, indicato dalla lettera maiuscola E, reagisce dapprima con il substrato S

 dando il

complesso enzima-substrato, ES, il quale si scomporrà originando il prodotto della reazione en

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

Enzima Enzima legato

forma libera Secondo livello

 Terzo livello

 Quarto livello

 Quinto livello



Reazione veloce di legame Reazione lenta (stadio limitante

enzima-substrato, che puo la velocità)

avvenire in un senso e

nell’altro.

1. [sub] bassa E libero (enzima man mano si lega al sub, quindi la velocità



dipende dal substrato.

[sub] alta E legato (enzima è tutto legato al substrato e quindi la velo