ENZIMELE
OBIECTIVELE: 1. 2. .
Noţiune despre despre enzime şi rolul lor biologic. biologic. Asemănările Asemănările și deosebirile deosebirile dintre acţiunea enzimelor şi a catalizatorilor nebiologici. Natura chimică a enzimelor. Dovezile naturii proteice a enzimelor. Structura enzimelor. Centrul activ şi centrul alosteric al enzimelor. !nzimele simple și con"ugate. Noțiune de holoenzimă# apoenzimă# co$actor# coenzimă și grupă grupă prostetică. prostetică. %uncţiile %uncţiile de coenzime ale vitaminelor vitaminelor şi microelementelor. microelementelor. Structura vitaminelor & # & # & # ((# acidului pantotenic# biotinei# acidului $olic şi rolul lor ca coenzime. *ecanismul de acţiune al enzimelor. Centrul activ al enzimelor şi rolul lui +n $ormarea şi trans$ormarea comple,elor intermediare dintre enzimă şi substrat. -olul modi$icărilor con$ormaţionale reciproce ale moleculei enzimei şi substratului +n procesul de cataliză. Nomenclatura /denumirea0 şi clasi$icarea enzimelor. enzimelor. Caracteristica generală a claselor şi subclaselor principale de enzime. Numărul de cod al enzimei. Speci$icitatea enzimelor /tipurile# e,emple0. 1
).
. '.
2
'
OBIECTIVELE: 1. 2. .
Noţiune despre despre enzime şi rolul lor biologic. biologic. Asemănările Asemănările și deosebirile deosebirile dintre acţiunea enzimelor şi a catalizatorilor nebiologici. Natura chimică a enzimelor. Dovezile naturii proteice a enzimelor. Structura enzimelor. Centrul activ şi centrul alosteric al enzimelor. !nzimele simple și con"ugate. Noțiune de holoenzimă# apoenzimă# co$actor# coenzimă și grupă grupă prostetică. prostetică. %uncţiile %uncţiile de coenzime ale vitaminelor vitaminelor şi microelementelor. microelementelor. Structura vitaminelor & # & # & # ((# acidului pantotenic# biotinei# acidului $olic şi rolul lor ca coenzime. *ecanismul de acţiune al enzimelor. Centrul activ al enzimelor şi rolul lui +n $ormarea şi trans$ormarea comple,elor intermediare dintre enzimă şi substrat. -olul modi$icărilor con$ormaţionale reciproce ale moleculei enzimei şi substratului +n procesul de cataliză. Nomenclatura /denumirea0 şi clasi$icarea enzimelor. enzimelor. Caracteristica generală a claselor şi subclaselor principale de enzime. Numărul de cod al enzimei. Speci$icitatea enzimelor /tipurile# e,emple0. 1
).
. '.
2
'
NO ȚIUNE DE ENZIMĂ !N*3 4 de la grecescul “EN ZYME”- +n dro"dii !nzime 4 biocatalizatori de natură proteică *ăresc 5 reacţiilor chimice# termodinamic posibile
!6 acţionează strict +ntr6o anumită consecutivitate şi cu o anumită speci$icitate
!nzimologie6 ştiinţa# ce se ocupă ocupă cu studierea !
!nzimodiagnostica 6 este determinarea activitătii !# care se pot modi$ica +n diverse patologii patologii cu di scop diagno stic.
!nzimoterapia !nzimoterapia 6 este utilizarea !# e,trase şi puri$icate sau sintetizate +n laborator# +n tratamentul di$eritor patologii.
Natura chimică a E
1. 2. . ). . '.
E- sunt proteine şi posedă toate proprietăţile
$izico6chimice speci$ice acestor molecule /solubilitate# proprietăţi osmotice# sarcină electrică netă# denaturare termică0 Dovezile e,perimentale7 Sunt alcătuite din AA (rezintă macromolecule 8n apă $ormează sol. coloidale cu propriet. sale speci$ice (rezintă electroliţi am$oliţi Se supun denaturării Au $ost sintetizate +n condiţii de laborator din AA /ribonucleaza# lizozima0
Asemănările E cu catalizatrii ner!anici 1. 2. . ).
catalizează numai reacţiile posibile din punct de vedere energetic nu modi$ică echilibrul reacţiilor reversibile nu modi$ică direcţia reacţiei nu se consumă +n procesul reacţiilor.
Dese"irile E #e catalizatri catali zatriii ner!anici 1.
2. .
5iteza catalizei enzimatice este cu mult mai mare dec9t a celei nebiologice /1 mg de %e +n componenţa catalazei poate +nlocui o tonă de %e metalic0. ! posedă speci$icitate +naltă. ! catalizează reacţiile chimice +n condiţii bl9nde /presiunea obişnuită# temperatura :C# p; aproape neutru0.
Dese"irile E #e catalizatri catali zatriii ner!anici 4. ! catalizează reacţiile $ără $ormarea
produselor intermediare 4 randamentul este de 1<<= . Activitatea Activitatea !# de aici şi reacţiile reacţiile enzimatice se reglează. '. 5iteza reacţiilor este direct proporţională cu cantitatea !.
$tructura enzime enzimelr lr *asa moleculară a ! e de mii de ori mai mare dec9t masa moleculară a substratului /S0 S 4 sau ligandul# substanţa asupra căreia acţionează ! ! acţionează nu cu toată molecula dar cu un anumit sector 4 denumit centrul activ (CA) CA 6 locul care asigură interacţiunea ! cu S şi trans$ormarea ulterioară a acestuia +n (
%articularită&ile CA 1. este o structură tridimensională unicală,
formată din radicali ai aminoacizilor distanţaţi în catena primară proteică !. "osedă #rupări funcţionale active (-$%, -S%, -&%!, -C$$%, etc.)
