Date post: | 28-Dec-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | stefania-mititelu |
View: | 550 times |
Download: | 7 times |
1
HIDROLAZE EC: 3
1
2
Hidrolaze EC: 3
• Enzime care catalizează reacţii de scindare ale unor legături covalente ale substratelor cu participarea unei molecule de apă (scindare hidrolitică).
• Molecula de apă se fixează la punctul de scindare al substratului şi rezultă produşi de reacţie mai simpli.
• Teoretic, reacţiile sunt reversibile
• De regulă, reacţiile inverse de formare a legăturilor covalente, se realizează pe alte căi metabolice
B - A -- B + + HOHH2O A
2
3
Clasificarea hidrolazelor în subclase şi sub-subclase
3. Hidrolaze
3.1. Hidrolaze care acţionează asupra legăturilor esterice (esteraze)
3.1.1. Hidrolazele esterilor carboxilici (lipaze)
3.1.2. Hidrolazele tioesterilor
3.1.3. Hidrolazele monoesterilor fosforici
3.1.4. Hidrolazele diesterilor fosforici
3.1.5. Hidrolazele triesterilor fosforici
3.1.6. Hidrolazele esterilor sulfurici
3.1.7. Hidrolazele monoesterilor difosforici
3.1.8. Hidrolazele triesterilor fosforici
3.1.11. Exodeoxiribonucleaze ce produc 5’-fosfomonoesteri
3.1.13. Exoribonucleaze ce produc 5’-fosfomonoesteri
3.1.15. Exonucleaze active cu acid ribo- sau deoxiribonucleic ce produc 5’-fosfomonoesteri
3.1.16. Exonucleaze active cu acid ribo- sau deoxiribonucleic ce produc alţi compuşi decât 5’-fosfomonoesteri
3.1.21. Endodeoxiribonucleaze ce produc 5’-fosfomonoesteri
3.1.22. Endodeoxiribonucleaze ce produc alţi compuşi decât 5’-fosfomonoesteri
3.1.25. Endodeoxiribonucleaze specifice pentru baze azotate modificate
3.1.26. Endoribonucleaze ce produc 5’-fosfomonoesteri
3.1.27. Endoribonucleaze ce produc alţi compuşi decât 5’-fosfomonoesteri
3.1.30. Endonucleaze active cu acid ribo- sau deoxiribonucleic ce produc 5’-fosfomonoesteri
3.1.31. Endonucleaze active cu acid ribo- sau deoxiribonucleic ce produc alţi compuşi decât 5’-fosfomonoesteri
3
4
3.2. Hidrolaze care acţionează asupra compuşilor glicozidici (glicozidaze)
3.2.1. Hidrolazele compuşilor oxigen (O)-glicozidici
3.2.2. Hidrolazele compuşilor azot (N)-glicozidici
3.2.3. Hidrolazele compuşilor sulf (S)-glicozidici
3.3. Hidrolazele care acţionează asupra legăturilor eterice
3.3.1. Hidrolazele tioeterilor
3.3.2. Hidrolazele eterilor
3.4. Hidrolazele care acţionează asupra legăturilor peptidice (peptidaze)
3.4.11. Aminopeptidaze
3.4.13. Dipeptidaze
3.4.14. Dipeptidil-peptidaze şi tripeptidil-peptidaze
3.4.15. Peptidil-dipeptidaze
3.4.16. Carboxipeptidaze (tip serină)
3.4.17. Metal-carboxipeptidaze
3.4.18. Carboxipeptidaze (tip cisteină)
3.4.19. Omega peptidaze
3.4.21. Serin endopeptidaze
3.4.22. Cistein endopeptidaze
3.4.23. Aspartat endopeptidaze
3.4.24. Metal-endopeptidaze
3.4.99. Endopeptidaze cu mecanism catalitic necunoscut
Clasificarea hidrolazelor în subclase şi sub-subclase
4
5
3.5. Hidrolaze care acţionează asupra legăturilor carbon-azot (C - N), altele decât legăturile peptidice
3.5.1. Hidrolazele legăturilor C – N din amidele liniare
3.5.2. Hidrolazele legăturilor C – N din amidele ciclice
3.5.3. Hidrolazele legăturilor C – N din amidinele liniare
3.5.4. Hidrolazele legăturilor C – N din amidinele ciclice
3.5.1. Hidrolazele legăturilor C – N din nitrili
3.5.99. Hidrolazele legăturilor C – N din alţi compuşi
3.6. Hidrolaze care acţionează asupra legăturilor anhidridice
3.6.1. Hidrolazele legăturilor anhidridice care conţin fosfor
3.6.2. Hidrolazele legăturilor anhidridice care conţin sulf
3.7. Hidrolaze care acţionează asupra legăturilor carbon-carbon (C - C)
3.7.1. Hidrolazele compuşilor cetonici
3.8. Hidrolazele care acţioneză asupra legăturilor cu halogeni
3.8.1. Hidrolazele compuşilor cu legături carbon-halogen
3.9. Hidrolazele care acţionează asupra legăturilor fosfor – azot (P – N)
3.10. Hidrolazele care acţionează asupra legăturilor sulf – azot (S – N)
3.11. Hidrolazele care acţionează asupra legăturilor carbon – fosfor (C – P)
3.12. Hidrolazele care acţionează asupra legăturilor sulf – sulf (S – S)
Clasificarea hidrolazelor în subclase şi sub-subclase
5
6
Hidrolaze – caracteristici generale
• Sunt protein-enzime (deci nu au cofactori), cu centrii activi constituiţi fie dintr-un singur aminoacid, fie dintr-o asociere adecvată de aminoacizi.
