Transcript ENZIMELE

ENZIMELE
OBIECTIVELE:







Natura chimică şi rolul biologic al enzimelor. Dovezile naturii
proteice a enzimelor. Diferenţa dintre acţiunea enzimelor şi
catalizatorilor nebiologici.
Structura enzimelor. Proenzimele (zimogenii). Noţiune despre
centrul activ şi centrul alosteric al enzimelor.
Izoenzimele şi rolul lor.
Cofactorii enzimelor. Coenzimele şi ionii metalici. Funcţiile de
coenzime a vitaminelor şi microelementelor.
Natura chimică (structura) vitaminelor B1, B2, B6, PP şi rolul lor
ca coenzime.
Mecanismul de acţiune al enzimelor. Centrul activ al enzimelor şi
rolul lui în formarea şi transformarea complecşilor intermediari
dintre enzimă şi substrat. Rolul modificărilor conformaţionale
reciproce ale moleculei enzimei şi substratului la favorizarea
catalizei (reacţiei).
Nomenclatura (denumirea) şi clasificarea enzimelor. Caracteristica
generală a claselor şi subclaselor principale de enzime. Numărul de
cod al enzimei.
ENZIMĂ – de la grec.“Eu
ZYMOS”- în drojdie


Enzime – catalizatori biologici de natură
proteică, ce măresc viteza reacţiilor chimice
E- acţionează strict într-o anumită
consecutivitate şi cu o anumită specificitate
Enzimologieştiinţa,
ce se ocupă
cu studierea enzimelor
Enzimodiagnostica
- este determinarea
Enzimoterapia
- este utilizarea enzimelor,
activitătii enzimelor,
care se pot modifica în
diferite patologii cu
scop de diagnoză.
extrase şi purificate sau
sintetizate în laborator,
în tratamentul
diferitor patologii.
Natura chimică a E


1.
2.
3.
4.
5.
6.
E- sunt proteine şi posedă toate proprietăţile fizico-chimice
specifice acestor molecule (solubilitate, proprietăţi osmotice,
sarcină electrică netă, denaturare termică)
Dovezile experimentale:
Sunt alcătuite din AA
Prezintă macromolecule
În apă formează sol. coloidale cu propriet. sale specifice
Prezintă electroliţi amfoliţi
Se supun denaturării
Au fost sintetizate în condiţii de laborator din AA (ribonucleaza,
lizozima)
Asemănările E cu catalizatorii
neorganici
1.
2.
3.
4.
catalizează numai reacţiile posibile din punct
de vedere energetic
nu modifică echilibrul reacţiilor reversibile
nu modifică direcţia reacţiei
nu se consumă în procesul reacţiilor.
Deosebirile E de catalizatorii
neorganici
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Viteza catalizei enzimatice este cu mult mai mare decît a celei
nebiologice (1 mg de Fe în componenţa catalazei poate înlocui
o tonă de Fe metalic).
Enzima posedă specificitate înaltă.
Enzimele catalizează reacţiile chimice în condiţii blînde
(presiunea obişnuită, temperatura 37C, pH aproape neutru).
E catalizează reacţiile fără formarea produselor intermediare –
randamentul este de 100%
Activitatea E, de aici şi reacţiile enzimatice se reglează.
Viteza reacţiilor este direct proporţională cu cantitatea enzimei.
Structura enzimelor




Masa moleculară a E e de mii de ori mai mare decât
masa moleculară a substratului (S)
S - substanţa asupra căreia acţionează E
E acţionează nu cu toată molecula dar cu un anumit
sector – denumit centrul activ (CA)
CA - locul care asigură interacţiunea E cu S şi
transformarea ulterioară a acestuia.
Particularităţile CA
1.
2.
3.
4.
5.
6.