%articularită&ile CA 3. Are $ormă de ad9ncitură sau cavitate# căptuşită
cu AA hidro$obi#unde nu6i acces de apă /e,. c9nd apa este un reagent al reacţiei0. CA conţine AA polari. ). >cupă o parte relativ mică din volumul ! şi ma"oritatea resturilor de AA +n molecula ! nu contactează cu S . S relativ slab se leagă cu ! '. CA este alcătuit din 2 sectoare7 Sectorul de contact /de legare0 Sectorul catalitic
Or!anizarea 'unc&inală a enzimelr 1. !. .
+. .
Centrul alosteric Este centrul re#lator 'iează modulatorul alosteric Adiţionarea modulatorului modifică conformaţia enzimei *i secundar activitatea ei odulatorul pozitiv activator odulatorul ne#ativ - in/i0itor
(e!larea alsterică a acti)ită&ii enzimatice
Enzime alsterice *oleculele enzimelor alosterice sunt mai mari# mai comple,e şi sunt oligomere pare Au cinetica lor 4 viteza reacţiilor +n dependenţă de c= S are $ormă sigmoidală# dar nu hiperbolică# cauzată de urmările interacţiunii +ntre protomerii ce leagă S +n mod cooperativ
$tructura enzimelr Din punct de vedere structural deosebim7 1. ! simple 4 alcătuite numai din AA /proteazele# lipazele# ribonucleaza0 2. ! con"ugate 6 $ormate din7 a. partea proteică 4 apoenzimă b. partea neproteică ;>?>!N*3 4 partea neproteică @apoenzima cu activitate catalitică
%A(TEA NE%(OTEICĂ A E A7 C+nd componenta neproteică este un ion metalic 4 este denumită co$actor 8n calitate de co$actori apar $recvent cationii unor metale ('e!, #, n sau 2n! şi# $oarte rar# unii anioni 4
%A(TEA NE%(OTEICĂ A E
&7 C+nd componenta neproteică este o moleculă organică de mici dimensiuni 4 este denumită coenzimă
Cenzimele Coenzima str9ns legată +n structura ! 4 grupare prostetică /%*N %AD# biotina# acidul lipoic0 Coenzima slab legat# uşor disociabilă 4 cosubstrat /NAD NAD(# coenzima A0
(lul metalelr in cataliza enzimatica 6 6 6
Sunt componente esen țiale ale centrului catalitic /activ0 (articipă la legarea S și $ormarea comple,ului !S Necesare +n men ținerea structurii D a enzimei
(lul metalelr in cataliza enzimatica
(articipă nemi"locit la cataliză /+n reactii de trans$er de electroni0 (articipă la reglarea activității !
Inii #e metale *c'actri ai E
1. 2. .
După modul de legare şi rolul ionului metalic ! sunt7 etaloenzime care conţin +n calitate de co$actori ioni de metale# str9ns legaţi de apo! !,emple7 Citocromi# pero,idaza# catalaza /%e0 Citocromo,idaza /Cu0 alcoolD; carbo,ipeptidaza /n0 E metaloactive 4 a căror activitate creşte +n prezenţa ionului metalic# care leagă metalul slab. *etalele sunt $i,ate de apoenzimă prin legături electrostatice la care participă resturile de AA acizi /Asp# Blu0 sau bazici /Arg# ?z# ;is0
E+EM%LE DE METALOENZIME 6 Fe-enzime3
hem (citocromi,
catalaze,
peroidaze) - Cu -enzime3 citocromoidaza, superoiddismutaza, tiroin-/idroilaza - Mn-enzime3 peptidaza, ar#inaza, izocitratde/idro#enaza - Co-enzime3 co0alamin-enzime - Se-enzime3 #lutationperoidaza
Cenzimele ,CE1. Sunt parte componentă a centrului activ !. Contri0uie la sta0ilizarea conformaţiei
enzimei . Contri0uie la fiarea su0stratului +. "articipă nemi4locit la actul catalitic
Clasi'icarea CE
1. 2. . ). . '. :. E.
iaminice %lavinice Nicotinamidice (irido,inice %olice Cobamidice &iotinice lipoice
Co! vitaminice
Co! nevitaminice
1. /emurile de diversă natură !. &ucleotidele . 'osfaţii monoza/aridelor
Cenzimele tiaminice Derivaţii vitaminei &1 *(# D( /((06 cocarbo,ilaza# ( -olul7 1. Decarbo,ilarea o,idativă a piruvatului 2. Decarbo,ilarea o,idativă a F cetoglutaratului . -eacţii de transcetolare
5itamin 613 7iamin
Coenzima - 7iamin pirofosfat 7""
(eac&ia sumară a #ecar".ilării .i#ati)e a /iru)atului cu /artici/area T%% ,#eri)0 Vit0 B 1-
Cenzimele 'la)inice
1. 2. . ). . '. :.
Derivaţi ai vitaminei &2 %*N şi %AD -olul7 (articipă +n reacţiile de o,ido6reducere7 Dezaminarea AA Degradarea aldehidelor /aldehidD;0 Degradarea purinelor /,antino,idaza0 Ciclul Grebs /succinatD;0 >,idarea AB D>( /dihidrolipoilD;0
5itamina 6!3 ri0oflavina
Coenzima 'lavin mononucleotidul ('&) Coenzim 'lavin adenin dinucleotidul ('A8
Cenzimele 'la)inice
(eac&ia #e #ehi#r!enare a (eac&ia succinatului succinatul ui cu /art /artici/area ici/area 2AD 2AD * #eri)atul )it0 B 3
Cenzimele nictinami#ice
Sunt derivaţi ai vitaminei (( 4niacina# niacinamida# & & se include +n structura a 2 Co6 NAD şi NAD( -olul (articipă +n reacţiile de o,ido6reducere /dehidrogenarea S 4 trans$erul unui hibrid ion /;@ şi 2 e0. Alt Alt proton răm9ne +n soluţie ;@
5itamina ""3 nicotinamida
Coenzimele H nicotinamid adenin dinudleotidul (&A8 ) H nicotinamid adenin dinudleotid fosfat (&A8" )
Cenzimele nictinami#ice
Cenzimele nictinami#ice
(eac&ia #e #ehi#r!enare a malatului cu /artici/area NAD * #eri)atul )it0 %%
Cenzimele /iri#.inice
1. 2. .
