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Biochimica CLASSIFICAZIONE INTERNAZIONALE DEGLI ENZIMI 6 classi, ciascuna divisa in sottoclassi Nome raccomandato es. carbossipeptidasi Nome sistematico.

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1 Biochimica CLASSIFICAZIONE INTERNAZIONALE DEGLI ENZIMI 6 classi, ciascuna divisa in sottoclassi Nome raccomandato es. carbossipeptidasi Nome sistematico es. peptidil-L-ammino-acido idrolasi EC 3 classe principale 4 sottoclasse (legami peptidici) 17 sottosottoclasse (metallopeptidasi, Zn 2+ ) 1 numero di serie

2 Biochimica

3 Classificazione degli enzimi

4 Biochimica Nome d’uso raccomandato (nome comunemente usato, spesso di origine “storica”) Nome sistematico (nome dei substrati + termine con suffisso –asi, che definisce il tipo di reazione) alcool deidrogenasi (nome raccomandato) alcool:NAD+ ossidoriduttasi (nome sistematico) EC (numero di classificazione) carbossipeptidasi A (nome raccomandato) peptidil-L-amminoacido-idrolasi (nome sistematico) EC (numero di classificazione)

5 Biochimica Ruolo degli enzimi Un catalizzatore in genere aumenta la velocità di una reazione senza esserne modificato La molecola su cui l ’ enzima o il catalizzatore agiscono viene chiamato substrato L ’ enzima accelera la reazione di molti ordini di grandezza Il catalizzatore non modifica l ’ equilibrio: non si può ottenere più prodotto da una reazione catalizzata, si raggiunge lo stato di equilibrio più velocemente A 2B K eq = [B] 2 /[A]

6 Biochimica

7 Sono caratteristiche degli enzimi: 1. Il potere catalitico 2. Specificità 3. Regolazione

8 Biochimica Cofattori Ioni metallici (Fe 2+, Fe 3+, Cu 2+, Zn 2+ …….)

9 Biochimica EnzimaCiclo metabolico Piruvato decarbossilasiFermentazione EtOH Piruvato deidrogenasi  -chetolutarato deidrogenasi Sintesi acetil-CoA Ciclo acido citrico Transchetolasi Reazioni C-assimilazione Cicli pentoso fosfato Tiamina (vit. B1) TPP Piridossina, piridossale, piridossalammina (vit. B 6 ) piridossalfosfato EnzimaCiclo metabolico Alanina aminotransferasi (ALT) Glutammico piruvato transaminasi (GPT) Aspartato aminotransferasi (AST) Glutammico ossalacetico transaminasi (GOT) Metabolismo delle proteine

10 Biochimica NADP + P P P Niacina (vit. PP o vit. B 3 ) ribitolo flavina Riboflavina (vit. B 2 )

11 Biochimica Acido pantotenico Biotina vie metaboliche dei carboidrati, degli aminoacidi, degli acidi grassi, dei composti steroidei e dei corpi chetonici. EnzimaVia metabolica Piruvato carbossilasigluconeogenesi Acetil CoA carbossilasiSintesi degli acidi grassi Propionil CoA carbossilasiCatabolismo degli acidi grassi

12 Biochimica Acido folico o folacina Cobalamia (o vit. B 12 ) Una carenza di vitamina B12 provoca una particolare forma di anemia chiamata anemia perniciosa caratterizzata dalla presenza di globuli rossi con dimensioni maggiori del normale. La carenza si manifesta nei casi di diete vegetariane strette (diete vegane) Vitamina B6, folati e vitamina B12 sono vitamine correlate Tutte partecipano alla trasformazione della metionina in cisteina. Nel metabolismo del propionil CoA (prodotto del catabolismo di valina e isoleucina, metionina,treonina, acidi grassi a catena dispari)

13 Biochimica Acido ascorbico (o vit. C) Nel metabolismo di sintesi del collagene: idrossilazione di prolina e della lisina Idrossilazione della dopamina in noradrenalina Sintesi della carnitina: coinvolgimento nel metabolismo lipidico Idrossilazione di molecole steroidee: metabolismo di sintesi degli ormoni

