• Un enzima è un catalizzatore (acceleratore) di reazioni biologiche.

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ENZIMI

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• Un enzima è un catalizzatore (acceleratore) di reazioni biologiche.

• Catalizzatore = sostanza in grado di accelerare lo svolgimento di una reazione chimica e quindi di aumentarne la sua velocità, diminuendo la sua energia di attivazione .

• Quasi tutti gli enzimi sono PROTEINE.

ENZIMI

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Tratto da: P. Champe, R. Harvey, D.R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Ed. Zanichellli

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CARATTERISTICHE degli enzimi CARATTERISTICHE degli enzimi

• Gli enzimi sono catalizzatori organici prodotti dagli organismi.

• In una reazione catalizzata da enzimi il reagente è detto substrato.

• Il sito attivo di un enzima è la regione dell’enzima responsabile della sua azione catalitica.

• Gli enzimi hanno un maggior potere catalitico di catalizzatori inorganici.

• Gli enzimi sono altamente specifici sia per il substrato che per la reazione chimica.

• L’attività di un enzima è strettamente regolata da una serie di fattori.

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CLASSIFICAZIONE degli enzimi CLASSIFICAZIONE degli enzimi

• OSSIDOREDUTTASI:OSSIDOREDUTTASI catalizzano reazioni di ossidoriduzione

• TRANSFERASI:TRANSFERASI: catalizzano trasferimento di gruppi funzionali

• IDROLASI:IDROLASI: catalizzano reazioni di idrolisi

• LIASI:LIASI: catalizzano reazioni di addizione a doppi legami

• ISOMERASI:ISOMERASI: catalizzano reazioni di isomerizzazione

• LIGASI:LIGASI: catalizzano la formazione di legami con rottura di molecole di ATP

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Quando un substrato S (reagente) deve essere trasformato in un prodotto P, le molecole di S passano attraverso uno stadio intermedio tra S e P chiamato stadio di transizione T. L’enzima si lega al substrato S generando uno stadio di transizione ad energia minore di quello che si formerebbe in assenza di enzima (diminuisce l’energia di attivazione).

MECCANISMO DI AZIONE degli enzimi MECCANISMO DI AZIONE degli enzimi

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9 Il sito attivo dell’enzima reagisce con il substrato per formare un complesso enzima-substrato.

9 Il complesso enzima substrato si dissocia per formare i prodotti e l’enzima libero pronto a reagire di nuovo.

MECCANISMO DI AZIONE degli enzimi MECCANISMO DI AZIONE degli enzimi

Enzima

Substrato Sito attivo

Complesso enzima-substrato

Prodotti

Enzima

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Molecole o ioni metallici che sono necessari all’enzima per essere attivi.

COENZIMI E COFATTORI COENZIMI E COFATTORI

9 COENZIMI ⇒ prendono parte direttamente all’azione catalitica dell’enzima e spesso si ritrovano modificati chimicamente al termine della reazione.

9 COFATTORI ⇒ hanno grande importanza gli ioni di alcuni metalli come ad esempio Ca⁺², Mg⁺² ecc.

Es. Coenzimi:

Coenzima A (Co ACo A) ⇒ essenziale per l’organismo nel metabolismo di carboidrati, lipidi e proteine.

Nicotinamide adenina nucleotide (NADNAD⁺⁺) ⇒ coinvolto nella maggior parte delle reazioni di ossidoriduzione che si verificano nei mitocondri.

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NAD

⁺

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Coenzima A

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FATTORI CHE INFLUENZANO L

FATTORI CHE INFLUENZANO L’ ’ATTIVITA ATTIVITA’ ’ degli enzimi degli enzimi

9 pH ⇒ influenza la struttura terziaria dell’enzima e modifica le cariche dei residui presenti nel sito attivo che sono importanti per il legame con il substrato.

9 temperatura ⇒ un’elevata temperatura inattiva l’enzima.

9 concentrazione del substrato ⇒ la velocità delle

reazioni aumenta all’aumentare della concentrazione dei

reagenti.