Derivaţi a vitaminei &' Co 4 pirido,al$os$at şi pirido,amin$os$at -olul7 ransaminarea AA Decarbo,ilarea AA ranssul$urarea
5itamina 69 3
(irido,ina
Coenzimele3
(irido,al
(irido,amina
(eac&ia #e transaminare a aminacizilr cu /artici/area %AL% 4i %AM% * #eri)a&ii )it0 B 5
C /anttenice ,B6-7 8$7 CA
biosinteza AB biosinteza Col sinteza corpilor cetonici >,idarea AB Ciclul Grebs Sinteza aminolevulinatului D>( D> a al$a cetoglutaratului rans$erul grupelor acil 1. 2. . ). . '. :. E.
C "itinice * )itamina 8 Bluconeogeneză / cale 4piruvatdecarbo,ilaza0 Sinteza AB /$ormarea lui malonil CoA0 rans$ormarea propionil6CoA +n succinil CoA /o,idarea AB cu număr impar0 ntervine +n catabolismul ?eu
C c"ami#ice * B13 7cianc"alamina
1. 2.
5itamină antipernicioasă pentru om şi $actor de creştere pentru microorganisme 8n $icat sunt compuşi cobalaminici7 meti6 hidro,o6 şi deo,iadenozil6cobalamină -olul7 Co pentru unele transmetilaze /homocisteină 4 metionină0 Co pentru anumite mutaze /izomeraze06 metilmalonil Co A6666 succinil CoA
C 'lice sau /teri#inice &c6acidul $olic %orma activă6 acidul tetrahidro$olic -ol7 trans$erul grupărilor cu un C7 metil /C;0# metilen/6C;20# $ormil /C>;0# $ormimino /C;IN;0
*ecanismul de acţiune al !
(entru decurgerea unei reacţii este necesar ca molecula de S şi ! să contacteze +ntre ele# pentru aceasta e necesar de conştientizarea unei noţiuni ca7 Ener#ia de activare 4 este energia necesară tuturor moleculelor moleculelor unui mol de S# care la o anumită t pot să atingă starea de tranziţie /corespunzătoare api,ului barierii energetice0 /GJKmol LcalKmol0
*ecanismul de acţiune al ! ! 6 micşorează energia de activare ale reacţiilor chimice. Cu c+t mai mult scade energie de activare# cu at+t mai e$icient acţionează catalizatorul# şi cu at+t mai mult se accelerează reacţia.
S E : E-S ; E E"
!nergia de activare a reactiei necatalizate e i g r e n !
S
!nergia de activare a reactiei catalizate
<
(
(rogresul reactiei !nzimele reduc ener#ia de activare $ara sa a$ecteze energia libera a reactiei / <). Ast$el# enzimele cresc viteza de reactie .
Enzymes Lower a Reaction’s Activation Energy
Eta/ele ac&iunii enzimatice E + S <——> ES <——> ES* <——> EP <——> E + P I et.
III et.
II et.
= et. formarea compleului enzimă-su0strat (E-S) == et. cataliza transformarea S în produsul reacţiei (") de către enzimă === et. - eli0erarea " de la E
Mecanismul #e ac&iune al enzimelr
Prima etapă: Difuzia S spre E şi legarea cu CA al E formarea complexului ES 1. e scurtă urată !. epi"e e co"ce"tra#ia su$stratului şi e %iteza lui e ifuzie spre ce"trul acti% al e"zimei.
Mecanismul #e ac&iune al E rans$ormarea comple,ului primar !S +n unul sau c+teva comple,e activate 6 !SM# !SMM /este cea mai lentă0. Are loc dereglarea legăturilor S# ruperea lor sau $ormarea noilor legături +n urma interacţiunii grupelor catalitice ale !. . Despărţirea produselor reacţiei de CA al ! şi di$uzia lor +n mediul ambiant /comple,ul !( disociază +n ! şi (0. 2.
I/teza 9lacăt7cheie ,2ischer- 4i 9cinci#en&a 'r&ată ,;shlan#
odelul clasic (Emil 'isc/er 0 consideră că
potrivirea S cu CA al ! este analog cu potrivirea lacăt6cheieO. Acest model presupune o rigiditate a structurii enzimei +n zona CA.
modelul >os/land, numit ?centrul activ indus@- potrivire indusă # presupune că CA
nu este rigid# că $orma acestuia se modi$ică +n momentul legării S.
Teria 9cheie7lacăt 7 2isher
Teria 9cinci#en&ei in#use 7 ;shlan#
E+S-- ES- E+P
9cinci#en&a 'r&ată: ,;chlan#-
Mecanismul #e ac&iune al E
1.
!. .
+.