• Centrii activi ai hidrolazelor:
• Un aminoacid - Exemplu: - tripsina,
- chimotripsina
- colinesterazele au în centrul activ Ser
- Ribonucleaza și papaina au în centrul activ Cys
• Mai mulți aminoacizi: pepsina are în centrul activ patru aminoacizi: Ileu,
Val, Asp, Tre
• Hidrolazele pot fi activate de ionii metalici
• Fosfatazele alcaline, diferite peptidaze, sunt hidrolaze activate de metale (Zn2+).
• Reacţiile catalizate de hidrolaze se petrec cu modificări energetice minime, nefiind implicate în obţinerea de energie.
• Pot să acţioneze extracelular, cum este cazul hidrolazelor tractului digestiv, cu rol în metabolismul nutrientelor.
• Acestea realizează scindarea moleculelor mari în molecule mici, simple, absorbabile la nivelul mucoasei intestinale. 6
7
3. Hidrolaze Hidrolaze care acționează asupra legăturilor esterice
ESTERAZE (EC 3.1)
Carboxiesterazele (EC 3.1.1) hidrolizează esterii acizilor carboxilici
Lipazele (EC: 3.1.1.3) - hidrolizează triacilglicerolii eliberând, în trepte succesive, acizii graşi care esterifică funcţiile alcoolice ale glicerolului, => diacil-, monoacilgliceroli, sau chiar glicerol şi acizii corespunzători.
CH2
CH
CH2
O
O
O
C
C
C
R1
R2
R3
2 HOH
Lipaze
2-Monoacil glicerol
O
O
O+
+ R1-COOH R3-COOH+triacilgliceroli
7
Acţiunea lipazelor este
favorizată de ionii de
calciu, întrucât acizii
graşi rezultaţi din
hidroliză sunt
transformaţi în săruri
insolubile de calciu.
În acest mod, echilibrul
de reacţie este
permanent deplasat în
sensul hidrolizei.
8
Fosfolipazele A1 și A2
acţionează asupra legăturilor I şi II ale fosfatidilcolinelor (lecitinelor) scindândlegăturile esterice dintre grupările hidroxil ale glicerolului şi acizii graşi R1 şi R2
CH2
CH
CH2
C
C
O CH2 CH
2 N
CH3
CH3
CH3
R1
R2
Fosfolipaza A1
EC: 3.1.1.32
O
O
O
Fosfolipaza A2
EC: 3.1.1.4
P
OH
+
I
II
III IV
O
O
O
Fosfolipaza A1 (EC: 3.1.1.32) fosfatidilcolină + H2O → 2 acil glicerofosfocolină + acid gras
Fosfolipaza A2 (EC 3.1.1.4) fosfatidilcolină + H2O → 1-acil-glicerofosfocolină + acid arahidonic
Eicosanoiziproinflamatorii
8
9
3. Hidrolaze 3.1.1. Colinesteraze
CH2
CH2
O C CH3
N CH3
CH3
CH3
CH3COO
CH2
CH2
OH
N CH3
CH3
CH3
O
Acetilcolinesteraza
Acetilcolina
+
Colina
+ HOH+ +
-
Acetilcolinesteraza (EC: 3.1.1.7)• se găsește în eritrocite, fibre nervoase, sinapse, muşchi striat• este implicată în transmisia influxului nervos • este activată de ionii de magneziu Colinesteraza (EC 3.1.1.8) denumită şi pseudocolinesteraza• prezentă în plasmă şi în ficat • catalizează hidroliza esterilor colinei cu alţi acizi organici cum ar fi acidul butiric şi propionic
9
10
Hidrolazele esterilor fosforici
Rol important în metabolismul glucidelor, lipidelor, nucleotidelor
• FOSFOMONOESTERAZELE (EC: 3.1.3)- sunt hidrolaze ale monoesterilor fosforiciAceste enzime se mai numesc şi fosfomonoesteraze sau fosfataze
O P
O
OH
OH
OH P
O
OH
OH
OR + H R +
Monoester fosforic Alcool Acid fosforic
OH H
fosfataze
• FOSFODIESTERAZELE (EC 3.1.4) hidrolizează esterii în care două funcţii acide ale acidului fosforic sunt esterificate cu alcooli.Hidrolazele diesterilor fosforici
O
OHPO
O
O
OHPO
OH
O
Diester fosforic
R1
R2OHH+
fosfodiesteraze
Monoester fosforic
R2+ R1 H
Alcool
10
11
Exemple de fosfomonoesteraze:
1. După pH-ul optim de acţiune:- fosfataza alcalină (EC: 3.1.3.1), are pH optim de acţiune
8,6 – 9,4 şi este localizată, mai ales, în epiteliul intestinal şi renal, precum şi în oase;
- fosfataza acidă (EC: 3.1.3.2), are un pH optim de acţiune 5 – 5,5 şi este localizată mai ales în rinichi, splină, prostată, etc.
