La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

1 Enzimi: concetti di base e meccanismi di catalisi enzimatica a.Classificazione, meccanismo dazione b.Esempi di reazioni catalizzate c.Descrizione di.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "1 Enzimi: concetti di base e meccanismi di catalisi enzimatica a.Classificazione, meccanismo dazione b.Esempi di reazioni catalizzate c.Descrizione di."— Transcript della presentazione:

1 1 Enzimi: concetti di base e meccanismi di catalisi enzimatica a.Classificazione, meccanismo dazione b.Esempi di reazioni catalizzate c.Descrizione di alcune tipiche proteine enzimatiche. a.caratteri generali, funzioni, effetti biologici b.regolazioni metaboliche delle vitamine A, D, E, F, K, B 1, B 2, B 3, B 6, B 8, B 12, C, H, PP; c.trasformazione di vitamine in coenzimi. Cofattori e vitamine

2 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 2 Gli enzimi Gli enzimi promuovono effetti catalitici. Possono essere proteine semplici ma spesso possiedono un gruppo prostetico che è fondamentale per la regolazione degli effetti catalitici. Quando siamo in presenza di un enzima che sia una proteina coniugata si indica: Oloenzima= apoenzima+coenzima Apoenzima: parte proteica semplice, alcuni enzimi sono solo apoenzimi Coenzima: gruppo prostetico, parte non proteica (derivato da una vitamina o metallo) che determina gli effetti catalitici

3 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 3 Classificazione degli enzimi Sono stati individuati 6 tipi fondamentali di reazioni enzimatiche: 1. OSSIDOREDUTTASICHE (trasporto di elettroni) 2. TRANSFERASICHE (trasferimento di gruppi) 3. IDROLASICHE (scissione) 4. LIASICHE (prevedono formazione o scissione reversibile di legami) 5. ISOMERASICHE (isomerizzazione del substrato) 6. LIGASICHE (sintesi unidirezionale di legami) Sono di conseguenza state individuate 6 classi di enzimi, una per ciascuna delle reazioni suindicate.

4 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 4 Classificazione degli enzimi Ogni enzima è classificato con un codice a 4 cifre: a. b. c. d a: si riferisce alla classe (reazione catalizzata, es. 4. liasi) b-c: si riferiscono alla modalità della catalisi e individuano la sottoclasse e la sotto-sottoclasse d: numero di serie dellenzima allinterno della sotto-sottoclasse. Consideriamo ora una classificazione ordinata

5 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 5 1.OSSIDOREDUTTASI Trasportano unità riducenti, (H + )+(e - ) La sottoclasse indica il donatore dellH o altre unità riducenti (es. alcooldeidrogenasi). I vari numeri indicano i vari tipi di substrato che possono donare unità riducenti. Il 3° numero indica laccettore delle unità riducenti (es. alcooldeidrogenasi: accettori sono enzimi del metabolismo lipidico oppure citocromi, il numero progressivo individua la reazione). Il 4° numero indica il numero di serie nella sotto- sottoclasse.

6 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 6 1. OSSIDOREDUTTASI: coenzimi Le ossidoreduttasi sono proteine coniugate (apoenzima + coenzima). Il coenzima deriva dalla trasformazione da una vitamina oppure è una struttura che la cellula è in grado di prodursi: per esempio le strutture tetrapirroliche del protoemo nei citocromi. Nel dettaglio vedremo le caratteristiche di reazione di ossidoriduttasi di tipo: PIRIDINICO (coenzima derivato dalla VITAMINA PP) FLAVINICO (coenzima derivato dalla VITAMINA B2 ) CHINONICO (coenzima derivato dalle VITAMINE Q, E, K ) PTERINICO (coenzima derivato dalla VITAMINA B8 ) VITAMINA C DIPENDENTI

7 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 7 OSSIDOREDUTTASI con coenzima PIRIDINICO (NAD + e NADP + ) I coenzimi piridinici utilizzati da questa classe di ossidoreduttasi derivano dalla vitamina PP

8 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 8 VITAMINA PP Ne sono dipendenti molti animali e molti eucarioti. E leterociclo della piridina che in posizione 3 ha un gruppo amidico Si tratta dellamide dellacido nicotinico [1]: dopo lassunzione abbiamo lidrolisi del legame amidico e quindi liberazione dellacido nicotinico [2] che servirà per la sintesi del coenzima. In caso di deficienza soltanto le cellule animali hanno selezionato un sistema di supporto che utilizza gli intermedi del metabolismo del triptofano per sintetizzare un acido dicarbossilico ciclico: lacido chinolinico [3]. - OH NH 3 [1] [2] [3]

9 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 9 COSTRUZIONE DEL COENZIMA PIRIDINICO [1] Per la costruzione del coenzima sono necessari leterociclo della piridina, mono o disostituito con il carbossile (ACIDO NICOTINICO O CHINOLINICO). Inoltre è necessario, un saccaride, il RIBOSO. Si ottiene nella forma fosforilata sulla posizione 5 e con difosforilazione con lanidride esterna dellacido fosforico sulla posizione 1. ACIDO NICOTINICORIBOSO-5-FOSFATO-1-PIROFOSFATO 1 5

10 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 10 COSTRUZIONE DEL COENZIMA PIRIDINICO [2] In questi enzimi avremo quei metalli di transizione (Me) che sono in grado di dare legami dativi con latomo di ossigeno che in seguito diventano legami covalenti: questo effetto si compie sullO legato al C1 del riboso: viene sottratta la struttura pirofosforica sulla posizione 1 su cui compare una carica +: il C1 diventa C+, in contemporanea si ha una inversione di configurazione del C1 da a. Il C1+ può quindi ricevere attacco nucleofilo dal N1 del substrato (acido nicotinico o acido chinolinico). Si forma il prodotto di addizione e viene eliminato del pirofosfato (PPi). + Me + PPi

