curs 1 enzime biocataliza enzimatica pptx
DESCRIPTION
EnzimeTRANSCRIPT
Semestrul II, 2011-2012
Enzime si bocataliza enzimatica
Subiecte ce vor fi tratate
• Ce sunt enzimele?
• Caracteristici generale ale enzimelor
• Clasificarea enzimelor
• Structura enzimelor
• Specificitatea enzimelor
• Mecanismul catalizei enzimatice
• Cinetica enzimatica
• Nomenclatura enzimelor
• Cofactori (coenzime, grupari prostetice).
Enzime-definitie
Enzimele sunt catalizatori biologici (fermenti)
Enzimele sunt in general proteine cu rol biocatalitic
>100 aminoacizi, >10kDa
Au structura primara, secundara, tertiara, cuaternara
Tehnici: cercetare cristalografica cu raze X, spectrometrie
de masa, fluorescenta, imunotehnici, etc
ARN nuclear cu masa moleculara mica
(ARNsn) =rol catalitic
La eucariote, in urma procesului de transcriere, rezulta un ARNm primar care contine exoni (secvente informationale ce se vor exprima in proteine) si introni (nu vor fi tradusi in proteine). Acest ARNm primar sufera un proces de excizare a intronilor si legare a exonilor numit splicing. Acest proces este catalizat de catre complexe formate din proteine si molecule mici de ARN nuclear (ARNsn) (din engl.small nuclear RNAs (snRNAs)) numite spliceosomes sau structuri ribonucleoproteice cu masa moleculara mica, snSNP (din engl. small nuclear ribonucleoprotein particles). Fiecare complex contine ARN nuclear cu masa mica (ARNsn) format din 100 to 200 nucleotide. In nucleii eucarioti exista 5 tipuri de ARNsn notate cu U1, U2, U4, U5, si U6 implicate in reactiile de excizie a intronilor si legare a exonilor.
ARNsn si proteinele din snSNP sunt inalt conservate la eucariote, de la drojdii la oameni.
Excizarea intronilor si legarea exonilor in ARNm la
eucariote
Aceasta masinarie enzimatica recunoaste situsurile de excizie a intronilor. Intronii in general incep cu GU si se termina cu AG. Aceste secvente sunt semnale pentru procesul de splicing.
ARNm primar
ARNm intermediar
ARNm fara introni
Gruparea 3’OH a guanozinei actioneaza ca o molecula nucleofila atacand fosfatul 5’ la nivelul situsului de excizare
Gruparea 3’OH a exonului dinspre extremitatea 5’ actioneaza ca o molecula nucleofila finalizand excizia intronului
Subiecte ce vor fi tratate
Ce sunt enzimele?
Caracteristici generale ale enzimelor
Clasificarea enzimelor
Structura enzimelor
Specificitatea enzimelor
Mecanismul catalizei enzimatice
Cinetica enzimatica
Nomenclatura enzimelor
Cofactori (coenzime, grupari prostetice).
Diferente dintre enzime si catalizatori chimici:
Enzimele sunt in general proteine
Enzimele au specificitate pentru un substrat
Specificitatea poate fi “ingusta” pentru un singur fel de substrat (ex. D-Glucoza) sau poate fi “larga” pentru o multitudine de substrate (ex. Hexoze)
Caracteristici generale ale enzimelor
Diferente dintre enzime si catalizatori chimici:
Au o ToC si pH optim de functionare
Nu sunt produse sau consumate in timpul unei reactii chimice
Nu declanseaza o reactie chimica ci intensifica viteza reactiei chimice
Enzimele modifica viteza reactiei dar nu constanta de echilibru a reactiei catalizate.
Cat timp decurge o reactie catalizata enzimatic?
Subiecte ce vor fi tratate
Ce sunt enzimele?
Caracteristici generale ale enzimelor
Clasificarea enzimelor
Structura enzimelor
Specificitatea enzimelor
Mecanismul catalizei enzimatice
Cinetica enzimatica
Nomenclatura enzimelor
Cofactori (coenzime, grupari prostetice).
Clasificarea enzimelor
2 criterii majore:
Solubilitate
Structura
Dupa solubilitatea (localizarea) enzimelor
Enzime hidrosolubile (ex. Enzimele cu localizare citosolica, lumenala sau matriceala)
Enzime partial hidrosolubile sau insolubile in apa (ex. cu localizare membranara, periferica sau transmembranara)
Ca 2+ ATP-aza
Dupa criteriul structural
2 categorii de enzime:
Enzime numai de natura proteica:
Ex: ribonucleaze, hidrolaze
Enzime alcatuite dintr-o parte proteica si una
neproteica
Subiecte ce vor fi tratate
Ce sunt enzimele?
Caracteristici generale ale enzimelor
Clasificarea enzimelor
Structura enzimelor
Specificitatea enzimelor
Mecanismul catalizei enzimatice
Cinetica enzimatica
Nomenclatura enzimelor
Cofactori (coenzime, grupari prostetice).
Structura unei enzime
(Holo)enzima (holoferment sau simplex).
Parte proteică (apoenzimă, apoferment sau feron)
Parte neproteica- Cofactor (coenzimă, coferment, sau agon)
Structura unei enzime
Componenta proteică a enzimei - determină caracterul de izoenzimă,
- determină specificitatea de substrat
- dirijează specificitatea de acţiune.