O
CH2OH
OHOH
OH
OH
O
OHOH
OH
OH
CH2
O P OH
OH
O
-D-Glucoză
1
2
3
4
5
6
Glucoză 6-fosfat
+ H2O
glucozo-6-fosfataza+ Pi
2. Glucozo-6-fosfataza (EC: 3.1.3.9) Implicată în homeostazia glucozei
FOSFOMONOESTERAZE (EC: 3.1.3)
11
Elibereaza gruparile fosfat
de pe multe tipuri de molecule (nucleotide,
proteine)
12
Fosfolipaza C (EC 3.1.4.3) fosfatidilcolină + H2O → 1,2 diacil glicerol + colină fosfat
Fosfolipaza D (EC 3.1.4.4) fosfatidilcolină + H2O → colină + acizi fosfatidici
CH2
CH
CH2
C
C
O CH2 CH
2 N
CH3
CH3
CH3
R1
R2
O
O
O
P
OH
+
I
II
III IV
O
O
O
fosfolipaza C
EC 3.1.4.3
fosfolipaza D EC 3.1.4.4
Exemple de fosfodiesteraze:
Prezente atât intracelular cât şi în sucurile digestive,participând la digestia lecitinelor din alimente
FOSFODIESTERAZE (EC: 3.1.4)
12
13
• Deoxiribonucleazele (EC 3.1.21) catalizează scindarea hidrolitică a legăturilor fosfodiesterice din structura ADN-ului
• Ribonucleazele (EC 3.1.26)catalizează scindarea hidrolitică a legăturilor fosfodiesterice din structura ARN-ului
Deoxiribonucleazele şi ribonucleazele catalizează depolimerizarea ADN şi ARN eliberând oligo- şi mono-nucleotidele purinice şi pirimidinice constitutive.
Alte hidrolaze ale esterilor fosforici
13
14
Hidrolaze care acţionează asupra legăturilor glicozidiceGLICOZIDAZE (EC 3.2)
• Glicozidazele (EC 3.2) catalizează reacţia de scindare hidrolitică a legăturilor
glucozidice din structura homopolizaharidelor (homoglicani - amidon,
glicogen) sau a oligozaharidelor (di-, tri-, tera-, penta-zaharide).
• Aceste reacţii pot fi considerate reacţii de transfer ale unor resturi glucozil
pe molecula de apă ca acceptor.
• Se pot subclasifica în hidrolaze ale compuşilor O-glicozilați, N-glicozilați,
S-glicozilați.
14
15
Subclasa GLICOZIDAZE (EC 3.2)Sub-subclasa hidrolaze ale compuşilor O-glicozilaţi
Homopolizaharidaze = amilaze
-amilaza (EC: 3.2.1.1), denumirea sistematică -1,4-glucan-4-glucan hidrolaza• acţionează asupra legăturilor glicozidice interne, situate în poziţiile 1-4 dininteriorul catenelor poliozice din amiloză, componenta din structura amidonuluicu un grad mai mic de ramificare.• scindează numai legăturile 1-4 glicozidice, nu şi pe cele 1-6• rezultă compuşi intermediari de hidroliză numiţi dextrine. Dextrinele puse înlibertate sub acţiunea amilazei devin substrate pentru aceeaşi enzimă; degradareahidrolitică merge până la maltoză (dizaharid)• se găseşte în salivă, şi produce scindarea moleculei de amidon provenitdin alimente, în cavitatea bucală
-amilaza (EC: 3.2.1.1), cu denumirea sistematică -1,4-glucan-malto hidrolaza• secretată de pancreas şi are rolul de a continua digestia amidonului şi aglicogenului la nivel intestinal.• hidrolizează numai legăturile 1-4 glicozidice marginale, terminale (aflate lacapetele nealdehidice ale lanţurilor de amiloză), rezultând direct maltoză (fără cahidroliza să mai treacă prin stadiul intermediar de dextrine)
15
16
GLICOZIDAZEHomopolizaharidaze
O
CH2-OH
OH
OH
O
CH2-OH
OH
OH
O
CH2-OH
OH
OH
O
CH2-OH
OH
OH
O
CH2-OH
OH
OH
OOH
OH
CH2
O
CH2-OH
OH
OH
OHO
OO
O
CH2-OH
OH
OH
O O
O O O O
capãt
reducãtor
1
24
4
5
6
1
2
31
6
3
5
1
- amilazã
- amilazã
Enzima R
1 4
Acţiunea amilazelor asupra moleculei de amidon
Amilazele acţionează asupra polizaharidului pe principiul „atacului multiplu”.
Odată format complexul enzimă-substrat, enzima poate hidroliza unele
legături în mod succesiv înainte ca enzima să fie din nou liberă.16
17
GLICOZIDAZEOligozaharidaze
• Au specificitate marcată în funcţie de configuraţia atomului de carbon glicozidic, de izomeri optici şi de structura ciclului (-glucozidaze sau -glucozidaze).
• -glucozidaza (EC: 3.2.1.20), denumită şi maltaza, are denumirea sistematică : α-D-glucozid glucohidrolaza. • scindează legăturile alfa-glicozidice din maltoză – dizaharid din bobul de malţ(pH optim 4,5). • Maltaza intestinală are un pH optim de 6,5
OOH
OH
CH2-OH
OH
O
CH2-OH
OH
OH
OHO
14
5
6
2
3
4
Maltozã (glucozã -- 1,4-glucozã)
Maltazã (EC: 3.2.1.20)
17
18
GLICOZIDAZEOligozaharidaze
•-galactozidaza (EC: 3.2.1.23), cu denumirea sistematicăβ-D-galactozid galactohidrolaza, este foarte răspândită şi hidrolizează lactozacu formare de glucoză şi -galactoză;
O
CH2-OH
OH
OH
OH O
O
CH2-OH
OH
OHOH
2
3
4
5
6
Lactozã (galactozã -
12
3
4
5
6
1
- 1,4-glucozã)
- galactozidaza (EC: 3.2.1.23)
18
19
GLICOZIDAZEOligozaharidaze
• zaharaza (EC: 3.2.1.26). denumită şi sucraza, are denumirea sistematicăβ-D-fructofuranozid fructohidrolaza• Scindează zaharoza (sucroza) într-o moleculă de glucoză şi una de fructoză.