Este o combinare unicală în spaţiu şi în timp a anumitor
resturi de AA
E o structură tridimensională (AA aflaţi în locuri diferite)
Are formă de adâncitură sau cavitate, căptuşită cu AA
hidrofobi, unde nu-i acces de apă (ex. când apa este un
reagent al reacţiei)
Ocupă o parte relativ mică din volumul E şi majoritatea
resturilor de AA în molecula E nu contactează cu S
S relativ slab se leagă cu E
CA este alcătuit din 2 sectoare:
Sectorul de contact (de legare)
Sectorul catalitic
Centrul alosteric





Unele E posedă şi un alt centru (sau alte centre) decît
cel activ – centru alosteric (allo stereos –alt loc)
C alos - are o poziţie spaţială pentru fixarea
metabolitului reglator, numit efector sau modulator
Modulatorii se fixează necovalent şi pot fi: activatori sau
inhibitori
E cu centrul alos – se numesc E alosterice sau
reglatoare
La fixarea modulatorului, E alos îşi modifică
conformaţia. Modulatorii accelerează sau inhibă
utilizarea S de enzima respectivă.
Enzime alosterice



1.
2.
Moleculele enzimelor alosterice sunt mai mari, mai complexe şi
sunt oligomere pare
Au cinetica lor – viteza reacţiilor în dependenţă de c% S are
formă sigmoidală, dar nu hiperbolică, cauzată de urmările
interacţiunii între protomerii ce leagă S în mod cooperativ
Sunt 2 tipuri de E alosterice
Homotrope - modulatorul şi S constituie aceeaşi substanţă
Acumularea S activează v reacţiei catalizate de această E (ex:
alcoolul activează alcoolDH, E ce îl scindează)
Heterotrope - modulatorul se deosebeşte după structură de S.
Cofactorii enzimelor
Deosebim:
1.
E simple – alcătuite numai din AA
2.
E conjugate - sînt formate din:
a. partea proteică - apoenzimă
b. partea neproteică - cofactor.
Cofactori – molecule (sau ioni) mici, mai stabili la acţiune
decât apoenzimele

Cofactorul strîns legat în structura E – grupare
prostetică

Cofactorul slab legat, uşor disociabil – coenzimă

În calitate de cofactori apar frecvent cationii unor
metale şi, foarte rar, unii anioni

Rolul Co
stabilizează conformaţia activă a moleculei
2. Prezintă veriga de legătură între S şi CA prin
leg. coordinative
3. Co pot îndeplini actul de cataliză
Ex. – transportul electronilor
1.
Clasificarea Co

Co vitaminice
1.
Tiaminice
Flavinice
Nicotinamidice
Piridoxinice
Folice
Cobamidice
Biotinice
lipoice
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Co nevitaminice
(nucleotidice; metaloporfirinice,peptidice)

Coenzimele tiaminice



1.
2.
3.
Derivaţii vitaminei B1
TMP, TDP (TPP),
TTP
Rolul:
Decarboxilarea
oxidativă a piruvatului
Decarboxilarea
oxidativă a α
cetoglutaratului
Reacţii de transcetolare
Coenzimele flavinice



1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Derivaţi ai vitaminei B2
FMN şi FAD
Rolul:
Participă în reacţiile de
oxido-reducere:
Dezaminarea AA
(aminoacidoxidaza)
Degradarea aldehidelor
(aldehidDH)
Degradarea purinelor
(xantinoxidaza)
Ciclul Krebs (succinatDH)
Oxidarea AG
DOP (dihidrolipoilDH)
Coenzimele nicotinamidice




Sunt derivaţi ai vitaminei PP
–niacina, niacinamida, B5
se include în structura a 2
Co- NAD şi NADP
Rolul
Participă în reacţiile de oxidoreducere (dehidrogenarea S –
transferul unui hibrid ion
(H+ şi 2 e). Alt proton
rămâne în soluţie H+
Coenzimele nicotinamidice
Coenzimele piridoxinice



1.
2.
3.
Derivaţi a vitaminei B6
Co – piridoxalfosfat şi
piridoxaminfosfat
Rolul:
Transaminarea AA
Decarboxilarea AA
Transsulfurarea
Ionii de metale –cofactori ai E



1.
2.
3.
4.
E care în calitate de cofactori conţin metale –
metaloenzime
Metalele sunt fixate de apoenzimă prin legături
electrostatice la care participă resturile de AA acizi
(Asp, Glu) sau bazici (Arg, Lyz, His)
Exemple:
citocromii, catalaza (Fe)
Citocromoxidaza (Cu)
Amilaza salivară (Cl)
alcoolDH (Zn)