?a nivel molecular acţiunea ! poate $i lămurită prin următoarele e$ecte7 Efectul de orientare a su0stratelor /CA al ! $i,ează S şi le orientează +ntr6un mod convenabil pentru acţiunea gr. catalitice0 Efectul de deformare a S /după unirea +n CA molecula S se +ntinde# se de$ormează 4$avoriz9nd scindarea ei0 Cataliza acido-0azică /+n procesul $i,ării S +n CA asupra lui acţionează grupele electro$ile ale sectorului catalitic# are loc redistribuirea densităţii electronice +n S şi ruperea legăturilor din S Cataliza covalentă 4 $ormarea legăturilor covalente +ntre CA şi S# comple,ul !S e $oarte instabil# uşor disociază eliber9nd ( reacţiei
Clasi'icarea actuală a enzimelr0
oate ! se +mpart +n *ase clase# clasele în su0clase, su0clasele în su0su0clase, numărul său de ordin. E3 8% - 1.1.1.!B
Clasa reprezintă tipul de reacţie# catalizat de enzime Subclasa 4 precizează acţiunea ! 6 indică gruparea sau legătura chimică interesată +n reacţie Subsubclasa 4 precizează natura acceptorului care participă la reacţii 8enumirea E denumirea S tipul reacţiei catalizate aza
Clasi'icarea actuală a enzimelr 1. 2. . ).
. '.
>,idoreductaze# catalizează reacţiii de o,ido6reducere rans$eraze# catalizează trans$eruri grupelor $uncţionale de la un S la altul /metil# amino# acil#0 ;idrolaze catalizează scindări de legături covalente cu adiţionarea apei ?iaze# catalizează ruperea leg. C6C# C6S şi C6N $ără adiţionarea apei# adiţia la legături duble şi reacţiile inverse. zomeraze# catalizează toate tipurile de trans$ormări +n cadrul uneia şi aceleaşi moleculă ?igaze /sintetaze0# catalizează $ormarea de legături +ntre carbon şi ># S# N# cuplate cu hidroliza legăturilor macroergice /utilizarea A(0.
Clasi$icarea enzimelor . 6 catalizează reacţiii de o,ido6 reducere 6catalizează trans$eruri grupelor $uncţionale de la un S la altul /metil# amino# acil#0 la 6catalizează scindări de legături covalente cu cu adiţionarea apei 6catalizează ruper ea leg. C6C# C6C# ea leg C6S şi C6N $ără $ără adiţionarea apei# adiţia la legături duble apei# şi reacţiile inverse.
6catalizează toate tipurile de trans$ormări +n cadrul uneia şi aceleaşi moleculă 6 catalizează catalizează $ormarea de legături +ntre carbon şi ># S# N# cuplate cu hidroliza legăturilor macroergice
' clase de !nzime 1. $idoreductaze
H catalizează reacţiii de oido-reducere
Dehidrogenaze >,idaze# (ero,idaze# Catalaze 4;idro,ilaze# -eductaze
30 Trans'eraze 1.
catalizează transferuri #rupelor funcţionale de la un S la altul (metil, amino, acil)
Transal#laze si transcetlaze 7Acil7= metal7=!liczil7 si amintrans'eraze 7;inaze
60 8i#rlaze catalizează scindări de le#ături covalente cu cu adiţionarea apei
Esteraze = 7>liczi#aze 7%e/ti#aze 72s'ataze= 7Tilaze = 7(i"nucleaze
?0 Liaze catalizează ruper ea le#. C-C, C-C, C-S *i C-& fără fără ea le# adiţionarea apei, adiţia la le#ături du0le *i reacţiile inverse.
?0 Liaze 7Decar".ilaze 7Al#laze 78i#rataze
@0 Izmeraze catalizează toate tipurile de transformări în cadrul uneia *i *i acelea*i moleculă
(acemaze 7E/imeraze 7Izmeraze 7Mutaze
@0 Izmeraze
@0 Izmeraze
50 Li!aze ,sintetazecatalizează formarea de le#ături între car0on *i $, S, &, cuplate cu /idroliza le#ăturilor macroer#ice (utilizarea (utilizarea A7").
$intetaze 7Car".ilaze
$/eci'icitatea este capacitatea unei enzime de a selecta dintr-un număr mare de S unul particular particular , -
6este condiţionat ă de de complimentaritatea conformaţională *i electrostatică între CA al E *i S.
E
S1
S4 S2
8eci fiecare E catalizează un anumit tip de reactii sau transformarea unui anumit S
$/eci'icitatea: 1.Specificitatea
de reacţie7
enzimele catalizează un anumit tip de reacţie ce stă la baza clasi$icării lor7 o reacţie redo,# un trans$er a unei grupe $uncționale# $ormarea unei legături# etc.
30 $/eci'icitatea #e su"strat a enzimelr =. Specificitatea a0solută de su0strat enzima catalizează transformarea doar a unui sin#ur su0strat
$/eci'icitatea #e su"strat a enzimelr ==. Specificitatea relativă de su0strat enzima catalizează transformarea unei #rup numeros de su0stanţe cu diferită structură c/imică în acela*i mod E. citocromul "+.C /idrolizează cDteva mii de su0stanţe
/ec c a ea e su s ra a enzimelr
specificitate
relativa de su0strat
6 asigura trans$ormarea unui grup de substante inrudite chimic şi se int+lneşte +n di$erite ipostaze7
$/eci'icitatea #e su"strat a enzimelr ===. Specificitatea a0solută de #rup E catalizează transformarea unui #rup de su0strate analo#ice structural (A8% 6 unui
grup de alcooli monohidro,ilici# recunoscind gruparea >;
$/eci'icitatea #e su"strat a enzimelr IV. Specificitatea
relativă de #rup enzima catalizează transformarea unei anumite #rupe sau le#ături c/imice din diverse su0stanţe c/imice E. pepsina /idrolizează le#ăturile peptidice formate de #rupările car0oilice ale aminoacizilor aromatici "/e, 7ir *i 7rp
/ec c a ea re a ) !ru/ă
e
0 /ec c a e sterechimică 6
6
! catalizează trans$ormarea numai a unuia din stereoizomerii posibili /D sau ? sau numai a izomerului cis6 sau trans60. !,7 Amilaza scindează legăturile F 16) glucozidice din amidon sau glicogen şi nu in$luenţează asupra legăturilor P din celuloză.