O
CH2-OH
OH
OH
OHO
O
CH2-OH
OH
OH
HO-H2C
- D glucozã
-D fructozã
14
5
6
1
2
3
45
6 Zaharazã
(EC: 3.2.1.26)
Sucrozã (D glucozã-- 1,2--fructozã)
Se cunosc două zaharaze care acţionează asupra zaharozei: • -glucozidază cu răspândirepreponderentă în regnulanimal, care acţionează asupralegăturilor - glicozidice, pH optim 7• -fructozidaza (invertază)(microorganisme), care acţionează asupra legăturilor -glicozidice, pH optim 4,5
19
20
GLICOZIDAZEOligozaharidaze
Hialuronidaza (EC: 3.2.1.35) este o depolimerază a acidului hialuronic.
Acidul hialuronic = polizaharid alcătuit din unităţi repetitive de dizaharid format din acid glucuronic şi N-acetilglucozamină legate prin legături 1,3 -glicozidice.
O
COOH
OH
OH
O
O
CH2-OH
NH
OH
O
OCH3
O
COOH
OH
OH
O
O
CH2-OH
NH
OH
OO
OCH3
1
23
4
5
6
4
13
C
legãturã
1,3 - glicozidicã
41
3
C
legãturã
1,4 - glicozidicã
Hialuronidaza
EC: 3.2.1.35
20
Permeabilizarea țesutului
conjunctiv
21
Hidrolaze care acţionează asupra legăturilor peptidicePEPTIDAZE (EC 3.4)
Peptidazele sunt enzime care scindează hidrolitic legăturile
peptidice rezultate din condensările aminoacizilor.
Pentru hidroliza completă a proteinelor în aminoacizi liberi este
nevoie de acţiunea combinată a mai multor enzime proteolitice cu
specificităţi diferite.
În literatură se mai întâlneşte şi denumirea de proteinaze sau
proteaze, tot cu rol de hidroliză a legăturilor peptidice.
Acţioneză în tractul gastrointestinal precum şi intracelular.
Sunt clasificate în endopeptidaze şi exopeptidaze, în funcţie de
poziţia legăturilor peptidice a căror scindare o catalizează.
21
22
EXOPEPTIDAZELE
• scindează legături peptidice la care participă aminoacizi situaţi la extremităţile catenelor polipeptidice
Exemple:
NH2
CH
R
C NH CH C
R OO
aminopeptidazã
. . . .
HOOC CH
R
CNH CH
R
NH
O
carboxipeptidazã
. . . .
Aminopeptidazele (EC: 3.4.11.2.) scindează legătura peptidică a unui aminoacid terminal cu grupare amino liberă.
Carboxipeptidaze (EC: 3.4.17.1) Eliberează prin hidroliză aminoacizii carboxiterminali.Au zinc în centrul activ
Dipeptidazele catalizează hidroliza unui dipeptid, cu formarea a doi aminoacizi.
22
2323
Mecanismele de acţiune ale enzimelor proteolitice
24
ENDOPEPTIDAZELE
• scindează legăturile peptidice din interiorul lanţului peptidic• Exemple de endopeptidaze sunt: pepsina, tripsina, chimotripsina, renina, enteropeptidaza (enterokinaza), papaina, etc.
Exemple:
Pepsina (EC: 3.4.23.1)
• aspartil-endopeptidază• Hidrolizează numai legăturile peptidice realizate între un aminoacid aromatic(fenilalanină, tirozină) şi un aminoacid dicarboxilic (de ex. acid glutamic)• secretată de glandele fundice ale stomacului sub formă inactivă de pepsinogen. • acţionează în stomac, în cursul digestiei• reprezintă primul atac al enzimelor digestive asupra substanţelor proteice• Hidrolizează aprox. 30% din legăturile peptidice ale proteinelor alimentare• pH-ul său optim de acţiune este 1,2 – 2 • centrul activ al pepsinei este format din patru aminoacizi: Ileu-Val-Asp-Thr
24
25
Pepsinogenul inactiv (zimogen sau proenzimă) => pepsina activă (prin proteoliză limitată)
Pepsinogen
42 000 D Pepsinã
34 000 D+ peptid inhibitor
8 000 D
25
26
Exemple de endopeptidaze
Tripsina (EC: 3.4.21.4)
• serin endopeptidază - are serină în centrul său catalitic• scindează legăturile peptidice realizate între un aminoacid bazic, diaminomonocarboxilic (lizină, arginină) şi un aminoacid aromatic (tirozină, fenilalanină)• secretată de pancreasul exocrin sub formă inactivă de tripsinogen. • Activarea sa se face autocatalitic, sub influenţa urmelor de tripsină, la pH 7 – 9, sau sub acţiunea enterokinazei (EC: 3.4.21.9) din mucoasa intestinală, la pH 5,2 – 6• Are loc scindarea unui hexapeptid terminal cu structura
Val-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys• Tripsina are o masă moleculară de 24000 Daltoni• pH-ul său optim de acţiune este 7 – 9• În intestin tripsina hidrolizează numai proteinele denaturate, după ce au fost parţial digerate de pepsină
26
27
Exemple de endopeptidaze
Chimotripsina (EC: 3.4.21.1)
• rupe legăturile peptidice la care participă aminoacizi aromatici, şi scindează
proteinele până la fragmente compuse din 6 – 8 aminoacizi.
• secretat tot de pancreasul exocrin sub formă de chimotripsinogen inactiv
• Are loc formarea unor familii de chimotripsine: , , , δ, al căror centru
catalitic conţine serină.
