CLASSIFICAZIONE INTERNAZIONALE DEGLI ENZIMI 6 classi, ciascuna divisa in sottoclassi Nome raccomandato es. carbossipeptidasi Nome sistematico es. peptidil-L-ammino-acido idrolasi 3.4.17.1 EC 3 classe principale 4 sottoclasse (legami peptidici) 17 sottosottoclasse (metallopeptidasi, Zn2+) 1 numero di serie

Classificazione degli enzimi

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 1.1.1.1 (numero di classificazione) carbossipeptidasi A (nome raccomandato) peptidil-L-amminoacido-idrolasi (nome sistematico) EC 3.4.17.1 (numero di classificazione)

A <−> 2B Keq = [B]2/[A] 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 Keq = [B]2/[A]

Sono caratteristiche degli enzimi: 1. Il potere catalitico 2. Specificità 3. Regolazione Il potere catalitico è il rapporto tra la velocità di una reazione catalizzata enzimaticamente e la velocità della medesima reazione non catalizzata. (fino a 1021) La specificità è la selettività degli enzimi per i loro substrati La regolazione dell’attività enzimatica assicura che la velocità delle reazioni metaboliche sia adatta ai bisogni cellulari

Cofattori Ioni metallici (Fe2+, Fe3+, Cu2+, Zn2+…….)

Piridossina, piridossale, piridossalammina (vit. B6) Tiamina (vit. B1) TPP Enzima Ciclo metabolico Piruvato decarbossilasi Fermentazione EtOH Piruvato deidrogenasi a-chetolutarato deidrogenasi Sintesi acetil-CoA Ciclo acido citrico Transchetolasi Reazioni C-assimilazione Cicli pentoso fosfato Piridossina, piridossale, piridossalammina (vit. B6) piridossalfosfato Enzima Ciclo metabolico Alanina aminotransferasi (ALT) Glutammico piruvato transaminasi (GPT) Aspartato aminotransferasi (AST) Glutammico ossalacetico transaminasi (GOT) Metabolismo delle proteine

Niacina (vit. PP o vit. B3) Riboflavina (vit. B2) flavina ribitolo NADP+ P ribitolo flavina Riboflavina (vit. B2) La riboflavina si trova negli alimenti principalmente come forma fosforilata. Essa, per essere assorbita, viene defosforilata da specifiche fosfatasi che si trovano nell'intestino tenue.

Acido pantotenico Biotina Enzima Via metabolica Piruvato carbossilasi vie metaboliche dei carboidrati, degli aminoacidi, degli acidi grassi, dei composti steroidei e dei corpi chetonici. L'acido pantotenico (vitamina B5 o vitamina W) deriva dalla fusione, tramite legame carboamidico, di una molecola di β-alanina con una molecola di acido pantoico Biotina Enzima Via metabolica Piruvato carbossilasi gluconeogenesi Acetil CoA carbossilasi Sintesi degli acidi grassi Propionil CoA carbossilasi Catabolismo degli acidi grassi

Acido folico o folacina Cobalamia (o vit. B12) Acido folico o folacina 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) L'acido folico, unica forma attiva dei folati alimentari assorbita dall'organismo, è una vitamina idrosolubile del gruppo B necessaria per tutte le reazioni di sintesi, riparazione e metilazione del DNA;[13] per il metabolismo dell'omocisteina (rimetilazione),[e di altre importanti reazioni biochimiche, specialmente quando sono implicati intensi periodi di divisione cellulare in caso di crescita rapida. Per questo motivo sia i bambini sia gli adulti necessitano di acido folico per produrre normalmente i globuli rossi e prevenire forme di anemia Nel metabolismo del propionil CoA (prodotto del catabolismo di valina e isoleucina, metionina ,treonina, acidi grassi a catena dispari) Vitamina B6, folati e vitamina B12 sono vitamine correlate Tutte partecipano alla trasformazione della metionina in cisteina.

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

In cinetica chimica La relazione matematica da velocità di una reazione e la concentrazione di reagente/i è detta legge di velocità, se ne deduce che la velocità è proporzionale alla quantità di A e k è la costante di proporzionalità.

