Gli enzimi

Modelli di interazione enzima-substrato

Modello chiave serratura: a livello del sito attivo l'enzima ha una complementarietà perfetta con il substrato. Quindi il sito attivo dell'enzima E è complementare al substrato S, questo permette il legame del substrato e quindi poi la catalisi enzimatica con la formazione dei prodotti P1 e P2.

Modello adattamento indotto: non c'è una complementarietà perfetta fra enzima e substrato. Il legame del substrato a livello del sito attivo dell'enzima provoca una modificazione a livello del sito attivo, cosi si ha una complementarietà perfetta fra enzima e substrato a livello sito attivo. Viene catalizzata la reazione con formazione di prodotti P1 e P2.

Il modello ad andamento indotto viene preferito al primo perché è stata vista una modificazione a livello del sito attivo degli enzimi durante la catalisi e perché questo meccanismo permette di spiegare come avvengono le reazioni reversibili.

In una reazione reversibile, l'enzima catalizza la formazione di un prodotto a partire dal substrato, ma è anche in grado di catalizzare la trasformazione del prodotto nella reazione inversa. Se ipotizziamo una complementarietà perfetta tra il sito attivo dell'enzima e il substrato, risulta difficile spiegare come l'enzima riconosca in modo così preciso il prodotto della reazione. Il modello dell'adattamento indotto è più facile da spiegare in questo caso. L'enzima deve agire sui prodotti e riformare il substrato iniziale attraverso un adattamento indotto del sito attivo dell'enzima. Questo adattamento permette il riconoscimento dei prodotti della reazione grazie a dei gruppi specifici, seguito da un adattamento del sito attivo a questi nuovi reattivi che porta alla catalisi e alla formazione del sito iniziale. L'enzima interagisce sempre con alta specificità con il substrato ed è in grado di distinguere isomeri di uno stesso composto.

stessocomposto.Esempi di elevata specificità:1. Riconoscere stereoisomeri diversi di uno stesso composto.L’acido lattico ha una forma a L e D che differiscono per laposizione del gruppo ossidrilico a livello del C2. Lattato diidrogenasi riconosce solo forma a L mentre non è capace diagire sulla forma D.

Isomeri geometrici ossia gli enzimi distinguono tra isomeri2. geometrici dello stesso composto.L’acido butendionico ha la forma trans e cis. L’enzima è ingrado di distingue tra queste due forme ed è in grado di agiresolo sulla forma trans.

Gli isoenzimi sono importanti a scopodiagnostico. Se io ho una lesione alcunienzimi vengono rilasciati come la creatinachinasi. Solitamente nel sangue dovreiavere dei bassi livelli di creatina chinasi, seil livello aumenta vuol dire che c’è statauna lesione e grazie a quale enzima trovoposso identificare il tessuto dove è1. La prima cifra corrisponde alla classe di cui fa parte

l'enzima E indica quindi la reazione catalizzata dall'enzima₂. La seconda cifra identifica la sottoclasse che specifica meglio all'interno della classe quale è la reazione catalizzata dall'enzima₃. La terza cifra identifica la sotto sotto classe e quindi specifica ancora meglio l'attività dell'enzima₄. L'ultima cifra va a dare delle indicazioni sul substrato dell'enzima e questo permettendo di identificare uno e un solo enzima. L'enzima rende più veloce azione ossia qual è il meccanismo d'azione dell'enzima. Asse x = andamento della reazione Asse y = energia totale Il reagente x ha un'energia superiore al prodotto y quindi la reazione da x a y è termodinamicamente favorita ed è spontanea che libera energia. Tutto ciò da delle informazioni sull'equilibrio della reazione ma non sulla velocità. Il composto x per trasformarsi in y deve superare una barriera energetica che

corrisponde all'energia di attivazione cioè deve acquisire energia per passare allo stato di transizione che è uno stato del reagente x che permette la trasformazione in y.

Energia di transizione è l'energia che serve perché avvengano delle modificazioni all'interno di x che portano alla formazione di y.

Più è alta questa energia di attivazione più la reazione sarà lenta.

Per rendere più veloce la reazione bisogna aumentare la temperatura. Le particelle reagenti perché avvenga la reazione devono entrare in contatto fra loro, aumentando la temperatura forniamo maggiore energia alle particelle e quindi queste collisioni aumenteranno.

Questo meccanismo non è attuabile in un organismo perché devo mantenere una temperatura controllata e costante. Un altro meccanismo è quello di agire sull'energia di attivazione che viene abbassata la reazione sarà più veloce.