14 Biochimica In cinetica chimica

15 Biochimica L ’ effetto globale dei due fattori è possibile valutarlo grazie ad un ’ altra quantità termodinamica: ENERGIA LIBERA di GIBBS (G): G = H - TS Per una trasformazione con T e P costanti E ’ una funzione di stato perciò la variazione è legata alla variazione di G dei prodotti meno quella dei reagenti ∆G = ∆H - T∆S La temperatura apparendo nell ’ equazione ha un certo peso ∆G ‹ 0 traformazione sicuramente SPONTANEA (esoergonica) ∆G =0 trasformazione all ’ equilibrio ∆G > 0 trasformazione sicuramente NON-SPONTANEA (endoergonica) Per valori determinati per una mole di composto a T = 298K e P= 1 atm ENERGIA LIBERA STANDARD (G°)

16 Biochimica TERMODINAMICA ∆S° ∆H° ∆H° ‹ 0 ∆S° > 0 SPONTANEE A TUTTE LE T ∆H° > 0 ∆S° > 0 ∆H° > 0 ∆S° > 0 ∆H° ‹ 0 ∆S° ‹ 0 SPONTANEE AD ALTE T SPONTANEE ALLE BASSE TNON SPONTANEE A TUTTE LE T N.B. La maggior parte delle reazioni avviene in condizioni lontane da quelle standard Per sapere in che senso evolverà una reazione non in condizioni standard : ∆G = ∆G° + 2,303 RT log Q R = 8,314 J/K mol

17 Biochimica Allo stato di transizione i reagenti possono diventare prodotti o tornare reagenti Energia di attivazione Dal p.to di vista chimico potrei statisticamene aumentare la velocità di reazione, però: 1. la temperatura non può essere innalzata 2. acidi o basi non possono essere aggiunti 3. la pressione non può essere aumentata 4. le concentrazioni non possono essere variate che in minima misura. Come faccio ad ottenerla nei sistemi biologici? Devo abbassare l ’ energia di attivazione

18 Biochimica Cinetica chimica: ordine di reazione primo: dip. dalla concentrazione di un reagente ordine di secondo ordine: dip. dalla concentrazione di due reagenti ordine zero: non dipende dalla concentrazione del substrato Curva cinetica Fondamentale per elaborare le teoria cinetica enzimatica Eq. Michaelis-Menten

19 Biochimica Deve essere calcolata sperimentalmente

20 Biochimica

21 Grafico dei doppi reciproci: trasforma l ’ eq. dell ’ iperbole, come eq. di una retta Il valore viene estrapolato Diviene un valore finito L ’ eq. Di Michaelis Menten è la cinetica di un caso limite, reale, ma nei sistemi biologici sono più facilmente coinvolti più substrati

22 Biochimica Quale è il meccanismo dei catalisi? Esistono due modelli: Chiave -serratura Adattamento indotto

23 Biochimica

24 Stabilità di un enzima: Si va a studiare sperimentalmente A livello del sito attivo particolari residui aminoacidi hanno uno specifico grado di protonazione che gli permettono di catalizzare attivamente la reazione cui è preposto Si misura l ’ attività enzimatica a diverse temperature: l ’ aumento della temperatura in questo caso prevale l ’ aumento probabilistico di far avvenire la reazione Non è detto che il pH ottimale sia quello neutro fisiologico

25 Biochimica MECCANISMI DI REGOLAZIONE enzimatica: Stimolazione/inibizione della sintesi Meccanismo allosterico Modificazione covalente irreversibile Modificazione covalente reversibile

26 Biochimica Nei processi biologici le vie metaboliche sono modulate da una particolare classe di enzimi : ENZIMI ALLOSTERICI che sono sempre con struttura quaternaria Cosa è una via metabolica? Come posso modulare l ’ intera via

27 Biochimica

28 Modificazione covalente irreversibile

29 Biochimica Modificazione covalente reveribile Modificazione che ha un effetto tipo on/off Solitamente avviene attraverso una modificazione temporanea a carico di uno o più residui amminoacidici. (fosforilazione, acetilazione, metilazione, adenilazione….) Una modificazione di particolare importanza è la fosforilazione a carico di residui –OH di ser e thr, meno spesso d tyr Viene spesso utilizzata per attivare e inibire due vie metaboliche che hanno effetto opposto: Sintesi e degradazione del glicogeno