Per una trasformazione con T e P costanti 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 ∆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°) La temperatura apparendo nell’equazione ha un certo peso

TERMODINAMICA ∆S° ∆H° ‹ 0 ∆S° > 0 ∆H° > 0 ∆S° > 0 SPONTANEE A TUTTE LE T SPONTANEE AD ALTE T ∆H° ∆H° > 0 ∆S° > 0 ∆H° ‹ 0 ∆S° ‹ 0 SPONTANEE ALLE BASSE T NON 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

1. la temperatura non può essere innalzata 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. Rappresentazione di un diagramma energetico di una reazione chimica Allo stato di transizione la probabilità che si verififchiil riarrangiamento indispensabile affinche avvenga la trasformazione Come faccio ad ottenerla nei sistemi biologici? Devo abbassare l’energia di attivazione

Fondamentale per elaborare le teoria cinetica enzimatica 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 Fondamentale per elaborare le teoria cinetica enzimatica Curva cinetica Curva di saturazione del substrato: deriva dalle osservazione di leonor michaelis e maud menten: la loro teoria si basa sull’assunzione che l’enzima E e il substrato S si associano reversibilmente formando un complesso ES. il complesso si forma velocemente e a seguito di questo può formare E+ S oppure E + P Eq. Michaelis-Menten

Deve essere calcolata sperimentalmente

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

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

Non è detto che il pH ottimale sia quello neutro 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 Stabilità di un enzima: Si va a studiare sperimentalmente Non è detto che il pH ottimale sia quello neutro fisiologico Si misura l’attività enzimatica a diverse temperature: l’aumento della temperatura in questo caso prevale l’aumento probabilistico di far avvenire la reazione

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

ENZIMI ALLOSTERICI che sono sempre con struttura quaternaria 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

Modificazione covalente irreversibile

Modificazione covalente reveribile Viene spesso utilizzata per attivare e inibire due vie metaboliche che hanno effetto opposto: Sintesi e degradazione del glicogeno 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

rapidità del danneggiamento cellulare 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. Il danneggiamento rapido di poche cellule (es. epatite virale) può far elevare di molto il tasso di certi enzimi. Il danneggiamento esteso e progressivo ma lento delle stesse cellule (es. cirrosi epatica) puoò dar luogo ad un insignificante aumento degli stessi enzimi. Bisogna rapportare il tasso di ciascun enzima al profilo enzimatico e al quadro clinico

ATTIVITA’ ENZIMATICA U/L = ∆A 1000 V εtdv 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 cuvetta v → volume campione (mL) t → tempo di reazione (min) 1000 → conversione a L ∆A → variazione di Abs V → volume di reazione (mL) Per misurare l’attività catalitica l’enzima deve costituire il fattore limitante della reazione pertanto il substrato deve essere presente in eccesso

isoezimi d’interesse diagnostico Enzimi di interesse diagnostico Enzima Patologia Valori di riferimento Fosfatasi acida (ACP) pH 5 Carcinoma prostatico 2.5-12 U/L (m) 0.2-5 T.S. 0.3-9 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) 30-90 U/L Amilasi (AMS) Pancreatite acuta; parotite 90-280 U/L Aspartico transaminasi (AST o GOT) Danno epatocellulare o muscolare (cardiaco!); enzima mitocondriale 5-35 U/L AST/ALT<1 epatite acuta AST/ALT>1 cirrosi (alcolica) isoezimi d’interesse diagnostico LDH-1 Cuore; RBC (emolisi rende campione inidoneo!) Infarto mioc.; emolisi (LD1>LD2) LDH-2 (norm. maggioritario) Rene Infarto renale LDH-3 Polmone, linfociti, pancreas Danno polmonare (embolia, polmonite), linfocitosi, pancreatite LDH-4 e -5 Separaz. Elettroforetica Fegato e muscolo Danno epatocell./muscolare

Cos’è un sistema termodinamico? 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.

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)= Hprodotti – Hreagenti 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: Ssistema + Sambiente >0