%(O%(IETĂILE ENZIMELO(
O"iecti)ele: 1. 2. . ). .
'. :.
E. R. 1.
Cinetica enzimatică. n$luenţa concentraţiei enzimei şi a substratului# a p;6ului şi a temperaturii asupra activităţii enzimatice. (rincipiul determinării activităţii enzimelor. Qnităţile de activitate a enzimelor. nhibiţia activităţii enzimelor /speci$ică şi nespeci$ică# reversibilă şi ireversibilă# competitivă# necompetitivă şi noncompetitivă0. -eglarea activităţii enzimelor /proteoliză parţială# reglarea alosterică# autostructurarea cuaternară# reglarea covalentă0. >rganizarea enzimelor +n celulă /ansamblurile enzimatice# compartimentalizarea0. -eglarea activităţii enzimelor +n celulă. mportanţa principiului de retroinhibiţie. zoenzimele 4 particularită țile structurale și $unc ționale# valoarea lor biomedicală. Deosebirile +n componenţa enzimatică a organelor şi ţesuturilor. !nzimele organospeci$ice. *odi$icarea activităţii enzimatice +n di$erite a$ecţiuni /enzimodiagnosticul0. *etodele de obţinere şi puri$icare a enzimelor. Cromatogra$ia de a$initate. Qtilizarea enzimelor +n practica medicală. 8ntrebuinţarea enzimelor imobilizate +n medicină.
2actrii care in'luien&iază acti)itatea E emperatura p; Concentraţia S Concentraţia ! electroliţii
Termla"ilitatea ,t! 4 sunt termolabile t optimă a ! din organism 6 6 )< C odată cu creşterea t cu 1<C /dacă luăm punctul de plecare < 0 6 5 reacţiei enzimatice sporeşte de 1# ori# ating9nd ma, la t )<C. *a"orarea de mai departe duce la micşorarea activităţii enzimatice 6 denaturarea proteinei.
Termla"ilitatea ,tQnele ! a microorganismelor termo$ile sunt active la t de E<C ?a t "oase ! se inactivează /e,cepţii7 catalaza7 activitate ma, la tI< C0
Termla"ilitatea ,t
v reacţiei odată cu
t este +nterpretată prin prisma Tenergiei de activareT. (entru $iecare ! se poate stabili o t optimă la care 5 atinge valoarea ma,# mai departe 5 scade din cauza denaturării.
Ac&iunea /8 asu/ra acti)ită&ii enzimatice
%iecare ! are p; optim propriu /mani$estă activitate ma,0. *a"oritatea ! celulare au p;6ul optim6 '6E /:#)0 e,cepţii7 hidrolazele acide lizozomale p;I *A> din membrana *C e,terna p;I 1<.
Ac&iunea /8 asu/ra acti)ită&ii enzimatice
1. 2. .
?a ! digestive p; optim este cel al sediului lor de acţiune7 (epsina 4 p; 1# 4 2# Amilaza pancreatică 6 p; :#2# ripsina 6 p; :#E6 E#<
Ac&iunea /8 asu/ra acti)ită&ii enzimatice
Ac&iunea /8 asu/ra acti)ită&ii enzimatice p; optim e dependent de7 1. gradul de ionizare a grupelor $uncţionale# 2. a$inităţii ! $aţă de S# . stabilităţii !.
Ac&iunea /8 asu/ra acti)ită&ii enzimatice
n CA al ! se a$lă grupări ionizabile# acide sau bazice. Acestea interacţionează direct cu ionii ;@ si >;6# rezultatul $iind creşterea sau scăderea gradului lor de disociere# acţion+nd ca adevăraţi inhibitori ai ! /amilaza +n sucul gastric0. onii ;@ si >;6 au un e$ect denaturant asupra ! 6 rup legăturile# ce determină structura terţiară.
Ac&iunea /8 asu/ra acti)ită&ii enzimatice Deci mărind sau micşor9nd p;6ul mediului# se poate regla activitatea catalitică a !. Dependenţa activităţii ! de variaţia p;6ului 6 curbă +n $orma de clopot.
E +n condiţii standard 2 mol de ! +ntr6o anumită perioadă de timp vor trans$orma de 2 ori mai multe molecule de S dec9t 1 mol de ! /relaţie direct proporţională0.
$ Bra$ic se reprezintă sub $ormă de o curbă de tip hiperbolic. +n perioada iniţială a reacţiei 5 creşte pe măsură ce creşte USV. ?a un moment dat c+nd CA al ! se ocupă de S 4 5 nu mai creşte. !a răm+ne constantă şi corespunde 5 ma, a reacţiei. 8n cazul ! alosterice 4 curba reprezintă un aspect sigmoid
$ Analiza curbei hiperbolice arată că ea reprezintă zone7 a. 5 de reacţie creşte proporţional cu c= S b. Creşterea este mai +ncetă c. 5 de reacţie nu mai creşte
Această curbă este numită numită curba lui *ichaelis6 *enten şi se e,primă prin ecuaţia7 USV 5I5ma, , WWWWWWWWW Gm @USV
unde7 565 reacţiei la un moment dat 5ma,6 viteza ma, Gm6constanta lui *ichaelis *enten USV 4C= molară a S
;m7cnstanta lui Michaelis Menten Gm6 este acea concentraţie de S pentru care v de reacţie este "umătate din 5ma,. Gm re$lectă a$initatea ! pentru S şi anume cu c9t Gm este mai mică cu at+t a$initatea este mai mare şi invers.