Componenta neproteică - micromoleculară şi termostabilă
- joacă rolul de coenzimă sau grupare prostetica şi este implicată în mecanismul
catalitic.
Structura spaţială a enzimelor
Structura spaţială a enzimelor
Structura primară
Structura secundară
Structura tertiară
Structura cuaternară
Foi beta pliate
Alpa helix
Centrul activ al enzimelor
Centru activ= totalitatea gruparilor chimice din
molecula enzimei care recunosc, leaga specific si
transforma molecula de substrat
Centrul activ al enzimelor
Cuprinde un numar mic de aminoacizi:
catalitici sau de specificitate
Confera specificitate enzimelor pentru
substrat
Are un caracter hidrofob
Interactiunea centru activ substrat
2 modele:
Mecanismul cheie-broasca - Emil Fischer, 1890
Mecanismul potrivirii induse - Daniel E. Koshland,Jr.,
1958
Mecanismul cheie-broasca
Interactiunea centru activ substrat
Enzima
Situs activ
Substrat
Complex
enzima-substrat
Mecanismul potrivirii induse
Interactiunea centru activ substrat
Substrat
+
Enzima
Complex
enzima-substrat
Centrul reglator al enzimelor
Este diferit de centrul activ (catalitic) al enzimelor
Leaga moleculele de efectori (nu sunt substrate ale
enzimelor)
Efectorii legati de enzima modifica proprietatile catalitice ale
acesteia
Subiecte ce vor fi tratate
Ce sunt enzimele?
Caracteristici generale ale enzimelor
Clasificarea enzimelor
Structura enzimelor
Specificitatea enzimelor
Mecanismul catalizei enzimatice
Cinetica enzimatica
Nomenclatura enzimelor
Cofactori (coenzime, grupari prostetice).
Specificitatea enzimelor
Specificitatea enzimelor: - de actiune - de substrat - absoluta 1. Specificitate de actiune Este determinata de partea proteica a enzimei Ex: piridoxalfosfat- coenzima a transaminazelor, decarboxilazelor, liazelor, sintetazelor hemul- grupare prostetica a hemoglobinelor, a peroxidazelor, catalazelor, citocromilor si a oxigenazelor
Capacitatea enzimelor de a cataliza anumite reactii chimice, in care este implicat un anumit tip de compus, uneori numai un singur compus
Specificitatea enzimelor
2. Specificitate de substrat -specificitate de legatura: enzimele
recunosc un anumit tip de legatura chimica Ex: Esterazele recunosc legaturile de tip
esteric -stereospecificitate Ex: L-aminoacid-oxidazele : catalizeaza numai
dezaminarea oxidativa a L-aminoacizilor !!! Subtilizina- proteaza nespecifica ADN polimeraza I
3. Specificitate absoluta: enzimele recunosc un anumit tip de
legatura chimica si un anumit component chimic
Exemplu: Ureaza degradeaza numai ureea
Exemplu: Hexokinaza
- D-glucoza
- 2-18F-dezoxi-D-glucoza –utilizare in tehnici de imagistica
Specificitatea enzimelor
Tomografia prin emisie de positroni engl Positron emission tomography (PET)
aplicatii in diagnosticarea si tratamentul cancerului si a bolilor
inflamatorii
Aorta
Izoformele enzimelor
Izoenzime sau izozime
Sunt enzime localizate în aceeaşi celulă sau în celule diferite,
care îndeplinesc funcţii catalitice identice, dar diferă prin unele
proprietăţi cum ar fi afinitate pentru substrat, termostabilitate,
sarcină electrică etc.
Izoformele LDH
LDH-1 (4H) - in inima
LDH-2 (3H1M) - in sistemul reticuloendotelial
LDH-3 (2H2M) - in plamani
LDH-4 (1H3M) - in rinichi
LDH-5 (4M) - in ficat si muschiul striat
)
Rol in diagnosticul medical indicand distrugeri celulare
Enzime cu dubla localizare
În aceeaşi celulă, dar în compartimente diferite, pot exista enzime cu
aceeaşi specificitate de substrat, dar cu proprietăţi fizice şi chimice
diferite
Enzime biloculare – mitocondriale şi citosolice:
-aspartat-aminotransferaza (GOT)
-malat-dehidrogenaza,
-izocitrat-dehidrogenaza,
--glicerofosfat-dehidrogenaza.
Izoaloenzime
Izoaloenzime= enzime cu origine celulara unica, care
catalizeaza aceeasi reactie cu substratul, in mod diferit
-aspartat-aminotransferaza (GOT)
-glutamat-dehidrogenaza (NAD-dependenta, NADP-dependenta)
-izocitrat-dehidrogenaze (NAD-dependenta, NADP-dependenta)
--glicerofosfat-dehidrogenaza (NAD-dependenta, FAD-dependenta)
Complexe enzimatice Enzimele pot fi organizate in complexe enzimatice atunci cand
produsul unei reactii este rapid preluat si transformat de o alta enzima
Diferite grade de organizare:
Exemple: acid-gras sintetaza cu localizare citosolică. Acest sistem enzimatic, descoperit de Lynen în drojdie, apare ca fiind format din 6 enzime diferite, grupate în jurul unei proteine centrale purtătoare de radical acil. Întregul sistem enzimatic are masa moleculară de 2300 kDa
Complexe multienzimatice: enzime asociate cu ribozomii, enzimele lantului respirator