1.
2.
3.
4.
Metalele ce intră în componenţa
metaloenzimelor îndeplinesc următoarele
funcţii:
Stabilizează structura E
Participă la legarea S
Participă nemijlocit la cataliză
Fixarea cofactorului la apoE (ex: Zn leagă
NAD la alcoolDH)
Co pantotenice (B3)- HS-CoA
biosinteza AG
2.
biosinteza Col
3.
sinteza corpilor cetonici
4.
Oxidarea AG
5.
Ciclul Krebs
6.
Sinteza aminolevulinatului
7.
DOP
8.
DO a alfa cetoglutaratului
Transferul grupelor acil
1.
Co biotinice – vitamina H




Gluconeogeneză (I cale –piruvatdecarboxilaza)
Sinteza AG (formarea lui malonil CoA)
Transformarea propionil-CoA în succinil CoA
(oxidarea AG cu număr impar)
Intervine în catabolismul Leu
Co cobamidice – B12 ciancobalamina



1.
2.
Vitamină antipernicioasă pentru om şi factor
de creştere pentru microorganisme
În ficat sunt 3 compuşi cobalaminici: meti-;
hidroxo- şi deoxiadenozil-cobalamină
Rolul:
Co pentru unele transmetilaze (homocisteină –
metionină)
Co pentru anumite mutaze (izomeraze)metilmalonil Co A---- succinil CoA
Co folice sau pteridinice



Bc-acidul folic
Forma activă- acidul tetrahidrofolic
Rol: transferul grupărilor cu un C: metil (CH3),
metilen(-CH2), formil (COH), formimino
(CH=NH)
Mecanismul de acţiune al enzimelor.

1.
Procesul catalizei enzimatice poate fi divizat convenţional
în trei stadii:
Difuzia S spre E şi legarea cu CA al E - formarea
complexului ES. Prima etapă de scurtă durată depinde
de concentraţia substratului şi de viteza lui de difuzie
spre centrul activ al enzimei.
Mecanismul de acţiune al E
2. Transformarea complexului primar ES în unul sau cîteva complexe
activate, indicate în ecuaţie prin ES* şi ES**. Această etapă este
cea mai lentă şi depinde de energia de activare a reacţiei chimice
respective. La această etapă are loc dereglarea legăturilor S, ruperea
lor sau formarea noilor legături în urma interacţiunii grupelor
catalitice ale enzimei.
3. Despărţirea produselor reacţiei de CA al E şi difuzia lor în mediul
ambiant (complexul EP disociază în E şi P).
Ipoteza “lacăt-cheie” (Fischer) şi “coincidenţa forţată”
(Kochland)
Modelul clasic (Emil Fischer) consideră că
potrivirea substratului cu centrul activ al enzimei
este analog cu potrivirea “lacăt-cheie”. Acest
model presupune o rigiditate a structurii enzimei
în zona centrului activ.
 modelul Kochland, numit “centrul activ indus”,
presupune o flexibilitate a CA. În enzima liberă
CA este “preformat” într-o configuraţie spaţială
uşor diferită de cea necesară fixării S.
S induce o modificare conformaţională a CA, care
favorizează fixarea lui

Conceptul clasic "lacăt- cheie
- elaborat în 1890 de către Emil Fişer
- consideră că potrivirea substratului cu centrul activ al enzimei
este analog cu potrivirea “lacăt-cheie”. Acest model presupune o
rigiditate a CA.
la prima etapă a formării acestui complex în rezultat se modifă
structura S căpătînd starea de tranziţie după care se transformă în P
E+S-- ES- E+P
Conceptul coencidenţei inductive
“coincidenţa forţată” (Kochland)
Mecanismul de acţiune al E

1.
2.
3.
4.
La nivel molecular acţiunea E poate fi lămurită prin următoarele
efecte:
Efectul de orientare a substratelor (CA al E fixează S şi le
orientează într-un mod convenabil pentru acţiunea gr. catalitice)
Efectul de deformare a S (după unirea în CA molecula S se
întinde, se deformează –favorizând scindarea ei)
Cataliza acido-bazică (în procesul fixării S în CA asupra lui
acţionează grupele electrofile ale sectorului catalitic, are loc
redistribuirea densităţii electronice în S şi ruperea legăturilor din
S
Cataliza covalentă – formarea legăturilor covalente între CA şi
S, complexul ES e foarte instabil, uşor disociază eliberând P
reacţiei
Mecanismul de acţiune al E