Ecua&ia lui Lineeaer7 BurF: Din curba lui *ichaelis *enten nu poate $i determinată 5 ma, /deoarece nu se pot atinge c= in$inite ale substratului0. Se procedează la linearizarea ecuaţiei# obţin+ndu6se ecuaţia lui ?ineXeaXer6 &urL7
1
=
K m
+
1
V0 Vmax[S] Vmax
Ecua&ia lui Lineeaer7 BurF:
Mecanismele #e acti)are aE Sunt 7 1. nespecifice7 temperatura # iradierea 2. specifice 6 Se activează la7 1. ma"orarea concentraţiei S c+nd este insu$icient 2. ma"orarea cantităţii ! . introducerea Co c+nd sunt insu$iciente ). ntroducerea ionilor metalelor %e# Cu
Mecanismele #e acti)are a E 6
Deosebim următoarele tipuri de reglare a activităţii enzimatice7
1. Fe#lare
covalentă - proteoliza limitata !. Fe#lare covalentă fosforilareG defosforilare . Autostructurarea cuaternară +. Alosterică . Feactivare
7 %rteliză limitată Qnele enzime /proteine0 se sintetizează +n $orma neactivă de precursor 4 proenzime /zimogeni0 !,emplu7 10 enzimele digestiei7 pepsinogenul# chimotripsinogenul# tripsinogenul# proelastaza# procarbo,ipeptidaza 6 scindeaza proteinele in stomac şi duoden. 20 coagularea singelui e determinată de cascada de reacţii cu activitate proteolitică 0 hormonii proteici /insulina0 )0 proteinele $ibrilare /colagenul0.
%rteliză limitată 6este scindarea unui sector al catenei +n rezultatul căreia ! se restructurează şi se $ormează CA. ;@ (epsinogen 666666Ypepsină 6)2AA
Im/rtanța "il!ică a /rezen&ei 'rmelr neacti)e imogenii sunt produse la locurile de sinteză /mucoasa gastrică pentru pepsinogen# pancreasul pentru toate celelalte0# activările se produc la locul de ac țiune /stomac# intestin subțire0 1. (rote"ază de proteoliză proteinele celulelor producătoare de !. 2. !ste o $orma de rezervă a !# care rapid pot $i activate şi intervin +n reacţie.
(e!larea c)alentă 7 's'rilare7 #e's'rilare unele ! sunt active +n $orma $os$orilată# iar altele +n $orma de$os$orilată. !,.7 glicogen $os$orilaza 4 activă +n $orma $os$orilată glicogen sintaza 4 este activă +n $orma de$os$orilată
(e!larea c)alentă 7 's'rilare7#e's'rilare -eacţiile de $os$orilare sunt catalizate de Linaze speci$ice. !6>; @ A( 66666666Y !6>6( @AD( De$os$orilarea are loc sub acţiunea $os$otazei speci$ice !6>( @;2>6666666Y !6>; @;(>)
Autstructurarea cuaternară !ste caracteristică ! ce posedă structură cuaternară %iecare protomer +n parte nu e activ ?a asamblarea lor 4 se modi$ică con$ormaţia $iecărui protomer şi corespunzător se modi$ică şi con$ormaţia CA# devenind ast$el $avorabil pentru $i,area şi trans$ormarea S
S
CA
EE
M A l los
nhibiţia activităţii enzimelor
Deosebim7 1. inhibiţie nespeci$ică /# p;# agenţii denaturării 0 2. inhibiţie speci$ică nhibiţia poate $i reversi0ilă *i ireversi0ilă. a o in/i0iiţie reversi0ilă 6 inhibitori se $i,eaza slab# necovalent de !
inhi"ii&ia ire)ersi"ilă
= covalent se $i,ează de E cu $ormarea E= nedisocia0il . Eemple3 Diizopropil$luor$os$atul /to,ina
neuroparalitica0 se $i,ează de >;6serinei +n CA a acetilholinesterazei /scindează acetilcolina0 cu $ormarea ! neactive. 8n rezultat se menţine e$ectul acetilcolinei +n permanenţă ce duce la paralici muscular şi moarte. 6 ionii metalelor grele /;g# (b0 inhibă gruparea S; a multor ! acidul iodacetic6 inhibă ribonucleaza
nhibiţie ireversibilă
Ti/uri #e inhi"itie Deosebim7 1. nhibiţie competitivă 2. nhibiţie necompetitivă . nhibiţie prin e,ces de S ). nhibiţie alosterică
Inhi"i&ia cm/etiti)ă se aseamănă după structură cu S. Apare o competiţie dintre şi S pentru CA. Nu e posibil simultan $i,area S şi a . ! va $i,a pe acel competitor care se a$lă intr6 o concentraţie mai mare. !@ 6666 ! !ste o inhibiţie reversibilă6 poate $i +nlăturat cu adăugarea +n e,es a S.
Inhi"i&ia cm/etiti)ă
Inhi"i&ia cm/etiti)ă nhibiţia competitivă diminuează v catalizei7 nu modi$ică 5 ma,# dar creşte mult Gm# micşor9nd a$initatea ! pentru S.
?ineXeaXer6 &urL
Inhi"i&ia cm/etiti)ă !,emplu7 inhibiţia SD; cu malonat /SD; 6o,ideaza succinatul in $umarat0. *alonatul inhibă aceasta ! datorită asemănării cu S. Sul$amidele 4substituie acidul p6amino6 benzoic din a. $olic# indispensabil pentru creşterea microorganismelor# +mpedic9nd dezvoltarea lor /antibacteriană0
inhibiţia enzimei (SDH)! malona". SDH o#i$eaza o#i$eaza s!ina"!l in %!ma&a") Malona"!l Malona"!l inhiba aeas"a E $a"o&i"a asemana&ii ! S. Pa&"i!la&i"a"ea '&ini'al a a aes"!i "i' $e inhibi ţie es"e 'oa"e 'oa"e * nl ! a$!a&ea * n e#es a nl"!&a" ! S(s!ina").
