Enzimi

NOMENCLATURA DEGLI ENZIMI:

A differenza dei catalizzatori inorganici, gli enzimi sono dotati di elevata specificità, sono cioè capaci di catalizzare solo un tipo

particolare di reazione, operando su un particolare reagente, detto substrato.

La nomenclatura degli enzimi tiene conto di questi due aspetti (specificità di reazione e specificità di substrato); per esempio,

la lattico DEIDROGENASI è l'enzima che catalizza la deidrogenazione (sottrazione di idrogeno) sull'acido lattico.

Per tutti gli enzimi il suffisso è -asi; in base al substrato su cui agiscono, avremo proteasi che scindono le proteine, lipasi che

scindono i lipidi, amilasi che scindono gli amidi, e così via.

In base al tipo di reazione catalizzata, nel 1961 la IUB (International Union of Biochemistry and Molecular Biology) ha

identificato 6 classi di enzimi:

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Classe 1 ossidoreduttasi: intervengono nelle redox, dove c'è un trasferimento di elettroni o ioni idrogeno, come

nelle reazioni della respirazione cellulare;

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Classe 2 transferasi: catalizzano il trasferimento di gruppi atomici da una molecola all'altra, come le transamminasi

che trasportano gruppi amminici e le chinasi per i gruppi fosforici;

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Classe 3 idrolasi: responsabili delle reazioni di idrolisi, cioè rottura dei legami mediante acqua, come nel caso degli

enzimi digestivi, che rompono legami estere, glucosidici, peptidici;

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Classe 4 liasi: provvedono all'addizione o all'eliminazione di gruppi atomici su doppi legami, come C=C oppure C=0;

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Classe 5 isomerasi: promuovono le trasformazioni di un composto in un suo isomero, come nel caso della

trasformazione del fruttosio in glucosio;

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Classe 6 ligasi: partecipano alle reazioni di condensazione nelle quali si formano legami consumando ATP, come la

DNA ligasi, che provvede alla costruzione del DNA.

CLASSIFICAZIONE ENZIMI:

Per quanto concerne la sede d’azione, alcuni enzimi vengono prodotti e operano dentro la cellula, in ambito intracellulare

(enzimi endocellulari), mentre altri vengono secreti e agiscono all’esterno della cellula che li ha prodotti (esocellulari).

si occupano

Enzimi esocellulari prevalentemente di attività “depolimerizzanti” nei confronti delle principali macromolecole

biologiche (proteine, polisaccaridi e lipidi); infatti, organismi pluricellulari come i funghi si cibano di nutrienti che si trovano in

una forma polimerica, come ad esempio la lignina, un polimero aromatico molto grande e complesso che costituisce i tronchi

degli alberi.

Una cellula non può internalizzare una molecola così grande e, proprio per questo motivo, il fungo secerne degli enzimi

esocellulari, i quali rompono le catene polimeriche della lignina generando delle molecole più piccole per essere trasportate

all'interno della cellula ed utilizzate come fonte di energia e carbonio.

Molto spesso gli enzimi vengono utilizzati a livello industriale: esistono dei processi sia di produzione industriale sia di

degradazione di inquinanti che utilizzano enzimi: quando vi è il bisogno di utilizzare enzimi all'interno di un bioprocesso, ad

esempio all'interno di un reattore in cui si inseriscono gli enzimi, questi ultimi vengono fatti lavorare per ottenere quello che

serve: gli enzimi vengono prodotti da microrganismi tramite fermentazione: 1) si fa una coltura batteri o di altri organismi che

producono l’enzima che mi interessa; 2) li faccio lavorare e gli faccio produrre l’enzima che mi serve; 3) l’enzima viene isolato ed

infine lo si conserva in modo appropriato in modo tale da poterlo utilizzare in un altro processo.

Se invece l'enzima che mi serve è endocellulare si dovranno prima rompere tutte le cellule e isolare gli enzimi,

dunque, si tratterà di un processo ben più complesso.

- Enzimi endocellulari: vengono prodotti ed operano in ambito intracellulare. Il loro recupero prevede la lisi cellulare ed

è un processo complesso e costoso.

Un'applicazione dell'utilizzo di enzimi nella vita di tutti i giorni: molti detersivi (soprattutto quelli biologici) contengono

componenti enzimatiche: dipasi o proteasi contenute all’interno di detersivi servono a sciogliere lo sporco di natura lipidica o

proteica che si è depositato sui vestiti.

