ENZIMI Flashcards
Cos’è un enzima?
È un catalizzatore biologico, cioè una sostanza che aumenta la velocità di una reazione chimica spontanea senza subire modifiche nel processo. La reazione viene velocizzata perché l’enzima abbassa l’energia di attivazione. L’energia di attivazione è inversamente proporzionale alla costante cinetica, più è alta la barriera di attivazione, più la reazione sarà lenta. Gli enzimi agiscono in piccole dosi e vengono riciclati. Possono essere proteine o piccoli RNA regolatori (ribozimi).
Cosa sono i ribozimi?
Sono una piccola classe di RNA catalitici. L’RNA è una molecola più flessibile e versatile del DNA e può assumere quindi molti ruoli biologici, tra cui appunto anche di catalizzatori. Possono per esempio rompere o polimerizzare alcuni legami, per esempio sono importanti nel meccanismo di splicing degli eucarioti.
Che struttura hanno gli enzimi?
La maggior parte sono proteine a struttura terziaria o quaternaria, questo perché devono ripiegarsi su se stessi a formare il sito attivo dove si legherà il substrato. Le proteine globulari per esempio hanno funzione enzimatica.
Cos’hanno di caratteristico gli enzimi rispetto ad altri catalizzatori chimici?
- specificità di substrato e di reazione: il substrato è il reagente di una reazione catalizzata, ogni enzima è tarato per il suo specifico compito. Già dal nome dell’enzima si può capire la reazione che farà (es. DNA polimerasi, amminotransferasi).
- regolazione della catalisi: possono essere regolati poiché risentono dell’ambiente in cui si trovano, per esempio se nell’ambiente non c’è la molecola che si dovrebbe legare all’enzima esso non continua a lavorare.
- efficienza catalitica: è il numero di volte per cui l’enzima aumenta la velocità della reazione, perciò indica quanto bene la catalizza. Gli enzimi biologici hanno un potere catalitico molto maggiore dei catalizzatori chimici. Questo grazie alla loro specificità.
Cosa cambia in una reazione catalizzata rispetto a quella normale?
Cambia l’energia di attivazione, mentre il delta G globale rimane uguale. Una reazione è spontanea quando il delta G è negativo e l’energia dei prodotti è minore di quella dei reagenti.
Come fa un enzima ad abbassare l’energia di attivazione?
L’enzima abbassa l’energia di attivazione perché lega il substrato e così facendo un grande delta G di attivazione viene spezzato in una serie di tappe che portano alla formazione di uno o più intermedi fino ad avere il distacco del prodotto. L’enzima disseziona l’energia di attivazione.
Come fa un enzima tra migliaia di molecole a legare proprio il substrato specifico?
La maggior parte degli enzimi presenta una notevolissima specificità per la reazione catalizzata e per i substrati coinvolti. Tale specificità è legata a diversi fattori che caratterizzano l’associazione tra il substrato ed il sito attivo, come la complementarità dal punto di vista strutturale, le cariche elettriche, la natura idrofila o idrofobica. Gli enzimi mostrano spesso livelli elevatissimi di stereospecificità, regioselettività e chemoselettività.
Esistono due teorie riguardo il modo con cui l’enzima riconosce il suo substrato specifico:
1) MODELLO CHIAVE-SERRATURA: secondo il quale l’enzima ed il substrato possiedono una forma esattamente complementare che ne permette un incastro perfetto. Tale modello esplica bene la specificità degli enzimi, ma è decisamente meno affidabile nello spiegare la stabilizzazione dello stato di transizione che l’enzima raggiunge durante il legame con il substrato.
2) MODELLO ADATTAMENTO INDOTTO: dal momento che gli enzimi sono strutture relativamente flessibili, egli suggerì che il sito attivo potesse continuamente modellarsi in base alla presenza o meno del substrato. Come risultato, il substrato non si lega semplicemente ad un sito attivo rigido, ma genera un rimodellamento del sito stesso, che lo porta ad un legame più stabile in modo da portare correttamente a termine la sua attività catalitica, come succede ad esempio per la esochinasi e per altri enzimi glicolitici. In alcuni casi, come avviene per le glicosidasi, anche il substrato può cambiare leggermente la propria forma all’ingresso nel sito attivo.
Perché nel collagene non tutte le proline vengono idrossilate?
Non tutte le proline vengono idrossilate perché c’è specificità di riconoscimento. L’enzima ha una tasca di legame che riconosce solo proline posizionate in certe posizioni della triplice elica, in altre posizioni non vengono riconosciute.
