ENZIMI - diccism.unipi.it · Costante cinetica espressa nella forma di Arrhenius: K=A*exp(-Ea/RT) 3. Modello chiave-serratura Il primo modello ad essere stato messo a punto per spiegare

ENZIMI

Gli enzimi sono molecole proteiche aventi il compito di

catalizzare praticamente tutte le reazioni chimiche che

avvengono negli organismi viventi.

Svolgono il loro ruolo con modalità differenti da reazione a Svolgono il loro ruolo con modalità differenti da reazione a

reazione, ma in tutti i casi la catalisi procede attraverso la

formazione di complessi tra l'enzima e i reagenti.

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L'enzima si combina con l'unico reagente S, detto substrato, per

formare un complesso enzima-substrato, ES. ES è poi trasformato

in EP che si scinde in prodotto P ed enzima libero, che è

nuovamente disponibile per reagire con un'altra molecola di S.

La più semplice reazione catalizzata da un enzima può essere così

rappresenta da:

E + S <===>ES <====>EP <====> E + P

nuovamente disponibile per reagire con un'altra molecola di S.

Il processo può avvenire in maniera estremamente rapida: in molti

casi una sola molecola di enzima è in grado di trasformare in 1

secondo migliaia di molecole di substrato in prodotto.

La velocità di una reazione catalizzata da un enzima può essere fino

a 1014 volte superiore alla velocità della stessa reazione non

catalizzata.2

Come ogni catalizzatore, gli enzimi accelerano le reazioni (che

coinvolgono composti organici) abbassando l’energia di

attivazione.

Costante cinetica espressa nella forma di Arrhenius:

K=A*exp(-Ea/RT)

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Modello chiave-serratura

Il primo modello ad essere stato messo a punto per spiegare la

specificità degli enzimi è quello suggerito da Hermann Emil Fischer

nel 1894, secondo il quale l'enzima ed il substrato possiedono una

forma esattamente complementare che ne permette un incastro

perfetto.

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Questo modello spiega bene la specificità degli enzimi, ma è

decisamente insufficiente per spiegare la stabilizzazione dello

stato di transizione che l'enzima raggiunge durante il legame con

il substrato.

Modello dell’adattamento indotto

Nel 1958 Daniel Koshland propose una modifica del modello

chiave-serratura: 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 stesso, che lo porta ad un legame più stabile in modo da portare

correttamente a termine la sua attività catalitica.

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L'enzima esochinasi è un esempio del modello

dell'adattamento indotto: quando il glucosio si avvicina al

sito attivo (immagine a sinistra - freccia), l'enzima cambia

conformazione, avvolgendosi attorno al substrato (destra).

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Esistono sei differenti classi di enzimi secondo la natura delle

reazioni che catalizzano:

• Ossidoreduttasi: catalizzano reazioni di ossidoriduzione e

includono le ossidasi (ossidazione diretta con ossigeno), le

deidrogenasi (rimozione di idrogeno), ecc;

• Transferasi: catalizzano il trasferimento di un gruppo

funzionale da un donatore ad un accettore;

• Idrolasi: catalizzano reazioni di idrolisi (proteasi, esterasi, • Idrolasi: catalizzano reazioni di idrolisi (proteasi, esterasi,

ecc);

• Liasi: catalizzano le addizioni al doppio legame o le

eliminazioni con formazione di doppi legami;

• Isomerasi: catalizzano le isomerizzazioni all'interno di una

molecola;

• Ligasi: catalizzano la formazione di un legame covalente tra

due molecole.

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Cofattori o attivatori

Molti enzimi richiedono la presenza di gruppi non proteici per

svolgere la loro azione catalitica. Questi gruppi sono detti cofattori

e rientrano in 3 gruppi principali:

1. Coenzimi: molecole organiche che possono essere separate

dall’enzima.

2. Gruppi prostetici: sono legati all’enzima da cui non si distaccano

né durante il corso della reazione, né ad enzima inattivo.

3. Ioni organici (K+, Na+, Mg2+, Zn2+, Ca2+, Fe3+, ecc).

Il complesso enzima-cofattore è detto oloenzima.

Mentre se si rimuove il cofattore rimane l’apoenzima inattivo.8

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CINETICA DI MICHAELIS-MENTEN

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EFFETTO DEL pH

Come detto, l’enzima può contenere gruppi carichi sia

positivamente sia negativamente ad un dato pH.

Tali gruppi ionizzabili sono spesso parte del sito attivo. Perché

possano esplicare azione catalitica, i gruppi ionizzabili del sito

attivo devono spesso possedere ciascuno una particolare carica,

cioè l’enzima catalitico attivo esiste solo in un particolare stato di

ionizzazione. Pertanto, l’enzima cataliticamente attivo può

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ionizzazione. Pertanto, l’enzima cataliticamente attivo può

essere solo una frazione dell’enzima totale a seconda del pH.

Effetto del pH

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ea + S <===> ea S Ks

ea S <====> ea + P k

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Effetto della temperatura

Un aumento della temperatura tra 0 e 40-50 °C accresce l’attività

della maggior parte degli enzimi a causa dell’aumento delle

collisioni efficaci tra i reagenti (vedi eq.ne di Arrhenius).

Al di sopra di 40-50°C l’attività decade in genere drasticamente, fino

ad annullarsi, nella maggior parte dei casi, intorno a 60°C a causa

della disattivazione dell’enzima. Infatti, all’aumentare della della disattivazione dell’enzima. Infatti, all’aumentare della

temperatura gli atomi nella molecola dell’enzima hanno maggiore

energia e quindi una maggiore tendenza a muoversi, superando

così le deboli interazioni che tengono insieme la struttura globulare

della proteina (denaturazione).

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