Inhi"i&ia necm/etiti)ă nhibitorul nu se aseamănă ca structură cu S şi S se leagă simultan cu ! dar locusurile sint di$erite / nu se leagă +n CA0 !@S@666666666 Y!S Acest tip de inhibiţie nu se +nlătură prin e,ces de substrat. necompetitivi scad 5 ma, dar nu a$ectează Gm
Inhi"i&ia necm/etiti)ă
n
a necm/e ) Lineeaer7 BurF
Inhi"i&ia necm/etiti)ă !,7 cianurile# C> se $i,ează cu %e @ din citocromo,idază 666se +ntrerupe ? poate $i +nlăturat de substanţe care +l leagă 4 numite reactivatori
, i S se lea sim!l"an ! E *n lo!s!&i lo!s!&i $i%e&i"e $i%e&i"e
M&i&ea onen"&aţiei $e S n! mio&eaza inhibiţia.
Cei mai de vază inhibitori de acest tip în celulele vii sint produsele intermediare ale metabolismului, care reversibil se i!ează la unele E re"latoare #i modiică activitatea lor$
&
se leagă la comple,ul !S# !@S6666!S @66666 !S *icşorează şi Gm şi 5ma,
Inhi"i&ia uncm/etiti)ă Lineeaer7 BurF
Alte ti/uri #e inhui"iție
in/i0iţia prin modificarea covalentă a
moleculei ! 6 prin $os$orilare pe baza A(6ului. Qnele ! $os$orilate pierd activitatea de e,emplu enzima glicogensintaza =n/i0iţia prin eces de S 4 +n CA se $i,ează simultan surplus de S 4 ce nu poate $i trans$ormat. !ste o inhibiţie reversibilă 4 +nlăturarea S
nhibiţie alosterică 6 inhibitorul /e$ectorul0 se leagă +n centrul alosteric alosteric al enzimei# modi$ic9nd con$ormaţia moleculei /structura terţiară0 ce are ca consecinţă de$ormarea centrului activ.
E S CA CA E
s A l loM
(etrinhi"i&ie
Izenzimele7 izE
1. 2. .
$orme moleculare multiple ale !# ce catalizează aceeaşi reacţie chimică# dar di$eră prin structură# proprietăţi $izice# chimice şi cinetice Di$erite $orme de izo! se pot găsi7 +mpreună /?D; din $icat0 +n ţesuturi di$erite /$os$otaza acidă +n prostată şi hematii0 sau +n di$erite compartimente ale aceleiaşi celule /*D; *C şi Cit0
IzE #i'eră Gntre ele /rin: 1. 2. . ). .
sarcina electrică /ce permite separarea lor prin electro$oreză0 5 ma, de cataliză# sensibilitatea $aţă de modulatorii allos p;6optim de acţiune termolabilitate# au a$initate di$erită $aţă de S.
$T(UCTU(A IZOE Sunt ! oligomere# cu structură cuaternară# alcătuite din cel puţin 2 protomeri di$eriţi !,. ?D; /lactat 4 piruvat0 (rezintă un tetramer# alcătuit din 2 tipuri de subunităţi /; 4 inimă *6 muşchi0 +n di$erite raporturi codificate de #ene diferite.
;;;; 4 inimă ;;;*;;** ;*** **** 4 muşchi
Iz'rmele lactat #ehi#r!enazei ,LD8?D;61 /);0 6 in inima ?D;62 /;1*0 6 in sistemul reticuloendotelial ?D;6 /2;2*0 6 in plamani ?D;6) /1;*0 6 in rinic/i ?D;6 /)*0 6 in ficat si musc/iul striat
/; este tipul de monomer intalnit in inima# iar * este monomerul caracteristic izoenzimei hepatice si musculare0
-ol in diagnosticul medical indicand distrugeri celulare
(OLUL izenzimelr +n controlul metabolic / $aciliteaza adaptarea metabolismului in di$erite ţesuturi.0 !,7 in miocard predomina ;) /inhibată de piruvat0 6 orientează o,idarea piruvatului pe cale aeroba. *) este activată de catre piruvat şi orientează trans$ormarea piruvatului pe cale anaerobă spre lactat. 2. 8n diagnosticul unelor stări patologice /variaţia di$eritor $orme de izo!0 1.
1. 2.
LD8 Norma6 1<<61R
E.em/le #e izenzime: 1. Creatin$os$oLinaza 62
*6*uscle şi & 4brain 2. ?D; . *D; ). Aldolaza . %os$ataza alcalină '. %os$ataza acidă
tipuri de monomeri7
Creatin's'Finaza ,C%;C"> !
u*c/i sc/eltic
iodistrofii
C"> 6
u*c/i cardiac
iocardiop atii
Creier
=sc/emii cere0rale
C"> 6!
$istemele /lienzimatice
%iecare celulă a organismului conţine setul său speci$ic de !. Qnele se găsesc +n toate celulele# altele sunt prezente doar +n anumite celule sau anumite compartimente celulare. %uncţia $iecărei !# nu este izolată# ci strins legată de $uncţia altor enzime. Astiel din ! aparte se $ormeaza sisteme polienzimatice sau conveiere.
Ti/urile #e r!anizare a sistemelr /lienzimatice Se cunosc urmatoarele tipuri de organizare a sistemelor polienzimatice7 1. 6 $uncţională# 2. 6 structural6$uncţională . 6 mi,tă.
Or!anizarea 'unc&inală enzimele sunt asociate +n sistemul polienzimatic cu a"utorul metaboliţilor# care di$uzează de la o enzimă la alta. produsul reacţiei primei ! serveşte drept S pentru ! următoare etc. !,.7 glicoliza. oate enzimele participante la glicoliza sunt +n stare solubilă# legătura se $ace doar prin intermediarii metabolici.