Pentru decurgerea unei reacţii este necesar ca molecula
de S şi E să contacteze între ele, pentru aceasta e
necesar de conştientizarea unei noţiuni ca:
Energia de activare – este energia necesară tuturor
moleculelor unui mol de substanţă, care la o anumită t
pot să atingă starea de tranziţie corespunzătoare
apixului barierii energetice (KJ/mol; kcal/mol)
E - micşorează energia de activare ale reacţiilor chimice.
Cu cît mai mult scade energie de activare, cu atît mai
eficient acţionează catalizatorul, şi cu atît mai mult se
accelerează reacţia.
Enzymes
Lower a
Reaction’s
Activation
Energy
Clasificarea actuală a enzimelor.





Toate enzimele se împart în şase clase, clasele în subclase,
subclasele în subsubclase, iar aici E îşi are numărul său de
ordin. Clasele, subclasele, sub-subclasele şi enzimele
individuale se notează prin cifre despărţite de puncte. Ex:
LDH - 1.1.1.27
Clasa reprezintă tipul de reacţie, catalizat de enzime
Subclasa – precizează acţiunea E, deoarece indică natura
grupării chimice a S, atacat de E
Subsubclasa – precizează natura legăturii S atacat sau natura
acceptorului care participă la reacţii
Denumirea E – denumirea S +tipul reacţiei catalizate +aza
Clasificarea actuală a enzimelor
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Oxidoreductaze, catalizează reacţiii de oxido-reducere;
Transferaze, catalizează transferuri grupelor funcţionale de la
un S la altul (metil, amino, acil,);
Hidrolaze catalizează scindări de legături covalente cu
adiţionarea apei ;
Liaze, catalizează ruperea leg. C-C, C-S şi C-N; fără adiţionarea
apei, adiţia la legături duble şi reacţiile inverse.
Izomeraze, catalizează toate tipurile de transformări în cadrul
uneia şi aceleaşi moleculă ;
Ligaze (sintetaze), catalizează formarea de legături între carbon
şi O, S, N, cuplate cu hidroliza legăturilor macroergice
(utilizarea ATP).
Clasificarea enzimelor.
- catalizează reacţiii de oxidoreducere;
-catalizează transferuri
grupelor funcţionale de la un S
la altul (metil, amino, acil,);
-catalizează scindări de
legături covalente cu
adiţionarea apei ;
-catalizează ruperea leg. C-C,
C-S şi C-N; fără adiţionarea
apei, adiţia la legături duble
şi reacţiile inverse.
-catalizează toate tipurile de
transformări în cadrul uneia
şi aceleaşi moleculă ;
- catalizează formarea de legături
între carbon şi O, S, N, cuplate cu
hidroliza legăturilor macroergice
(utilizarea ATP).
Izoenzimele







1.
2.
3.
4.
5.
forme moleculare multiple ale E (la aceeaşi specie, în acelaşi ţesut, în
aceeaşi celulă), ce catalizează aceeaşi reacţie chimică, dar se deosebesc
prin structură, proprietăţi fizice, chimice şi cinetice
Diferite forme de izoenzime se pot găsi fie împreună; fie în ţesuturi
diferite (fosfotaza acidă în prostată şi hematii); sau chiar în diferite
părţi ale aceleiaşi celule (MDH mitocondrială şi citoplasmatică)
Sunt E cu structură cuaternară, alcătuite din cel puţin 2 protomeri
diferiţi
Ex. LDH (lactat – piruvat)
Prezintă un tetramer, alcătuit din 2 tipuri de subunităţi (H – inimă; Mmuşchi) în diferite raporturi; codificate de gene diferite.
HHHH – inimă; HHHM;HHMM; HMMM; MMMM – muşchi
Izoenzimele diferă între ele prin:
V max de cataliză,
prin sensibilitatea faţă de modulatorii alosterici,
prin sarcina electrică (ce permite separarea lor prin electroforeză);
pH-optim de acţiune;
termolabilitate, au afinitate diferită faţă de S.

1.
2.

