Enzimi Sono proteine con il compito di catalizzare le reazioni chimiche che avvengono negli organismi viventi. Essi si sono evoluti con la funzione di portare all’equilibrio le reazioni dell’organismo in tempi brevissimi. La loro regolazione permette all’organismo di selezionare quali reazioni devono essere accelerate, e quali invece rallentate o anche bloccate. Gli enzimi sono i più potenti, efficienti e specifici catalizzatori che si conoscono.

Gli enzimi sono catalizzatori delle reazioni biochimiche Un catalizzatore è una sostanza che non partecipa direttamente alla reazione chimica (si trova nella stessa quantità prima e dopo la reazione stessa), ma la accelera o la rende possibile in condizioni ambientali più favorevoli. Ad esempio la scissione del glucosio richiede una temperatura di 100° e tempi lunghissimi, mentre gli enzimi permettono una rapida reazione all’interno del corpo umano. I catalizzatori sono anche il cardine della moderna chimica industriale e gran parte della ricerca si concentra sul ritrovamento di nuovi catalizzatori che rendano i processi più economici.

Gli enzimi accelerano le reazioni anche di un milione di volte. Se non ci fossero gli enzimi la maggior parte delle reazioni dei sistemi biologici procederebbe a velocità non apprezzabili.

Regole per la classificazione degli enzimi International Union of Biochemistry and Molecular Biology (IUBMB) Gli enzimi vengono classificati in base al tipo di reazione chimica che catalizzano

Nomenclatura degli enzimi Nome del substrato su cui agiscono (o del tipo di reazione che catalizzano) + suffisso –asi Es: - ureasi - Alcool deidrogenasi - glucosio 6-fosfato isomerasi - DNA ligasi - esochinasi

L’attività catalitica di molti enzimi dipende dalla presenza di piccole molecole, chiamate cofattori, il cui ruolo può essere diverso da enzima ad enzima

La proteina enzimatica senza il suo cofattore è detto apoenzima, mentre la sua forma completa e cataliticamente attiva è detta oloenzima.

Il ΔG è utile per comprendere il funzionamento degli enzimi L’energia libera (G) è una funzione termodinamica che rappresenta una misura dell’energia utile, cioè dell’energia in grado di compiere un lavoro

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La formazione del complesso enzima-substrato è la prima tappa nella catalisi enzimatica Il potere catalitico degli enzimi deriva dalla loro capacità di avvicinare i substrati con un orientamento favorevole e promuovere la formazione di stati di transizione Gli enzimi formano il complesso enzima-substrato (ES) in una specifica regione detta sito attivo

Il sito attivo di un enzima è la regione a cui si lega il substrato. E’ costituito da una tasca o fenditura tridimensionale formata da gruppi che derivano da parti diverse della sequenza amminoacidica della proteina. Quasi tutti gli enzimi sono costituiti da più di 100 amminoacidi. Il sito attivo occupa una parte relativamente piccola del volume totale di un enzima.

Gli enzimi sono altamente specifici sia nei riguardi della reazione catalizzata sia nei riguardi dei substrati.

Il sito attivo 16

Classificazione degli enzimi Gli enzimi vengono classificati in base alla reazione che catalizzano: Ossidoreduttasi (trasferimento di elettroni) Transferasi (reazioni di trasferimento di gruppi) Idrolasi (reazione di idrolisi) Liasi (addizione di gruppi a legami doppi o formazione di doppi legami mediante rimozioni di gruppi) Isomerasi (trasferimento di gruppi all’interno di molecole formando isomeri) Ligasi (formazione di legami C-C, C-S, C-O, C-N, mediante reazioni di condensazione accoppiate alla scissione di ATP)

Cinetica Enzimatica Vo [S] La velocità iniziale di una reazione aumenta quasi linearmente all'aumentare della concentrazione di substrato. Vo La velocità è direttamente proporzionale alla concentrazione del substrato e la reazione è di primo ordine V = k [S] [S]

Cinetica Enzimatica Vmax V La proporzionalità fra V e [S] progressivamente diminuisce. Vmax V La velocità iniziale diventa indipendente dalla [substrato] e la reazione è di ordine zero rispetto al substrato. [S] 20

Cinetica Enzimatica Vo=Vmax Vmax V ½ Vmax Km [S]

La velocità iniziale massima della reazione (Vmax) si osserva quando tutto l’enzima è presente sotto forma di complesso ES. Questa condizione, però, esiste solo quando [S] è elevata. L’effetto saturante del substrato è una proprietà caratteristica degli enzimi responsabile dell’appiattimento della curva.

Significato delle costanti cinetiche Lo studio della cinetica enzimatica è importante per vari motivi: Aiutano a comprendere come lavorano gli enzimi Aiutano a comprendere come lavorano in vivo: le costanti cinetiche Km e Vmax, sono di estrema importanza per capire come gli enzimi si coordinano tra loro a livello metabolico Permettono confronti tra organi e tra specie Possono essere usate a scopo clinico-diagnostico

La costante di Michaelis (KM) KM = K2 +K-1 /K1 K2 è la costante che limita la velocità (stadio lento) per cui è >> di K-1 che è la costante di dissociazione del complesso ES kM kM kM kM kM kM kM affinità Quindi la KM è la concentrazione del substrato alla quale la metà dei siti per il substrato sono saturati. Quindi KM fornisce una misura della conc di substrato richiesta affinchè la catalisi abbia luogo

Perché è utile conoscere Km, Vmax Km è unica per ogni coppia enzima-substrato

La velocità aumenta all’aumentare di T, ma nella catalisi enzimatica un aumento di T può portare ad una variazione di conformazione con perdita conseguente dell’attività catalitica. Di solito si ha un max di attività tra 40°C e 60°C e la denaturazione completa a 90-95 °C.

Azione delle basse temperature sugli enzimi Le basse T° rallentano la degradazione enzimatica degli alimenti, ma non disattivano gli enzimi.

pH Velocità di reazione pH Pepsina Chimotripsina Tripsina

Il pH e la temperatura ottimale per la maggior parte degli enzimi vanno da 5 a 7 e 40 °C a 60 °C, rispettivamente. Tuttavia, numerso enzimi hanno pH e temperatura ottimali al di fuori di questo intervallo.