• Atât tripsina cât şi chimotripsina fac parte din grupul proteazelor care conţin
aminoacidul serina în centrul lor catalitic (Ser-195), deci sunt serin proteaze.
• Serina împreună cu un rest de histidină şi de acid aspartic (His-57 şi Asp-102)
realizează un atac nucleofil asupra legăturii peptidice
2828
Activarea chimotripsinogenului prin trecerea formei ciclice, inactive, în formă ciclică, activă
29
ALTE ENDOPEPTIDAZE
Trombina (EC 3.4.21.5) • fibrinogenază, este o serină- endopeptidază• scindează selectiv legăturile de tip arginină-glicină din fibrinogen, pentru a forma fibrină, eliberând fibrinopeptidele A şi B, importante în procesul de coagulare• se formează de la protrombină (factorul II al coagulării), având activitate omoloagă cuchimotripsina
Renina (EC: 3.4.23.15)• denumită şi angiotensinogenază este o aspartil-endopeptidază.
În organismul uman se formează de la prorenină în plasmă şi rinichi.
Acționează asupra angiotensinogenului, pe care îl transformă în angiotensină cu
acţiune vasoconstrictoare.
Enzima de conversie a angiotensinei (ACE, EC 3.4.15.1.)• denumită şi peptidil-dipeptidaza A, este o glicoproteină dependentă de Zn2+ şi
de Cl- care transformă angiotensina I în angiotensină II (eliberând un dipeptid
carboxiterminal) cu acţiune vasoconstrictoare.
29
30
ALTE ENDOPEPTIDAZE
Angiotensinogen
Renina
(aspartil-proteaza renala)
Angiotensina I
Angiotensina II
Enzima de conversie a
angiotensinei (ACE)
Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe-His-Leu
Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe + His-Leu
Bradikinina
Actiune vasoconstrictoare directa
Stimuleaza sistemul nervos simpatic
Induce senzatia de sete (ingestie apa)
Stimuleaza sinteza de aldosteron
Stimuleaza sinteza de hormon
antidiuretic (retentie hidrica)
Efect hipotensivEfect hipertensiv
Kininogen
alfa-globuline plasmatice
Kalicreina
30
31
Catepsinele• enzime proteolitice intracelulare (în special lizozomale) care scindeazălegături peptidice intracatenare, la care participă aminoacizi aromatici• participă la procesele de autodigerare (autoliză)• rol esenţial în turnover-ul metabolic celular, de exemplu resorbţia osoasă• se disting numeroase catepsine, în funcţie de structura moleculară, de mecanismul catalitic şi de proteina pe care o scindează• active la pH mic
Catepsinele pot fi: • aspartil proteaze (catepsinele D şi E);• serină-proteaze (catepsinele A şi G);• cisteină-proteaze (catepsinele B, C, F, H, K, L1, L2, M, O, P, R, Q, N, T, W).
ALTE ENDOPEPTIDAZE
31
32
HIDROLAZE CARE ACŢIONEAZĂ ASUPRA LEGĂTURILOR CARBON – AZOT(C – N), ALTELE DECÂT CELE PEPTIDICE (AMIDAZE) (EC 3.5)
Ureaza (EC: 3.5.1.5), cu denumirea sistematică : uree amidohidrolază• hidrolizează ureea la amoniac şi apă (numai la plante şi microorganisme)• enzimă cu specificitate absolută de substrat !!
C
NH2
NH2
CO2
NH3
O + HOH 2ureaza
+
Adenin deaminaza (EC: 3.5.4.2)
Guanin deaminaza (EC: 3.5.4.3)
N
N
NH2
N
NH
NH3
N
N
OH
N
NH
AdeninaHipoxantina
adenin deaminaza
+ HOH
N
N
OH
N
NH
NH2
N
N
OH
N
NH
OH
NH3
Guanina Xantina
guanin deaminaza
+ HOH
32
33
• Asparaginaza (EC: 3.5.1.1), cu denumirea sistematică : L-asparagin amidohidrolaza
CNH
2
CH2
CH
COOH NH3
NH2
COOH
CH2
CH
COOH
NH2
O
HOH
L-asparagina acid L-aspartic
asparaginaza+
EC 3.5. HIDROLAZE CARE ACŢIONEAZĂ ASUPRA LEGĂTURILOR CARBON –AZOT (C – N), ALTELE DECÂT CELE PEPTIDICE (AMIDAZE)
Medicamente cu asparaginază:
LEUCOGENELSPAR
CNH
2
CH2
CH2
CH
COOH
NH3
NH2
COOH
CH2
CH2
CH
COOH
NH2
O
HOH
L-glutamina acid L-glutamic
glutaminaza+
• Glutaminaza (EC: 3.5.1.2), cu denumirea sistematică : L-glutamin amidohidrolaza
Glutamina este, în celulă, transportorul de grupări –NH2 toxice rezultate din catabolismul proteinelor şi aminoacizilor. Predomină în organismele animale. 33
34
EC 3.6. HIDROLAZE CARE ACŢIONEAZĂ ASUPRA LEGĂTURILOR ANHIDRIDICE ALE ACIZILOR
• Pirofosfataza anorganică (PP-aza, EC: 3.6.1.1), cu denumirea sistematică : pirofosfat fosfohidrolaza• Hidrolizează pirofosfatul la două molecule de ortofosfat.
• Adenozintrifosfataza (EC: 3.6.1.3), denumită ATP-aza sau ATP monofosfatază, are denumirea sistematică : ATP-fosfohidrolaza. • Hidrolizează ATP la ADP şi Pi (fosfat anorganic), cu eliberarea a 30,54 kJ/mol (7,3 kcal).