1.
2.
3.
4.
5.
Rolul:
Rol însemnat în controlul metabolic ( faciliteaza
adaptarea metabolismului in diferite ţesuturi.)
Ex: in miocard predomina HHHH aceasta
izoenzima este inhibata de către piruvat deaceea
orientează oxidarea piruvatului pe cale aeroba. Pe
cind fracţia M4 este activată de catre piruvat şi
orientează transformarea piruvatului pe cale
anaerobă spre lactat.
Variaţia diferitor forme de izoenzime are o
semnificaţie diagnostică deosebită în unele stări
patologice.
Exemple de izoenzime:
creatinkinaza (2 tipuri de monomeri: M-Muscle şi
B –brain
MDH
Aldolaza
Fosfataza alcalină
Fosfataza acidă
Proprietăţile generale
ale enzimelor
Obiectivele:
1.
Proprietăţile generale ale E (termolabilitatea, specificitatea), acţiunea pH-ului
asupra activităţii enzimatice.
2. Activarea şi inhibarea enzimelor:
a) mecanismele de activare (proteoliza parţială, activarea alosterică,
autostructurarea cuaternară, fosforilarea şi defosforilarea, reactivarea).
b) mecanismele de inhibiţie (specifică şi nespecifică, reversibilă şi ireversibilă,
alosterică şi competitivă).
3. Organizarea enzimelor în celulă (ansamblurile enzimatice,
compartimentalizarea). Reglarea activităţii enzimatice în celulă —
importanţa principiului de retroinhibitie.
4. Deosebirea privind componenţa enzimatică a organelor şi ţesuturilor. Enzimele
organospecifice. Modificarea activităţii enzimatice în diferite afecţiuni
(enzimodiagnosticul).
5. Metodele de obţinere şi purificare ale enzimelor. Cromatografia de afinitate.
6. Utilizarea enzimelor în practica medicală. Întrebuinţarea enzimelor imobilizate
în medicină.
7. Unităţile de activitate ale enzimelor.
8. Metodele de determinare a activităţii enzimelor.
Factorii care influienţiază activitatea E





Temperatura
PH
Concentraţia S
Concentraţia E
electroliţii
Termolabilitatea (t°)





E – sunt termolabile
t optimă a majorităţii E se află în
limitele 20 ° - 40° C
odată cu creşterea t cu 10°C (dacă
luăm punctul de plecare 0° ) - V
reacţiei enzimatice sporeşte de 1,5
ori, atingând max la t 40°C.
Majorarea de mai departe duce la
micşorarea activităţii enzimatice
ceea ce mărturiseşte despre
denaturarea proteinei. La 100°C
toate E organismului sunt inactive.
Unele E a microorganismelor
termofile sunt active la t de 80°C
La t joase E se inactivează
(excepţii: catalaza: activitate max la
t=0 °C)
Termolabilitatea (t°)

Creşterea vitezei reacţiei odată
cu creşterea t° este înterpretată prin
prisma "energiei de activare".
Pentru fiecare E se poate stabili o
t° optimă la care V atinge valoarea
max, mai departe V scade din
cauza denaturării.
Acţiunea pH asupra activităţii enzimatice



1.
2.
3.
4.
Fiecare E are un pH optim
propriu la care îşi manifestă
activitatea maximală.
Majoritatea E celulare au pHul optim- 7,4 (excepţii:
hidrolazele acide lizozomale
pH= 5; MAO din membrana
mitocondrială externa pH=
10).
La E digestive pH-lui optim
este cel al sediului lor de
acţiune:
Pepsina – pH 1,5 – 2,
Amilaza pancreatică - pH
6,4-7,2,
Tripsina - pH 7,8-8,0
Arginaza- pH 9,5-10 etc.




