ENZIME ENZIME Enzimele sunt catalizatorii lumii vii - biocatalizatori NOŢIUNI INTRODUCTIVE o catalizează reacţiile biochimice din organism o rol esenţial în biosinteza şi degradarea substanţelor din materia vie Există peste 2000 de enzime diferite Primele enzime izolate = fermenţi Sinteza enzimelor are loc în interiorul organismelor Îşi pot exercita acţiunea şi atunci când sunt extrase din organism, şi în afara acestuia 1 Curs Biochimie 2 Sef lucrari dr. ing. Irina ALEXA Universitatea “Vasile Alecsandri” din Bacau
Transcript
ENZIMEENZIME� Enzimele sunt catalizatorii lumii vii - biocatalizatori
NOŢIUNI INTRODUCTIVE
o catalizează reacţiile biochimice din organismo rol esenţial în biosinteza şi degradarea substanţelor din materia vie
� Există peste 2000 de enzime diferite
� Primele enzime izolate = fermenţi
� Sinteza enzimelor are loc în interiorul organismelor
� Îşi pot exercita acţiunea şi atunci când sunt extrase dinorganism, şi în afara acestuia
1
Curs Biochimie 2 Sef lucrari dr. ing. Irina ALEXA Universitatea “Vasile Alecsandri” din Bacau
ENZIMEENZIMENOŢIUNI INTRODUCTIVE
� d.p.d.v. chimic enzimele sunt PROTEINE cu rol funcţional � îşi pierd puterea catalitică sub acţiunea:
- căldurii;- acizilor şi a bazelor tari;- solvenţilor organici
� substanţa asupra căreia acţionează enzimele = SUBSTRAT
� forma inactivă – proenzime – trec în stare activă când celula are nevoie� endoenzime – îşi desfăşoară activitatea chiar în celulele în care sunt biosintetizate� exoenzime – deşi biosintetizate în celule, sunt eliminate în lichidele din organism, exercitându-şi acţiunea la acest nivel
2
De exemplu:� o reacţie - în prezenţa unei enzime poate dura o secundă
- în absenţa enzimei durează 12 zile
ENZIMEENZIME
o permit ca reacţiile biochimice să fie considerabil accelerate
CARACTERISTICI
o acţionează în cantităţi extrem de mici o le regăsim intacte la sfârşitul reacţiei
o măresc viteza reacţiilor – prin scăderea Eactivare a substratului
o se disting printr-o caracteristică - specificitate
3
ENZIMEENZIME
� Substraturile (A şi B) în
condiţii normale necesită o
cantitate de energie
considerabilă (E1) pentru a
atinge starea de tranziţie A...B,
după care produsul de reacţie
(AB) se poate forma.
� Enzima (E) crează un
microclimat propice în care A şi
B pot să atingă starea de
tranziţie (A...E...B) mai uşor,
reducând astfel cantitatea de
energie necesară (E2).
CARACTERISTICI
4
ENZIMEENZIME� denumire constituită din 3 părţi:
NOMENCLATURA
o denumirea substratului
o tipul de reacţie
� exemplu: lactat-dehidrogenaza
o sufixul -ază
C=O
COOH
CH3
C-OH
COOH
CH3
H-2H2
acid lactic acid piruvic
lactat-dehidrogenaza
5
ENZIMEENZIMESTRUCTURA
� numeroase enzime au o structură binară
� edificiu macromolecular complex determinat de nivelurile de organizare structurală ale proteinelor
o componenta proteică - APOENZIMAo componenta neproteică - COFACTORI
HOLOENZIMA
Activă d.p.d.v. catalitic
� prin îndepărtarea cofactorului – rămâne componenta proteică – inactivă în formă liberă
6
ENZIMEENZIMESTRUCTURA
� componenta neproteică - COFACTORI
� componenta proteică - APOENZIMA
o manifestă proprietăţile generale ale proteinelor
o stabileşte legătura enzimei cu substratul
o manifestă diferite grade de afinitate pentru cofactor
o sunt indispensabili pentru manifestarea activităţii catalitice
o imprimă specificitate de substrat
o imprimă specificitate de acţiune7
ENZIMEENZIMESTRUCTURA
� componenta neproteică - COFACTORI
1. COENZIME
2. GRUPĂRI PROSTETICE
3. IONI METALICI
- substanţe organice- fixate pe apoenzimă- greu disociabile de apoenzimă – leg. cov.- piridoxalfosfatul, hemul
- Mg2+, Mn2+, Cu2+, Zn2+, Fe2+(3+), Mo2+
- enzimele ce conţin ioni metalici= metal-enzime
- derivaţi de la vitamine- se ataşează temporar de apoenzimă- uşor disociabile de apoenzimă- NAD+, NADP+, FMN, FAD, ATP
8
ENZIMEENZIMESPECIFICITATEA ENZIMELOR
o diferă de catalizatorii neproteici
9
o proprietate caracteristică - specificitatea
DEFINIŢIE Prin specificitatea unei enzime se înţelege proprietatea sa de a acţiona preferenţial numai asupra unui substrat sau grup de substraturi cu caractere chimice comune.