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CINETICA ENZIMATICA CINETICA ENZIMATICA

v

₀

= V

_max

⋅ [S ] K

_M

+ [S ]

Equazione di

Equazione di Michaelis-

Michaelis

-Menten

Menten

La velocità di una reazione aumenta all’aumentare della concentrazione di substrato e in presenza di un enzima essa tende a raggiungere un valore massimo indicato con V_max

V

_max ^⇒ la velocità massima della reazione viene raggiunta quanto il substrato ha saturato l’enzima

K

_m^⇒ corrisponde alla concentrazione di substrato al quale la velocità della reazione è uguale alla metà di V_max

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CINETICA ENZIMATICA CINETICA ENZIMATICA

K

_m

COSTANTE DI MICHAELIS-MENTEN

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INIBIZIONE dell

INIBIZIONE dell ’attivit ’ attivit à à enzimatica enzimatica

Inibitore enzimatico

Inibitore enzimatico ⇒ sostanza che causa una diminuzione dell’attività di un enzima o lo rende inattivo.

REVERSIBILE REVERSIBILE

Si lega all’enzima per mezzo di legami deboli e può quindi essere

allontanato rendendo di nuovo l’enzima attivo

IRREVERSIBILE IRREVERSIBILE

Si lega all’enzima attraverso legami forti, spesso covalenti, rendendo

l’enzima definitivamente inattivo

Competitivo Si lega al sito attivo dell’enzima impedendone il legame del substrato

Non competitivo Si lega in un sito diverso dal sito attivo formando un complesso cataliticamente inattivo

Molte sostanze altamente tossiche

o velenose sono inibitori di enzimi

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FARMACI come inibitori enzimatici FARMACI come inibitori enzimatici

L’inibizione enzimatica ha grande importanza medica e farmacologica ⇒ molti farmaci sono inibitori di qualche enzima dell’organismo o di cellule estranee all’organismo stesso agendo su processi metabolici.

Sono inibitori enzimatici:

• farmaci attivi sul sistema nervoso centrale

• farmaci ipocolesterolemizzanti → agiscono inibendo l’enzima regolatore della biosintesi endogena del colesterolo

• antibiotici

• agenti chemioterapici

• farmaci antivirali

Tratto da: M. Stefani e N. Taddei, Chimica biochimica e biologia applicata, Ed. Zanichelli

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FARMACI come inibitori enzimatici FARMACI come inibitori enzimatici

Acido acetilsalicilico ⇒ inibisce irreversibilmente l’enzima cicloossigenasi che catalizza la prima reazione di biosintesi delle prostaglandine. Le prostaglandine sono ormoni la cui over produzione è associata all’ infiammazione e all’ insorgenza della febbre.

Acido arachidonico Prostaglandine

Cicloossigenasi

Infiammazione

Farmaci

antiinfiammatori non stereoidei

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FARMACI come inibitori enzimatici FARMACI come inibitori enzimatici

Penicillina ⇒ gli antibiotici inibiscono enzimi che sono essenziali per la crescita batterica. Nel caso della penicillina la sua azione consiste nell’inibizione di una tappa finale della sintesi della parete cellulare dei batteri.

Agenti chemioterapici ⇒ tra gli agenti chemioterapici utilizzati nella terapia del cancro alcuni sono antimetaboliti (composti con struttura simile ai substrati su cui agiscono gli enzimi). Tali composti hanno la capacità di inibire la rapida riproduzione delle cellule cancerose inibendo ad esempio la

biosintesi del DNA.

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DOSAGGIO di enzimi plasmatici DOSAGGIO di enzimi plasmatici

9 La determinazione dei livelli degli enzimi nel siero viene utilizzata come importante parametro diagnostico in medicina.

9 Il livello dell’attività di numerosi enzimi aumenta nel siero in differenti condizioni patologiche. Esso indica che ci sono cellule o tessuti, in cui quell’enzima agisce, danneggiati.

L’L’incremento dellincremento dell’’attivitattivitàà di un enzima può essere dovuto:di un enzima può essere dovuto:

• aumentato rilascio dalle cellule per danno cellulare o aumentata popolazione cellulare