1.
2.
3.
Dependenţa activităţii E de
variaţia pH-ului este deseori
descrisă de o curbă în forma de
clopot.
In CA al E se află grupări
ionizabile, acide sau bazice.
Acestea interacţionează direct cu
ionii H+ si OH-, rezultatul fiind
creşterea sau scăderea gradului
lor de disociere
Deci mărind sau micşorînd pH-ul
mediului, se poate regla
activitatea catalitică a E.
pH optim e dependent de:
gradul de ionizare a grupelor
funcţionale,
afinităţii E faţă de S,
stabilităţii E.
[E]

în condiţii standard 2 mol de E într-o anumită
perioadă de timp vor transforma de 2 ori mai
multe molecule de S decît 1 mol de E (relaţie
direct proporţională).
[S]



Grafic se reprezintă sub
formă de o curbă de tip
hiperbolic.
în perioada iniţială a reacţiei
V creşte pe măsură ce creşte
[S]. La un moment dat cînd
CA al E se ocupă de S – V
nu mai creşte. Ea rămîne
constantă şi corespunde V
max a reacţiei.
În cazul E alosterice – curba
reprezintă un aspect sigmoid





Analiza curbei hiperbolice arată că ea reprezintă 3 zone:
a. V de reacţie creşte proporţional cu c% S
b. Creşterea este mai încetă
c. V de reacţie nu mai creşte
Această curbă este numită curba lui Michaelis-Menten şi
se exprimă prin ecuaţia:
[S]
unde: V-Vreacţiei la un moment
dat

V=Vmax x _________
Michaelis Menten
Km +[S]
Vmax- viteza max
Km-constanta lui
[S] –C% molară a S
Km- este acea concentraţie de S pentru care v de reacţie este jumătate din Vmax.
Km reflectă afinitatea E pentru S şi anume cu cât Km este mai mică cu atît
afinitatea este mai mare şi invers.
Specificitatea



este capacitatea unei E de a selecta dintr-un
număr de compuşi S particular.
este o proprietate a E, care instituie eficienţă şi
ordine în metabolism, prevenind desfăşurarea lui
haotică.
este condiţionata de complimentaritatea
conformaţională şi electrostatică între CA al E şi
S.
Specificitatea
- este capacitatea unei enzime de a selecta dintr-un
număr mare de S unul particular,
-
-este condiţionată de complimentaritatea conformaţională
şi electrostatică între CA al E şi S.
E
S4
S2
Deci fiecare E catalizează un anumit tip de reactii
sau transformarea unui anumit S.
Specificitatea:
Specificitatea de reacţie:
Ecatalizează un anumit tip de reacţie ce stă la baza
clasificării enzimelor: o hidroliza, o reacţie redox,
formarea unei legături, etc.
 Specificitate
de substrat:
stereochimică, absolută şi
relativă :
 Specificitate stereochimică - E
catalizează transformarea numai a unuia din
stereoizomerii posibili. Ex: Amilaza scindează
legăturile α 1-4 glucozidice din amidon sau
glicogen şi nu influentează asupra legăturilor β din
celuloza.

specificitate de S absolută -

specificitate de S relativă –

E acţionează nu asupra unor grupe din mol S ci asupra
anumitor legături a anumitei grupe de S (proteazele:
chimotripsina - legatura peptidica, formata de COOH a
Phe, Tyr, Trp; tripsina - de COOH a Lyz si Arg).
E catalizează transformarea grupei de substanţe
asemănătoare (alcoolDH)
E catalizează transformarea substanţelor care aparţin
diferitor grupe de compuşi organici (cit. P450)


E catalizează
transformarea doar a unui S (anhidraza carbonica, ureaza).
Mecanismele de activare a E
Sunt : 1. nespecifice: temperatura , iradierea
2. specifice
Se activează la:
1.
majorarea concentraţiei S cînd este insuficient
2.
majorarea cantităţii E
3.
introducerea coenzimelor cînd sunt insuficiente
4.
Introducerea ionilor metalelor Fe, Cu
Se cunosc următoarele tipuri de reglare a activităţii enzimatice:
1.
proteoliza limitata
2.
Reglare covalentă – fosforilare/ defosforilare
3.
Autostructurarea cuaternară
4.
Alosterică
5.
Reactivare
Proteoliză limitată
Unele enzime (proteine) se sintetizează în forma neactivă de
precursor – proenzime (zimogeni)
Exemplu:
1) enzimele digestiei: pepsinogenul, himotripsinogenul, tripsinogenul,
proelastaza, procarboxipeptidaza - scindeaza proteinele in stomac şi
duoden.
2) coagularea singelui e determinată de cascada de reacţii cu activitate
proteolitică;
3) hormonii proteici (insulina);
4) proteinele fibrilare (colagenul).
 Mecanismele de activare a proenzimelor este proteoliza limitata.
 Proteoliza limitata - este scindarea (înlăturarea) unui sector al catenei
în rezultat enzima se restructurează şi se formează CA.
H+
Pepsinogen ------→pepsină
-42AA