o specificitatea de reacţie
o specificitatea de substrat
- specificitate absolută
- specificitate de grup
- stereospecificitatea
R CH
2
NH2
decarboxilaza
+ CO2
ENZIMEENZIMESPECIFICITATEA ENZIMELOR
10
o specificitatea de reacţie (acţiune)- se manifestă asupra unui singur substrat de către mai multe enzime, fiecare catalizând o anumită reacţie- exemplu: un α-aminoacid poate constitui substratul pentru mai multe enzime
R CH
NH2
COOH
R CH
COOH
OH
oxidaza+ NH3
R C O C O O H
transam inaza
ENZIMEENZIMESPECIFICITATEA ENZIMELOR
11
o specificitatea de substrat - se referă la activitatea care o manifestă enzimele faţă de anumite substraturi
- exemplu: ureaza hidrolizează numai ureea
� SPECIFICITATE ABSOLUTĂ- unele enzime nu acţionează decât asupra unui singur substrat fiind inactive faţă de altele cu structură asemănătoare
O=CNH
2
NH2 ureaza
CO2 + 2NH3
H2O
ENZIMEENZIMESPECIFICITATEA ENZIMELOR
12
o specificitatea de substrat
- exemplu: arginaza hidrolizează numai arginina
� SPECIFICITATE ABSOLUTĂ
NH2
C=NH
NH
CH2)3
CH NH2
COOH
NH2
CH2)3
CH NH2
COOH
C=O
NH2
NH2
arginaza
H2O(
(
arginina
ornitina uree
+
ENZIMEENZIMESPECIFICITATEA ENZIMELOR
13
o specificitatea de substrat � STEREOSPECIFICITATEA
- unele enzime au stereospecificitate faţă de izomeria cis-trans
- exemplu: fumaraza acţionează numai asupra acidului fumaric şi este inactivă asupra izomerului său cis – acidul maleic
H
H COOH
HOOC H
HH OH
COOH
HOOCfumaraza
H2O
acid fumaric acid malic
ENZIMEENZIMESPECIFICITATEA ENZIMELOR
14
o specificitatea de substrat � STEREOSPECIFICITATEA
- unele enzime manifestă o acţiune specifică faţă de o anumită formă stereoizomeră a substratului
exemplu: L-aminoacid-oxidazele nu recunsoc decât L-aminoacizii
- unele enzime fac distincţie între conformaţiile α şi β din legăturile glicozidice
exemplu: maltaza hidrolizează numai legătura (1-4) α glicozidicădin molecula de maltoză şi nu atacă legătura (1-4) β glicozidicădin celobioză
ENZIMEENZIMESPECIFICITATEA ENZIMELOR
15
o specificitatea de substrat
- exemplu: amilaza hidrolizează amidonul, dextrinele, glicogenulhexokinaza catalizează fosforilarea unei serii dehexoze în prezenţa de ATP
� SPECIFICITATE de GRUP
- unele enzime acţionează asupra unei serii de substraturi apropiate ca structură
ENZIMEENZIMEMECANISM DE ACŢIUNE
16
o pentru ca o reacţie să aibă loc cu o viteză apreciabilă, moleculele reactanţilor trebuie să fie activate
o enzima are capacitatea de a coborî nivelul energetic care condiţionează reacţia
o astfel moleculele reacţionează cu o viteză apreciabilă
ENZIMELE SCAD NIVELUL ENERGIEI DE ACTIVAREnecesar ca o reacţie să aibă loc
ENZIMEENZIMEMECANISM DE ACŢIUNE
17
o scăderea energiei de activare se datorează formării unui complex activat între enzimă (E) şi substrat (S)
K1
K2
K3
o ipoteza formării complexului intermediar activat ES a fost emisă de Michaelis şi Menten
ENZIMEENZIMEMECANISM DE ACŢIUNE
18
o la formarea complexului activat, substratul se fixează pe centrul activ al enzimei
o enzima participă cu o porţiune limitată din structura sa
o pe această porţiune există grupări capabile să atragă şi să fixeze molecula substratului
o ansamblul acestor grupări chimice = centru activ = centru catalitic
ENZIMEENZIMEMECANISM DE ACŢIUNE
19
o între centrul activ şi molecula substratului există complementarităţi conformaţionale şi chimice care permit asamblarea loro ipoteza “LACĂT-CHEIE”