E1 E2 E E4 A----------------/ 0-------------/ C---------- /D----------/ P
Or!anizarea structural7 'unc&inală ! sunt $i,ate prin legături slabe pe o proteină centralăO# care poate $i chiar una din !. (roteina centrală dispune de un braţO care $i,ează S şi +l duce la !1# care +l trans$ormă +n (1 (1devine S2 # braţul +l preia şi +l duce la !2# care +l trans$ormă +n (2. Avanta"ul este că braţul duce de $iecare dată S la ! corespunzătoare# potrivindu6l cu mare e,actitate pe CA# ceea ce asigură +n ansamblu o viteză mai mare dec+t cea corespunzătoare acţiunii ! neasociate.
Or!anizarea structural7 'unc&inală !,.6 compleul polienzimatic piruvatde/idro#enazic# constituit din ! şi Co sintetaza acizilor #ra*i constituită din : ! legate structural de ((A# care +n ansamblu +ndeplinesc $uncţia de sinteza a AB. ! se pot aran"a +n lanţ# $i,+ndu6se de *&. !,.enzimele ?-# care participă la trans$erul de ;@ şi e.
Ti/ul mi.t #e r!anizare reprezintă o +mbinare a ambelor tipuri de organizare# adică o parte din sistemul polienzimatic are organizare structurala# iar cealalta parte 6 organizare $uncţională. !,.6 ciclul Grebs# unde o parte din enzime sunt asociate +n comple, structural /comple,ul 26o,oglutaratdehidrogenazic0# +ar altă parte se leagă $uncţional prin metaboliţii de legătură.
Unită&ile #e măsurare a acti)ită&ii E 1 H= cantitatea de ! care catalizează transformarea unui Zmol de S într-un minut în condiţii standard !. 1 Cat (catal) cantitatea de ! care catalizează transformarea unui mol de S într-o secundă în condiţii standard /1Q..I1'#': nLat0 Condiţiile standard - p%ul I B, t J !KC p J 1 atm C su0stratelor 1 . 1.
1 cat = 6 · 107 UI
1 UI = 16.67 · 10-9 cat
Unită&ile #e măsurare a acti)ită&ii E
Activitatea speci$ică 4 reprezintă numărul de unităţi enzimatice per mg de protein6enzimă ASI Nr QKmg proteină !ste e,presia purităţii unei enzime
Met#ele #e se/arare 4i /uri'icare ale E
Met#ele #e #eterminare a acti)ită&ii E 5iteza reacţiei este proporţională cu 1.5iteza consumului su0stratului !.5iteza formării produsului .5iteza transformării coenzimei
Cantitatea su0stanţei respective se determină colorimetric.
Dese"irea /ri)in# cm/nen&a enzimatică a r!anelr 4i &esuturilr0 Enzimele r!ans/eci'ice0 Enzimele indicatorii 4 sunt localizate intracelular7
+n citoplasmă /?D;# aldolaza0# +n *C M glutamatdehidrogenaza0# +n lizosomi /β6glucoronidaza# $os$ataza alcalină0. Acestea ! +n normă +n plasmă se găsesc +n c= $oarte mici. ?a a$ecţiunile celulare activitatea acestor ! +n plasmă este brusc mărită.
Utilizarea E Gn /ractica me#icală "reparatele farmaceutice contemporane sunt asociate *i conţin ca re#ulă următoarele enzime3
tripsină, c/imotripsină, lipază, amilază, pancreatină, 0romelaină, papaină, rutină (vit. ").
Utilizarea E n !ractica me"ical# Efectele exercitate de preparatele enzimatice
1.De substituţie (E digestive) 2.Fibrinlitic! "i trmblitic! #.$ntiedematic! %.$nalgezic! &.$ntiinflamatare '.Imunmdulatare
Tera/ia cu enzime Enzimele s!n" aenţi "e&a'e!"ii !nii e '&o$! e%e"e im'o&"an"e i s'eie. Mo"iele a&e a! limi"a" %olosi&ea la& a enzimelo& a me$iaţie e - $is"&ib!ţie &e$!s *n o&anism3 $e'en$enţa $e $imensi!ni3 sa&ina i $e %enomenele $e liozila&e ('&in liozila&e '&o"einele s!n" &e!nos!"e $e &ee'"o&i i #a"e *n an!mi"e lo!&i - 'osibili"a"e mi $e $i&ia&e e#"&ahe'a"i3 a"!l a*n$ "en$inţ $e a a'"a i &eţine '&o"einele s"&ine5 - ina"ia&ea lo& s!b aţi!nea '&o"eazelo& $ies"ie *n az!l a$minis"&a&ii o&ale3 ia& '&o"eazele "is!la&e le s!&"eaza $e asemeni a"i!nea5 - 'o"en"ial!l lo& an"ieni3 an"io&'ii %o&ma"i 'o" ene&a &eaţii $e hi'e&sensibiliza&e a$esea &ae i 'o" ina"ia enzima.
Tehnici /r/use /entru /timizarea /r/rietă&ilr tera/eutice ale enzimelr .
6 prin N6acilare a $ost crescută semiviata asparaginazei# $olosită +n leucemie 6 metode de obţinere a enzimelor imobilizate. De e,. prin reticularea enzimei# ce conduce la agregate insolubile# prin adsorbţie pe polimeri sintetici ori prin ataşare covalentă# sau prin incorporare +ntr6un gel in cursul polimerizarii. Aceste preparate caştiga rezistenţa la enzimele proteolitice şi sunt mai putin imunoactive dar pot $i alterate proprietățile $armacocinetice. Asemenea avanta"e au dovedit con"ugatii cu polietilenglicol /(!B0 ai arginazei# ai glutaminasparaginazei sau ribonucleaza# enzime cu e$ect antitumoral.