Importanla biologică a prezenţei
formelor neactive .
1. Protejază de proteoliză proteinele celulelor
producătoare de E.
2. Este o forma de rezervă a E, care rapid pot fi
activate şi interven în reacţie.
Reglarea covalentă
(fosforilare-defosforilare)
Activitatea unor E se modifică
prin fosforilare. Reacţiile de
fosforilare sunt catalizate de
kinaze specifice.
 E-OH + ATP --------→ E-O-P
+ADP
 Defosforilarea are loc sub
acţiunea fosfotazei specifice
E-OP +H2O-------→ E-OH
+H3PO4


unele enzime sînt active în forma
fosforilată, iar altele în forma
defosforilată.
Ex.: glicogen fosforilaza – activă în
forma fosforilată; glicogen sintaza
– este activă în forma defosforilată
Autostructurarea cuaternară



Este caracteristică E ce posedă structură cuaternară
Fiecare protomer în parte nu posedă activitate
enzimatică
La asamblarea lor – se modifică conformaţia fiecărui
protomer şi corespunzător se modifică şi conformaţia
CA, devenind astfel favorabil pentru fixarea şi
transformarea S
S
E
CA
Inhibiţia activităţii enzimelor

1.
2.




1.
2.
3.
4.
Deosebim:
inhibiţie nespecifică (T, pH, agenţii denaturării )
inhibiţie specifică
Inhibiţia poate fi reversibilă şi ireversibilă.
La inhibiiţia ireversibilă inhibitorul covalent se fixează de
enzimă sau se leagă atît de puternic încît disociaţia are loc foarte
incet.
Exemple: cianurile se fixează cu Fe 3+ din citocromoxidază ---se
întrerupe LR; ionii metalelor grele (mercur, plumb) inhibă gruparea
SH a multor E
La o inhibiiţie reversibilă - inhibitori se fixeaza slab, necovalent
de E
Deosebim:
Inhibiţie competitivă
Inhibiţie necompetitivă
Inhibiţie prin exces de S
Inhibiţie alosterică
Inhibitorul
se aseamănă după structură cu S şi se fixează în CA al E,
împedicând fixarea şi transformarea S.
Nu e posibilă fixarea simultană a S şi a I. E va fixa pe acel competitor care se afla intr-o
concentraţie mai mare.
inhibiţia enzimei (SDH)cu malonat. SDH oxideaza succinatul in fumarat)
Malonatul inhiba aceasta E datorita asemanarii cu S.
Particularitatea principală a acestui tip de inhibiţie este că poate fi înlăturată cu
adăugarea în exes a S(succinat).
Inhibiţia competitivă




I se aseamănă după structură
cu S. Apare o competiţie dintre
I şi S pentru CA. Nu e posibil
simultan fixarea S şi a I. E va
fixa pe acel competitor care se
află intr-o concentraţie mai
mare.
E+I ---- EI
Inhibiţia competitivă
diminuează v catalizei,
micşorînd cota moleculelor de
E fixatoare a S.
Exemplu: inhibiţia SDH cu
malonat (SDH -oxideaza
succinatul in fumarat).
Malonatul inhibă aceasta E
datorită asemănării cu S.
Inhibiţia necompetitivă

inhibitorul nu se aseamănă ca structura cu S

I şi S se leagă simultan cu E dar locusurile sint diferite
E+S+I--------- →ESI


Acest tip de inhibiţie nu se înlătură prin exces de
substrat.

Activitatea I constă în micşorarea numărului turnover al E,
dar nu şi numărul de molecule de S.
Cei mai de vaza inhibitori de acest tip în celulele vii sint
produsele intermediare ale metabolismului, care reversibil se
fixeaza cu locusuri specifice pe suprafata unor enzime
reglatoare şi modifică activitatea lor.
I poate fi înlăturat de substanţe care îl leagă – numite
reactivatori


I şi S se leagă simultan cu E în locusuri diferite
Mărirea concentraţiei de S nu micşoreaza inhibiţia.
Cei
mai de vază inhibitori de acest tip în celulele vii sint produsele intermediare
ale metabolismului, care reversibil se fixează la unele E reglatoare şi modifică
activitatea lor.