30 Biochimica

31 Il livello enzimatico nel plasma è in rapporto con la velocità di immissione in circolo e dipende da: rapidità del danneggiamento cellulare estensione della lesione velocità di catabolismo dell’enzima La diminuzione dell’attività enzimatica nel plasma è molto rara (diminuita sintesi, deficit congenito) L’aumento si verifica in seguito a liberazione abnorme da parte di un tessuto patologico (es. fosfatasi acida nel carcinoma della prostata) o di un tessuto leso (transaminasi nell’infarto del miocardio) o per ostacolato deflusso (fosfatasi alcalina nelle ostruzioni delle vie biliari) La liberazione degli enzimi da parte di un tessuto leso avviene per alterazione della permeabilità della membrana cellulare senza morte della cellula quando si tratta di enzimi liberi nel citoplasma.

32 Biochimica L’attività enzimatica, proporzionale alla concentrazione dell’enzima, si esprime in UNITA’ Una Unità Internazionale (UI): quantità di enzima che catalizza la conversione di 1 μmole di substrato per minuto in condizioni definite di temperatura, pH, e concentrazione del substrato ATTIVITA’ ENZIMATICA U/L = ∆A 1000 V εtdv d → spessore cuvettav → volume campione (mL) t → tempo di reazione (min) 1000 → conversione a L ∆A → variazione di AbsV → volume di reazione (mL)

33 Biochimica LDH-1 Cuore; RBC (emolisi rende campione inidoneo!) Infarto mioc.; emolisi (LD1>LD2) LDH-2 (norm. maggioritario)ReneInfarto renale LDH-3 Polmone, linfociti, pancreas Danno polmonare (embolia, polmonite), linfocitosi, pancreatite LDH-4 e -5 Separaz. Elettroforetica Fegato e muscoloDanno epatocell./muscolare isoezimi d’interesse diagnostico EnzimaPatologiaValori di riferimento Fosfatasi acida (ACP) pH 5 Carcinoma prostatico U/L (m) T.S U/L (f) Alanina transaminasi (ALT o GPT) Danno epatocellulare (+ specif. della AST) enzima citosolico 5-35 U/L Fosfatasi alcalina (ALP) pH 9-10 Danno epatobiliare ostruttivo, danno osseo (riparaz. fratture, accrescimento, osteosarcoma) U/L Amilasi (AMS)Pancreatite acuta; parotite U/L Aspartico transaminasi (AST o GOT) Danno epatocellulare o muscolare (cardiaco!); enzima mitocondriale 5-35 U/L AST/ALT 1 cirrosi (alcolica) Enzimi di interesse diagnostico

34 Biochimica La termodinamica chimica studia la possibilità che le reazioni chimiche e biochimiche avvengano in determinate condizioni unità di misura energia= Joule Fornisce informazioni sul bilancio energetico: reazione esotermica, endotermica, atermica Non dà informazioni né sul tempo necessario al raggiungimento dell’equilibrio, né sul meccanismo d’azione: cinetica chimica Cos’è un sistema termodinamico? Come, un sistema, scambia energia con l’ambiente? q e w Interessa il passaggio dallo stato iniziale (reagenti) ad uno stato finale (prodotti); posso definire lo stato di un sistema come una variazione di alcune grandezze termodinamiche chiamate funzioni di stato: U, H, S e G I valori delle funzioni di stato dipendono dalla concentrazione delle specie chimiche, T, P e V: per confrontare i valori delle funzioni di stato di diverse reazioni si utilizzano condizioni STANDARD di T, P e conc.

35 Biochimica Se consideriamo gli organismi come dei sistemi chiusi (scambio di energia ma non di materia: ΔU = (q) + (w)) L’energia interna (U) può variare solamente a pressione cost. perciò può avvenire sia per scambi di calore sia di lavoro compiuto (-ΔV) o subito (ΔV): Poiché i sistemi biologici sono dei sistemi liquidi la variazione del volume è TRASCURABILE, perciò ΔU = ΔH (entalpia)= H prodotti – H reagenti se ΔH < 0 il processo sarà esotermico Se ΔH>0 il processo sarà endotermico Se ΔH =0 il processo sarà atermico Per il II principio della termodinamica: In un sistema isolato (universo) sono spontanee solo le reazioni che portano ad un aumento dell’entropia (S). In un sistema chiuso: S sistema + S ambiente >0


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