ENZIMOLOGIA
TEMA 1: INTRODUCCIÓ
ELS ENZIMS
Són biocatalitzadors eficaços i específics, que acceleren les reaccions químiques dels éssers vius, i que són
regulables.
La gran majoria són proteïnes. Hi ha alguns RNAcatalítics: ribozims.
Pràcticament tota reacció bioquímica està catalitzada per enzims. La vida depèn d’aquests potents i específics
biocatalitzadors.
PERSPECTIVA HIST ÒRICA
Fermentació del sucre per a formar alcohol ("ferments”).
-
1860. Louis Pasteur La fermentació està catalitzada per “ferments” (lligats amb la vida i estructura
dels llevats).
1878. Frederick W. Kühne Introdueix el terme “enzim” (dins del llevat).
1894. Emil Fischer Demostra l’especificitat entre enzim-substrat. Proposa la hipòtesi "del pany i de la
clau”.
1897. Eduard Buchner Descobreix que un extracte de cèl·lules de llevat es capaç de fermentar sucres
a alcohol
1926. James B. Sumner Postula que tots els enzims són proteïnes.
1946. John Northrop i Moses Kunitz cristal·litzen la pepsina, la tripsina i altres enzims digestius.
S’accepta la natura proteica dels enzims.
1958. Koshland Teoria per explicar el poder catalític i l'especificitat dels enzims.
1960. Moore i Stain Es determina la primera seqüència d'un enzim (la ribonucleasa).
1961. Monod, Wyman i Changeux Proposenllur model "al·lostèric”.
1965. Phillips i Mathews Es determina la primera estructura tridimensional d'un enzim (la lisozima).
1983. Sidney Altman i col·laboradors Descobreixen els "ribozims".
MÉS SOBRE ELS ENZIMS
Diagrama d’energia lliure d’una reacción química S P
-
Estatde transició Estat ric en energía de les molècules
interactuants.
Energia lliure Energia d’una reacció utilitzable per fer treball
útil.
Augmenten la velocitat de les reaccions al disminuir l’energia lliure
d’activació.
Un catalitzador augmenta la velocitat d’una reacción química i no
s’altera en el procés global. Augmenten la velocitat de les reaccions
sense alterar l’equilibri de la reacció.
Ni ∆G°, ni Keq es veuen afectades.
Un
procés
termodinàmicament
favorable no es fa més favorable (ni al
revés).
Disminució
d’activació.
de
l’energia
CARACTERÍSTIQUES PRINCIPALS DELS ENZIMS
Diferencies entre enzims i catalitzadors químics:
-
Major velocitat de reacció (diversos ordres de magnitud)
Condicions de reacció moderades
Major especificitat: d’acció i de substrat
Capacitat de regulació
PODER CATALÍTIC
Els enzims tenen un gran poder catalític.
Exemple:
L’anhidrasa carbònica augmenta la velocitat d’aquesta reacció en 10 milions de cops.
ESPECIFICITAT
Els enzims són molt específics
La catàlisi enzimàtica comença amb la formació d’enllaços entre E i S.
Com que els aminoàcids de l’enzim que formen aquests enllaços tenen una estructura determinada a l’espai,
l’enzim només pot interaccionar amb determinats substrats.
-
Enzims d’especificitat Baixa Per exemple els enzims
digestius
Enzims d’especificitat Mitjana Per exemple
hexoquinasa
Enzims d’especificitat absoluta o quasi absoluta
Per exemple ureasa
Molts enzims són estereoespecífics.
Els enzims són molt específics en la unió amb substrats quirals i al catalitzar les
seves reaccions.
L’estereoespecificitat dels enzims és una conseqüència de la seva quiralitat
inherent, pel fet de ser constituïts per L-aas o per D-ribosa, en el cas dels ribozims,
i de formar centres actius asimètrics.
Els enzims tenen estereoespecificitat absoluta en les reaccions que catalitzen.
CENTRE ACTIU
El substrat s’uneix al centre actiu d’un enzim.
El centre actiu és una regió tridimensional de la molècula enzimàtica on s’uneix el substrat i on es produeix la
catàlisi.
-
És generalment petit respecte a la proteína
És una cavitat amb un microambient molt específic
Promou la formació d’estat de transició
La interacció amb el S és per forces relativament
febles.
Lisozima Present a la llet materna. Trenca l’enllaç
glucosídic del peptidoglicà en les parets Gram+ dels bacteris.
Està formada per 129 aminoàcids, dels quals només 6 formen part del centre actiu.
Hi ha dos models que descriuen la interacción de substrat i enzim:
-
Model de la clau i el pany (Emil Fischer, 1894)
-
Model de l’ajust induït (Daniel Koshland, 1958). El primer contacte provoca el canvi conformacional que
facilita la catàlisi.
COFACTORS DELS ENZIMS
En molts casos per a realitzar la catàlisi cal, a més de la proteïna, un component no proteic sense el qual l’enzim
és inactiu: COFACTOR
És un component no proteic (molècules orgàniques o ions inorgànics) imprescindible per la catàlisi (activitat
enzimàtica). L’enzim amb cofactor canvia de nom:
-
Enzim sense cofactor (inactiu) APOENZIM
Enzim amb cofactor (actiu) HOLOENZIM
El cofactor pot ser:
-
Molécula orgânica o Metal·loorgànica COENZIMS
Ions metàl·lics Na, K, Mg, Mn, Fe, Cu, Zn, Co, Ni, Mo, V, Se
GRUP PROSTÈTIC Cofactor (coenzim o iómetàl·lic) molt fortament unit o covalentment unit a l’enzim. Ex:
hemoglobina.
COENZIMS
Fan de transportadors transitoris d’àtoms o de grups funcionals específics.
Molts coenzims provenen de les vitamines que s’ingereixen amb la dieta. Per tant, les vitamines son precursores
dels coenzims.
Un exemple son: Nicotinamida adenina dinucleòtid (NAD+), Niacina…
Hi ha coenzims que en realitat són cosubstrats.
En les reaccions catalitzades per deshidrogenases que utilitzen el parell NAD+ / NADH la reacció general és:
E1 oxidasa
Es diu que el NAD+és el coenzim o cofactor de la reacció, però aquests han de restar inalterats. Aquests cofactors
són substrats de l'enzim.
La concentració intracel·lular d'aquests cofactors es manté inalterada al reoxidar-se per un altre enzim
E2 reductasa
En la reacció de la UDP-galactosa-4-epimerasa el NAD+ actúa com a coenzim:
IONS METÀL·LICS
Els metal·loenzims necessiten un ió metàl·lic per a ser actius.