Asse x =

punto di vista termodinamico se l'energia totale degli stati finali è inferiore a quella degli stati iniziali. Per avvenire, la reazione deve superare una barriera energetica, cioè acquisire un'energia di attivazione che li porti allo stato di transizione. Se consideriamo la reazione in assenza di un enzima, possiamo osservare che l'energia di attivazione necessaria è rappresentata dalla differenza tra l'energia dei reagenti e quella dello stato di transizione. Tuttavia, se aggiungiamo un enzima, l'energia di attivazione necessaria sarà inferiore, rendendo la reazione più favorevole. Questo è rappresentato dalla linea rossa nel grafico. In conclusione, l'andamento della reazione dipende dall'energia totale degli stati finali e iniziali, nonché dalla presenza di un enzima che può abbassare l'energia di attivazione necessaria per la reazione.

punto di vista termodinamico. In quanto l'energia G è superiore a quella del prodotto G (linea blu) l'enzima divide questo passaggio in due tappe (linea rossa). Se consideriamo ciascuna di queste tappe vediamo che richiede un'energia di attivazione, però questa energia richiesta è piccola. L'enzima scomponendo la reazione in più tappe che richiedono un'energia di attivazione piccola che viene raggiunta più rapidamente. In questo modo rende più veloce la reazione.

La cinetica enzimatica studia la velocità delle reazioni catalizzate da enzimi e i fattori che influiscono su di essa.

Enzima + substrato = l'enzima riconosce il substrato e lo lega formando ES con formazione del prodotto e l'enzima ancora libero.

L'andamento della reazione in rapporto alla variazione della concentrazione di substrato. Consideriamo grafico:

Asse x = concentrazione di substrato espressa in Milli molarità

Asse y = v0 ovvero la

velocità iniziale. Vediamo cosa succede se aumenta la concentrazione di substrato. A basse concentrazioni di substrato, man mano che aumento il substrato vedo aumentare in maniera lineare la velocità iniziale della reazione. Aumentando sempre di più la concentrazione di substrato, perdo la proporzionalità tra l'incremento della concentrazione del substrato e l'incremento della velocità. Alla fine arrivo a un valore in cui la curva arriva a un plateau, mantenendo la velocità massima che rimane costante. La curva è un'iperbole rettangolare che tende a un valore asintotico. Equazione di Michaelis-Menten: V max = velocità massima K = concentrazione alla quale la velocità è metà della velocità massima [S] = concentrazione di S I due parametri cinetici che permettono di descrivere un enzima sono: - Concentrazione del substrato: relazione che intercorre tra concentrazione di substrato e velocità di una reazione.reazionecatalizzata da un enzima

Concentrazione dell'enzima = aumentando la concentrazione di enzima aumenta la velocità della reazione

Effetto pH: per ogni enzima esiste un pH o un intervallo di pH ottimale dove l'attività enzimatica è massima. Se ci discostiamo dal valore ottimale, l'attività dell'enzima diminuisce molto. La variazione di pH può influenzare gruppi carichi dell'enzima, quindi può alterare questa carica e questi gruppi possono essere presenti a livello del sito di legame oppure del sito catalitico dell'enzima e quindi questo può far sì che il substrato venga riconosciuto e legato meno dall'enzima e anche l'attività catalitica sia minore. Il pH ottimale è quello fisiologico (7,5). Il pH ottimale è legato anche al tessuto dove l'enzima svolge la sua attività.

Asse x = temperatura in gradi centigradi

Asse y = attività enzimatica

Per quanto

Riguarda gli enzimi dobbiamo tener presente due fattori:

Fattore di attivazione cioè all'aumentare della temperatura aumenta la velocità della reazione quindi aumenta l'attività enzimatica.

Fattore denaturazione perché gli enzimi sono proteine e se aumentiamo troppo la temperatura la proteina viene denaturata cioè perde la sua struttura e quindi perde la sua funzionalità perché esiste una stretta relazione fra struttura e funzione.

La relazione fra temperatura e attività enzimatica (linea nera continua) = vi è un aumento di attività in relazione all'aumento di temperatura fino a un certo livello di temperatura, dopo di che vi è un rallentamento, una diminuzione dell'attività enzimatica fino ad inibizione enzimatica.

Inibizione enzimatica = viene studiata molto in quanto molti farmaci sono basati su questo meccanismo.

Inibizione irreversibile = l'enzima blocca l'attività catalitica e

l'enzima viene modificato in modo permanente e se voglio l'enzima funzionale lo devo risintetizzare. Inibizione reversibile = allontanando l'inibitore ripristino l'attività normale dell'enzima. Processo metabolico = il prodotto di una reazione diventerà substrato del successivo e così via. Enzima di regolazione = una di queste reazioni è regolata, in particolare l'enzima che la catalizza è regolato e la regolazione di questa reazione influisce sulla velocità di tutto il processo. Questa reazione in cui è presente l'enzima regolato è la reazione limitante tutto il processo, quindi esiste la possibilità di regolare alcuni enzimi. In questo modo potrò rendere più veloce una determinata reazione, aumenterò i.