Cosa sono i coenzimi e i cofattori?
Sono delle molecole di natura non proteica che aiutano gli enzimi a svolgere il loro lavoro:
- i coenzimi sono generalmente derivati da vitamine. Esistono due grandi gruppi di vitamine, quelle idrosolubili (gruppo B, C) sono maggiormente associate a enzimi in quanto l’ambiente è quasi sempre acquoso, e quelle liposolubili (A, D, E, K).
- i cofattori sono generalmente ioni metallici, come Fe2+, Zn2+ (es. protoporfirina nell’ emoglobina).
Quali sono le principali vitamine da cui derivano coenzimi?
- biotina
- cobalamina (vitamina B12)
- pantotenato
- riboflavina (vitamina B2): è la base di partenza per la sintesi di FAD e FMN
- acido lipoico
- Niacina (vitamina B3): derivano da essa NAD (NAD+/NADH) e NADP (NADP+/NADPH)
- Piridossina (vitamina B6)
- acido folico
- Tiamina (vitamina B1)
Carenza di vitamine può avere effetti gravi sull’organismo perché gli enzimi vitali possono essere meno efficienti.
Cos’é il NAD?
Significa nicotinammide-adenin-dinucleotide. Ricordiamo che un nucleotide è costituito da uno zucchero, unito a una base azotata e uno o più gruppi fosfato. Nel NAD+ il nucleotide è l’AMP formato da ribosio + adenina + fosfato. L’AMP è legato a un secondo nucleotide, formato da ribosio + anello nicotinammidico + fosfato.
Il legame tra i due gruppi fosfato dei due nucleotidi è un legame anidridico particolare, che non ha funzione energetica in questo caso. Questo legame serve per riciclare efficientemente un nucleotide o l’altro.
Qual è il ruolo del NAD nella cellula?
Le reazioni redox in cui sono coinvolti NAD prevedono anche il trasferimento di ioni idrogeno (H+) dal mezzo acquoso al substrato o viceversa.
Tipicamente associati alla regolazione del metabolismo energetico, nuove evidenze sperimentali hanno dimostrato il coinvolgimento del NAD (e del NADP) anche in altri processi di cruciale importanza: omeostasi del calcio, sistemi antiossidanti, espressione genica, funzioni immunitarie, invecchiamento e morte cellulare.
Il ruolo di un coenzima è quello di coadiuvare l’attività catalitica di un enzima, legandosi ad esso in modo transitorio o permanente.
Quando un coenzima è legato stabilmente in modo covalente al proprio enzima è definito gruppo prostetico.
Il NAD interagisce con gli enzimi in modo relativamente debole e diffonde facilmente dalla superficie di un enzima a quella di un altro.
Il NAD interviene nelle reazioni di ossidoriduzione catalizzate da enzimi chiamati in modo generico ossidoreduttasi e più comunemente come deidrogenasi (talvolta reduttasi), dato che il trasferimento di elettroni da un substrato a un altro avviene mediante ioni idruro (H−), cioè atomi di idrogeno carichi negativamente per la presenza di un elettrone in più, oltre a quello normalmente presente.
Gli ioni idruro consentono quindi di ossidare o ridurre le molecole mediante il trasferimento di due elettroni per volta.
Qual è la differenza energetica tra ATP e coenzimi ridotti?
L’ATP è una forma libera di energia, una moneta energetica circolante, che quindi è pronta all’utilizzo in qualsiasi momento tramite idrolisi di due legami fosfoanidridici ad alta energia. Al contrario i coenzimi ridotti hanno un alto contenuto energetico, ma per essere utilizzata questa energia deve essere cambiata, cioè essi entrano nella catena respiratoria per produrre ATP attraverso l’ossidazione.
Cos’è il FAD?
È il flavin-adenin-dinucleotide e si ha un ribosio + adenina + fosfato legato a un altro fosfato + anello flavinico. Il ribosio è in forma lineare, non ramificata.
Quando il FAD è ossidato i due atomi di azoto non legano nulla, mentre quando il FAD è ridotto essi legano ciascuno un idrogeno: dunque nel passaggio da FAD a FADH2 guadagna 2 elettroni. Tutti i coenzimi in realtà guadagnano due elettroni: quelli a FAD li guadagnano sotto forma di due atomi di idrogeno, mentre quelli a NAD sotto forma di idruro.
Cos’è il piridossalfosfato (PLP)?
È un derivato della vitamina B6. Si tratta di una piridina con sostituenti sull’anello piridinico. È un coenzima che partecipa nelle reazioni che coinvolgono gli amminoacidi.