Altra classificazione importante degli enzimi: una cellula non produce continuamente tutti gli enzimi che ha la potenzialità di

produrre secondo il suo patrimonio genetico: il fatto che nel patrimonio genetico di una cellula sia contenuta la potenzialità, ad

esempio, di produrre un enzima che magari degrada un polimero plastico che mi interessa, non significa che quell’enzima sia

sempre espresso, sia sempre presente all'interno della cellula.

Gli enzimi si dividono in enzimi costitutivi o in enzimi inducibili:

- Enzimi costitutivi➔ (sono definiti anche enzimi “housekeeping”): prodotti e presenti nella cellula (o secreti da essa) a

concentrazione pressoché costante nel tempo. Un enzima costitutivo è sempre presente all’interno della cellula

indipendentemente dal momento fisiologico della cellula, dalle condizioni ambientali o dal fatto che il substrato di

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quell’enzima sia presente o meno. il gene che codifica per quell’enzima è SEMPRE trascritto, l’RNA messaggero è

sempre tradotto. Questi enzimi, che sono detti costitutivi, sono enzimi del metabolismo primario cioè quelli che sono

essenziali alla cellula per sopravvivere.

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- Enzimi inducibili prodotti e presenti nella cellula (o secreti da essa) a concentrazioni che possono variare

significativamente IN RISPOSTA al momento fisiologico e/o alle condizioni ambientali. L’induzione avviene di solito a

livello di trascrizione.

Si tratta di enzimi che sono utili alla cellula solo in determinate condizioni, non sempre, oppure sono utili quando la

cellula è a contatto con determinati substrati.

Vengono detti inducibili perché la condizione ambientale o il momento fisiologico o la presenza del substrato

dell’enzima induce la trascrizione del gene che codifica per quell’enzima e la produzione quindi dell’enzima.

ISOENZIMI:

Gli isoenzimi sono enzimi che catalizzano la stessa

reazione ma sono strutturalmente diversi (ad

esempio diverse combinazioni delle stesse subunità o

derivati della duplicazione genica, isoforme dello

stesso enzima).

Spesso attivi in situazioni diverse (diverse condizioni

ambientali, diversi tessuti o diversi momenti del ciclo

cellulare o vitale)

Una cellula può produrre un’isoforma dello stesso enzima piuttosto che un’altra a seconda delle condizioni ambientali oppure

può produrre diversi isoenzimi per fare la stessa cosa ma in diverse fasi del ciclo cellulare.

Le diverse isoforme possono avere attività diversa, cioè possono avere diversa velocità di reazione: la cellula, infatti, regola

sempre la propria attività in modo tale da spendere la minore energia possibile, pertanto, se in determinate situazioni o in

determinati momenti del ciclo cellulare la cellula ha bisogno di una velocità di reazione più alta o più bassa, produrrà l'isoforma

che meglio si adatta a quelle necessità.

Un esempio di questi enzimi sono gli enzimi costituiti da molte subunità: il lattato deidrogenasi (LDH) è presente in tutti i

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microrganismi è un enzima che catalizza la trasformazione dell'acido lattico in acido piruvico.

Il lattato deidrogenasi (LDH) può avere diverse isoforme perché è un enzima composto da quattro subunità ed è codificato da

due geni che si chiamano H e M.

Le subunità H e M catalizzano la stessa reazione ma con velocità diverse, pertanto, si riusciranno ad ottenere diverse

combinazioni delle 4 subunità: potrebbero essere tutte H, tutte M o tutte le combinazioni in mezzo: se ad esempio la subunità M

è la più veloce, la combinazione che è formata da quattro subunità M sarà velocissima. Diversi tessuti all'interno del nostro

corpo (tessuto cardiaco, tessuto muscolare, tessuto adiposo) producono il lattato deidrogenasi ma producono isoforme diverse.

VELOCITA’ DI REAZIONE – CINETICA DI REAZIONE DEGLI ENZIMI: La velocità di reazione si definisce come le moli di

prodotto che vengono prodotte nell’unità di

tempo.

La velocità di una reazione enzimatica dipende da

molti fattori, quali la concentrazione dell'enzima,

la concentrazione del substrato, la temperatura,

il pH, la presenza di altre molecole e così via. Per

studiare le reazioni enzimatiche dal punto di vista

cinetico è necessario osservare l'andamento della

velocità iniziale (Vo) in funzione di uno o più di

questi parametri.

Nel caso degli enzimi monomerici, cioè enzimi formati da una singola subunità che catalizzano una sola reazione alla volta, la

correlazione è lineare: più enzima è presente, più prodotto viene formato nella stessa unità tempo.

Se invece l’enzima è formato da più subunità, ognuna