O
OH OH
CH2OPOPOPOH
O O
OH OH OH
O
N
N
N
N
NH2
adenina
ATP (adenozin trifosfat)
~~
riboza
ATP + HOH ADP + Pi+ 7,3 kcal
ATP-aza
H3PO
4P OOH
OH
P OH
OH
+ HOH 2PP-aza
Pirofosfat
O O
34
EC: 4. LIAZE
35
EC: 4. LIAZE
Liazele sunt enzime care catalizează reacţii de scindare nehidrolitică a unor
legături chimice din molecula substratului.
Clasificarea liazelor în subclase şi sub-subclase se face în funcţie de tipul de
legătură covalentă pe care o scindează: carbon-carbon, carbon-oxigen, carbon-
azot, sulf-azot, carbon-fosfor.
4. Liaze
4.1. Liaze carbon-carbon
4.1.1. Carboxi-liaze
4.1.2. Aldehid-liaze
4.1.3. Oxo-acid liaze
4.1.99. Alte liaze carbon-carbon
4.2. Liaze carbon-oxigen
4.2.1. Hidro-liaze
4.2.2.Liaze care acţionează asupra polizaharidelor
4.2.99. Alte liaze carbon-oxigen
4.3. Liaze carbon-azot
4.3.1. Amoniac-liaze
4.3.2. Amidino-liaze
4.3.3. Amino-liaze
4.3.4. Alte liaze carbon-azot
4.4. Liaze carbon-sulf
4.5. Liaze carbon-halogen
4.6. Liaze carbon/fosfor
4.99. Alte liaze 36
COFACTORII LIAZELOR CARBON-CARBON (C-C) (EC 4.1)
• Decarboxilaze ale cetoacizilor, enzime dependente de tiaminpirofosfat (TPP)
• Decarboxilaze ale aminoacizilor, enzime dependente de piridoxal fosfat (PLP)
Aldehid-liaze (EC 4.1.2)
Fructozo-1,6-bisfosfat aldolaza (EC: 4.1.2.13) denumită şi aldolază, are
denumirea sistematică: fructoză 1,6-bisfosfat D-gliceraldehid-3-fosfat liază
CH2
C
CHHO
OH
OH
CH2
HC
HC
CH2
C
CH2-OH
OH
CH2
HC
HC
OH
OH
O
OH
OH
O
OH
OH
O
OH
OH
O
O
O
O P
fructozo 1,6 bisfosfat
aldolaza
O
O +
O
O
dihidroxiaceton fosfat
gliceraldehid fosfat
fructozo 1,6 bisfosfat
P
P
PEC 4.1.2.13
37În glicoliză
Exemple de reacții catalizate de LIAZE:
LIAZE CARBON-OXIGEN (C–O) (EC 4.2)
Anhidraza carbonică (EC: 4.2.1.1), denumită şi carbonat dehidrataza, cu
denumirea sistematică: carbonat hidroliaza. Centrul său catalitic conţine Zn2+
O
OH
OH
CO2C
Anhidraza carbonicã+ H2O
acid carbonic
(H2CO3)
L-serin dehidrataza (EC 4.2.1.13), denumită şi serin deaminază, are
denumirea sistematică : L-serină hidroliaza (dezaminată).
CH
COOH
CH2
OH
NH2 CH
3 C
O
COOHSerinã dehidrataza
NH3 L-SerinaAcid piruvic
PLPH2O
H2O
38
Proces este important
pentru transportul CO2 de
la ţesuturi la plămâni și
pentru menținerea
echilibrelor acido-bazice
HCO3- + H+
LIAZE CARBON-SULF (C-S) (EC 4.4)
LIAZE CARBON-AZOT (C–N) (EC 4.3)
R CH
NH2
COOH R C COOH
O
NH3
Aminoacid
+ HOH
+
+ H2O2
H2O + 1/2 O2
Catalaza
+
Cetoacid
FMN
FAD
Exemplu: L,D aminoacid oxidaze - flavinenzime
Exemplu: Dezaminarea desulfurantă a cisteinei
Cistein-desulfhidraza (EC 4.4.1.15), are denumirea sistematică: cisteină
sulfid liaza
CH
COOH
CH2
SH
NH2 CH
3C COOH
O
L-cistein hidrogen
sulfid liaza (EC 4.4.1.15)
PLPH2O
NH3
Acid piruvicL-Cisteina H2S
39
Liaze fosfor-oxigen (EC 4.6)
Aceste enzime se mai numesc “nucleotidil-ciclaze” şi catalizează, în general,
eliminarea pirofosfatului din moleculele de nucleozid trifosfat.
Adenilat ciclaza (EC 4.6.1.1), denuimită şi 3’,5’ AMP ciclic sintetază, are
denumirea sistematică ATP pirofosfat liază (cu ciclizare).
ATP 3',5'-AMP ciclic + pirofosfat
adenilat ciclaza
O
N
N N
N
OP
P
O
P
O
O
O
N
N N
N
PO
NH2
OHOH
CH2HO
O
O
OHHO
OHHO
adenozin trifosfat (ATP)
adenilat ciclaza
EC 4.6.1.1
NH2
OH
CH2O
OH
+ PPi
AMP ciclic
3'
5'
40
EC 5. IZOMERAZE
41
EC 5. IZOMERAZE
Izomerazele sunt enzime care catalizează diferite reacţii de rearanjări
interne în molecula substratului (modificări structurale).