11 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 11 COSTRUZIONE DEL COENZIMA PIRIDINICO [3] La struttura che si forma è costituita da un pentoso legato allacido fosforico (in posizione 5 del riboso) e ad uneterociclo azotato (o base azotata) tramite legame del C1 del riboso con lN1 delleterociclo. Possiamo definire questa struttura un nucleotide: il nicotinato mononucleotide (NMN) oppure il chinolinato mononucleotide (CMN). NMN CMN

12 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 12 COSTRUZIONE DEL COENZIMA PIRIDINICO [4] Il chinolinato mononucleotide viene ulteriormente modificato da un metalloenzima Mn dipendente che riconosce il COOH in posizione 2 delleterociclo e lo sottrae sotto forma di CO 2, generando quindi il nicotinato mononucleotide che serve per la formazione del coenzima funzionale. Mn + CO 2

13 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 13 COSTRUZIONE DEL COENZIMA PIRIDINICO [5] La sintesi del coenzima prevede una ulteriore reazione del nicotinato mononucleotide con ATP: un Mn enzima riconosce lossigeno del legame di anidride che collega il P con il P e destabilizza il legame tramite la transizione dativo-covalente dellinterazione Mn-O. Il P diventa sede di una carica + su cui da attacco nucleofilo uno degli atomi di ossigeno del fosforile del nicotinato. Quando il legame Mn-O ritorna dativo si libera pirofosfato e il prodotto di condensazione: il nicotinato adenin dinucleotide, ossia la forma desaminata del NAD + (dNAD + ). Mn

14 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 14 COSTRUZIONE DEL COENZIMA PIRIDINICO [6] Per ottenere la forma attiva del coenzima (NAD + ) si ha la seguente reazione: dNAD + + ATP + Q ADP + Pi +E + NAD + La reazione si basa sulla destabilizzazione del legame amidico della glutammina (Q) che viene scomposta a acido glutammico e un gruppo amminico che si trasferisce sul carbossile dellacido nicotinico che torna quindi a formare una nicotinamide. Si ottiene il primo coenzima piridinico attivo, il NICOTINAMIDE ADENIN DINUCLEOTIDE (NAD + ). dNAD + NAD +

15 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 15 COSTRUZIONE DEL COENZIMA PIRIDINICO [7] Laltro coenzima piridinico attivo si ottiene dal NAD + tramite fosforilazione della posizione 2 del riboso legato allanello purinico delladenina. NAD + + ATP ADP + NADP + I due coenzimi hanno identico meccanimo di azione ma sono caratterizzati da un differente pH isoionico ed isoelettroco, poiché uno (il NADP + ) contiene un gruppo fosforilico e ha quindi una carica netta negativa maggiore. Questi coenzimi interagiranno quindi con proteine che simmetricamente un diverso pH isoelettrico ed eventualmente cariche positive complementari a quelle del coenzima. Alcune apoproteine si legheranno in modo specifico al NAD + e altre al NADP + a formare differenti oloenzimi ossidoreduttasici piridinici.

16 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 16 Struttura trimensionale del coenzima La molecola da un punto di vista spaziale risulta ripiegata intorno ad un asse in corrispondenza dellO che connette i due gruppi fosforici. I due eterocicli si trovano su piani affacciati e paralleli. Tra i due piani si collocano i metalli cofattori, ioni metallici bivalenti (Ca 2+ Mg 2+ Mn 2+ ), effettori della catalisi, che danno 4 coordinazioni con gli atomi indicati dagli asterischi * * * * *

17 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 17 Effetto catalitico I metalli cofattori catalizzano il trasporto di elettroni reversibile da un eterociclo allaltro: la adenina transisce dalla forma lattimica alla forma semilattamica, e questo effetto, amplificato dai metalli cofattori si trasmette alla piridina, che verrà a trovarsi in 2 possibili forme di risonanza: la aromatoide e la chinoide. + + H + elettrone aromatoide chinoide

18 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 18 Effetto catalitico La transizione scatenata dallequilibrio tra le due forme di risonanza fa sì che sulla posizione 4 si concentri la carica positiva portata in precedente dallN e che possa essere fissato in 4 un atomo di idrogeno in più mentre un elettrone viene accettato dal sistema delocalizzato degli anelli. Si forma pertanto una struttura neutra. Le ossidoreduttasi che contengono questi coenzimi operano reversibilmente, catalizzando la riduzione o lossidazione dei substrati. NAD + NADP + + XH 2 ossidazione riduzione X + NADH + H + NADPH + H + La catalisi è stereospecifica: il substrato interagisce con il coenzima solo solo se si trova in una conformazione sterica appropriata.

19 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 19 Interazione coenzima-apoproteina Linterazione con la proteina è esclusivamente salina

20 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 20 Struttura trimensionale del coenzima La molecola da un punto di vista spaziale risulta ripiegata intorno ad un asse in corrispondenza dellO che connette i due gruppi fosforici. I due eterocicli si trovano su piani affacciati e paralleli. Tra i due piani si collocano i metalli cofattori, ioni metallici bivalenti (Ca 2+ Mg 2+ Mn 2+ ), effettori della catalisi, che danno 4 coordinazioni con gli atomi indicati dagli asterischi * * * * *

21 Prof. G. Gilardi - Biological Chemistry 21 Vitamina B2


Scaricare ppt "1 Enzimi: concetti di base e meccanismi di catalisi enzimatica a.Classificazione, meccanismo dazione b.Esempi di reazioni catalizzate c.Descrizione di."

Presentazioni simili


Annunci Google