Clasificarea izomerazelor în subclase şi sub-subclase
5. Izomeraze
5.1. Racemaze şi epimeraze5.1.1. Care acţionează asupra aminoacizilor şi a derivaţilor acestora
5.1.2. Care acţionează asupra hidroxiacizilor şi a derivaţilor acestora
5.1.3. Care acţionează asupra glucidelor şi a derivaţilor acestora
5.1.99. Care acţionează asupra altor compuşi
5.2. Izomeraze cis-trans
5.3. Oxidoreductaze intramoleculare5.3.1. Care fac interconversia aldoze şi cetoze
5.3.2. Care fac interconversia grupelor ceto- şi enol-
5.3.3. Mutarea legăturilor C = C
5.3.4. Mutarea legăturilor S – S
5.3.99. Alte oxidoreductaze intramoleculare
5.4. Transferaze intramoleculare (mutaze)
5.4.1. Care transferă grupări acil
5.4.2. Fosfotransferaze (fosfomutaze)
5.4.3. Care transferă grupări amino
5.4.99. Care transferă alte grupări
5.5. Liaze intramoleculare
5.99. Alte izomeraze42
RACEMAZE ŞI EPIMERAZE (EC 5.1)
Racemazele aminoacizilor (EC 5.1.1)
• Catalizează interconversia formelor D şi L ale unui substrat.
• Reacţii importante pentru metabolismul celular, în conversia din forma D în forma L
a aminoacizilor ce pătrund în organism prin intermediul nutrimentelor
• Organismul utilizează numai forma L a moleculelor respective.
• piridoxal fosfat (PLP)-dependente
COOH
CH3
CHNH2CH
COOH
CH3
NH2
alanin racemaza
(EC 5.1.1.1)
PLP
L--alaninãD--alaninã
L-aminoacid D-aminoacidPLP
43
IZOMERAZE CIS-TRANS (EC 5.2)
Aceste enzime rearanjează geometria moleculei la nivelul dublei legături.
Exemplu:
Retinal izomeraza (EC 5.2.1.3) sau all-trans-retinal 11-cis-trans-izomeraza
Această transformare reversibilă este implicată în mecanismul vederii.
CHO
CHO
all-trans-retinal
11-cis-retinal
11
retinal izomeraza
44
OXIDOREDUCTAZE INTRAMOLECULARE (EC 5.3)
Catalizează reacţii de oxidoreducere intramoleculare, adică oxidarea unei părţi a
unei molecule, cu reducerea corespunzătoare a unei alte părţi din moleculă.
În această subclasă sunt incluse enzimele ce au glucide ca substrat, de exemplu
enzimele ce catalizează interconversia aldozelor şi cetozelor.
Exemple:
Triozofosfat izomeraza (EC: 5.3.1.1) sau fosfotriozo- izomeraza, cu denumirea
sistematică : gliceraldehid 3-fosfat cetol-izomeraza
CH2
C
CH2-OH
OH
CH2
HC
HC
OH
OH
O
OH
OH
O
triozofosfat- izomeraza
O
O
O P
O
dihidroxiaceton fosfatgliceraldehid-3-fosfat
P
Glucoză-6-fosfat izomeraza (EC: 5.3.1.9), sau fosfohexozo izomeraza sau
fosfohexomutază, are denumirea sistematică : α-glucozo-6-fosfat-cetol izomeraza.
O
CH2-O-PO
3H
2
OH
OH
OHOH
O
OH
OH
CH2-O-PO
3H
2
CH2-OH
2
alfa-D- glucozã 6-fosfat beta-D- fructozã 6-fosfat
12
3
4
5
6
13
45
6
glucozo 6-fosfat izomeraza
OH
45
TRANSFERAZELE INTRAMOLECULARE. MUTAZE (EC 5.4.)
Cofactorii acestor enzime sunt : metilcobalamina şi 5’-deoxiadenozilcobalamina,
vitamere B12.
Exemple:
Metilmalonil-SCoA mutaza, (EC 5.4.99.2)
HOOC CH
CH3
O
SCoA HOOC CH2
CH2
O
SCoA
5'-deoxiadenozil
cobalaminã
Succinil ~SCoA
Metilmalonil -
CoA mutaza
Metilmalonil~SCoA
1 2
3
1 2 3
C ~ C ~
Metil-aspartat mutaza (EC: 5.4.99.1), sau glutamat-mutază
HOOC CH2
4
CH2
3
C2
HCOOH1
NH2
HOOC CH
CH3
CH
COOH
NH2
metil-aspartat-mutaza
EC: 4.4.99.1
Acid glutamic Acid metil-aspartic
metil-cobalamina
46
EC. 6 LIGAZE
47
Ligazele sunt enzime care catalizează formarea unei molecule mari prin
combinarea a două molecule mai simple, cu crearea de legături covalente.
Ligazele catalizează deci reacţii de biosinteză care au loc pe seama energiei
furnizate de obicei de ATP.
Pentru enzimele din această clasă se foloseşte şi denumirea de sintaze sau
sintetaze.
Se cunosc în prezent numai cofactorii ligazelor carbon-carbon : biotina şi
filochinonele (vitamina K1).
EC. 6 LIGAZE
Clasificarea ligazelor în subclase şi sub-subclase
6. Ligaze
6.1. Ligaze care formează legături carbon-oxigen6.1.1. Ligaze care formează aminoacil-ARNt şi compuşi înrudiţi
6.2. Ligaze care formează legături carbon-sulf
6.2.1. Ligaze acid-tiol
6.3. Ligaze care formează legături carbon-azot6.3.1. Ligaze acid-amoniu (sau amină) (amidă sintetaze)
6.3.2. Ligaze acid-aminoacid (peptid sintetaze)
6.3.3. Ciclo-ligaze
6.3.4. Alte ligaze carbon-azot
6.3.5. Ligaze carbon-azot cu glutamină ca donor de N-amidă
6.4. Ligaze care formează legături carbon-carbon6.5. Ligaze care formează legături de esteri fosforici
48
LIGAZE CE FORMEAZĂ LEGĂTURI CARBON-OXIGEN (C-O)
(EC 6.1)
Aminoacil ARNt-ligazele (EC 6.1.1):
• Catalizează condensarea unui aminoacid
cu ARN-ul de transport printr-un proces de acilare
• Se formează aminoacil-ARN de transport (ARNt)
• Are loc activarea aminoacizilor, etapă obigatorie în biosinteza proteică.
• Procesul este dependent de energia furnizată de ATP, iar legătura dintre
aminoacizi şi ARNt este de tip ester.
Aminoacid + ATP Aminoacil-AMP + PPi
Aminoacil-AMP + ARNt AMP + Aminoacil-ARNt
Reacţia se desfăşoară în două etape:
C
H
R
NH3+
C
O
O-
Aminoacid + ATP + ARNt + PPi+ AMPARNtC
H
R
NH2
C
O
O
aminoacil-ARN transport
Reacţia globală este:
49
50
Pentru fiecare aminoacid există
un ARNt corespunzător, şi deci,
o ARNt-ligază corespunzătoare.
ARNt
LIGAZE CE FORMEAZĂ LEGĂTURI CARBON-AZOT (C-N)
(EC 6.3)
Glutamin sintetaza (EC 6.3.1.2), sau glutamat amoniac ligaza, are
denumirea sistematică : L-glutamat : amoniac ligaza (ADP formator).
COOH
CH2
CH2
CHNH2
COOH
CH2
CH2
CH
COOH
NH2
NH3
NH2
O
+
acid L-glutamic
+ + ATP
C
ADP + Pi
glutamin sintetaza EC: 6.3.1.2
L-glutamina
Reacţie este implicată în detoxifierea amoniacului în organism prin
transformarea sa în glutamină.
51
C
CH2
CH2
CHNH2
COOH
O NH C
O
NH CH2
COOH
SH
CH2
CH
-L-Glutamat-cisteinil-
glicin-ligaza
acid L-glutamic + L-Cisteinã + Glicinã + ATP
+ ADP + Pi
Glutation redus (GSH)
Glutation sintetaza (EC: 6.3.2.3), denumită şi glutation sintază, are denumirea
sistematică : -L-glutamil-L-cisteinil : glicin ligaza (ADP formatoare).
LIGAZE CE FORMEAZĂ LEGĂTURI CARBON-AZOT (C-N)
(EC 6.3)
52
LIGAZE CE FORMEAZĂ LEGĂTURI CARBON-CARBON (C-C).
CARBOXILIGAZE (EC 6.4)
Enzime care realizează carboxilarea unor compuşi organici ;
Cofactorii acestor enzime sunt biotina şi vitamina K1.
Exemple:
Piruvat carboxilaza (EC: 6.4.1.1), sau piruvat carboxiligaza
COOH
CH2
COOHCH3
OO
COOH
Mn2+
+ "CO2" + ATPC
ADP+Pi
CBiotin-enzimã
acid piruvic
acid oxalilacetic
Acetil~SCoA carboxilaza (EC 6.4.1.2), sau acetil~SCoA carboxiligaza
O
SCoACH3
COOH
CH2
O
SCoA
Mn2+
C
~+ "CO2" + ATP
C~
ADP + Pi
Biotin-enzimã
malonil~SCoA
molecula starter
din biosinteza
de acizi graşi
53
Gama-glutamil carboxilaza catalizează, împreună cu vitamina K, carboxilarea acidului
glutamic din structura unor proteine biologic active din organism. Această modificare
posttranslațională este indispensabilă pentru activarea acestor proteine, cum este cazul
proteinelor implicate în cascada coagulării (factorii II, VII, IX, X) și a osteocalcinei –
implicată mineralizarea țesutului osos.
COOH
CH2
CH2
CH2
CH2
COOHCOO
OH
OH
CH3
R R
CH3
O
O
SH
SH
S
S
C
HN
HC
O
Rest de acid glutamic
din polipeptide (Glu)
C
HN
HC
O
H
CH
Rest de acid gama-carboxiglutamic
din polipeptide (Gla)
+ O2
+CO2
Gama-glutamil carboxilaza
Filochinonã
(forma redusã)Filochinonã 2,3-epoxid
R - radical fitil
O
Epoxid reductaza
NADH+H+
NAD+ XX compusi
ditiolicicompusi cu punte
disulfurã
H2O
54
CH2
COO
CH2
COOOOC
O2
CO2
CH2
CH
O
O
NH - CH - C -
-
Precursor inactiv al factorilor II, VII, IX, X -
proteinã cu acid glutamic necarboxilat
(Glu-proteine)
--
Vitamina K+
+
NH - CH - C -
Factori activi ai coagularii
proteinã cu acid glutamic -carboxilat
(Gla-proteine)
} Rest de acid glutamic
} Rest de acid -carboxi-glutamic
CCOO
OO
CH2
CH
NH - CH - CO -
Ca2+
Resturile γ-
carboxiglutamice
permit chelarea
ionilor de calciu la
nivelul proteinelor ce
intervin în coagulare
și în mineralizarea
osoasă !
Gama-glutamil
carboxilaza
55