Inhibiţia noncompetetivă – I se leagă la

inhibiţia prin modificarea covalentă a
complexul ES, inhibă activitatea E
E+S----ES +I-----ESI
moleculei enzimei - prin fosforilare pe baza ATP-ului.
Unele enzime fosforilate pierd activitatea de exemplu
enzima glicogensintetaza
 Inhibiţia prin exces de S – în CA se fixează
simultan surplus de S – ce nu poate fi transformat. Este
o inhibiţie reversibilă – înlăturarea S.
 Retroinhibiţie -
Inhibiţie
alosterică - inhibitorul (efectorul) se leagă în centrul
alosteric al enzimei, modificând conformaţia moleculei (structura terţiară)
ce are ca consecinţă deformarea centrului activ.
S
CA
CA
E
Retroinhibiţie
Sistemele polienzimatice Tipurile de
organizare a sistemelor polienzimatice
Fiecare celulă a organismului conţine setul său specific de E.
Unele se găsesc în toate celulele, altele sunt prezente doar în
anumite celule sau anumite compartimente celulare. Funcţia
fiecărei E, nu este izolată, ci strins legată de funcţia altor
enzime. Astiel din E aparte se formeaza sisteme
polienzimatice sau conveiere.

Funcţia sistemelor polienzimatice depinde de particularităţile
de organizare a lor in celule.
Se cunosc urmatoarele tipuri de organizare a sistemelor
polienzimatice:
1.
- funcţională,
2.
- structural-funcţională
3.
- mixtă.

Organizarea funcţională





enzimele sunt asociate în sistemul polienzimatic
cu ajutorul metaboliţilor, care difuzează de la o
enzimă la alta.
produsul reacţiei primei enzime serveşte drept
substrat pentru enzima următoare etc.
Ex.: glicoliza. Toate enzimele participante la
glicoliza sunt în stare solubilă, legătura se face
doar prin intermediarii metabolici.
E1
E2
E3
E4
A----------------→ B-------------→ C---------- →D----------→ P
Organizarea structural-funcţională







E sunt fixate prin legături slabe, într-o ordine corespunzătoare întrării lor în acţiune, pe
o proteină “centrală”, care poate fi chiar una din enzime.
Proteina centrală dispune de un “braţ” care fixează S şi îl duce la E1, care îl transformă
în P1;
P1devine în acest caz S2 , braţul îl preia şi îl duce la E2, care îl transformă în P2.
La nivelul fiecărei E braţul îndeplineşte rol similar asigurînd formarea produsului unic al
tuturor enzimelor complexului.
Avantajul este că braţul duce de fiecare dată S la E corespunzătoare, potrivindu-l cu
mare exactitate pe CA, ceea ce asigură în ansamblu o viteză mai mare decît cea
corespunzătoare acţiunii enzimelor neasociate.
Ex.- complexul polienzimatic piruvatdehidrogenazic, constituit din 3 E şi 5 Co
sau sintetaza acizilor graşi constituită din şapte enzime legate structural, care în
ansamblu îndeplinesc funcţia de sinteza a acizilor grasi.
Afară de complexele multienzimatice e posibila şi o altă varianta de organizare
structural-funcţională. Astfel E se pot aranja în lanţ, fixîndu-se de membrana biologică.
Ex.enzimele lanţului respirator mitocondrial, care participă la transferul de electroni şi
protoni şi la generarea de energie.
Tipul mixt de organizare


reprezintă o îmbinare a ambelor tipuri de organizare,
adică o parte din sistemul polienzimatic are organizare
structurala, iar cealalta parte - organizare funcţională.
Ex.- ciclul Krebs, unde o parte din enzime sunt asociate
în complex structural (complexul 2oxoglutaratdehidrogenazic), îar altă parte se leagă
funcţional prin metaboliţii de legătură.
Unităţile de activitate ale
enzimelor


Unitatea Internaţională (U.I.) – cantitatea de E
care catalizează transformarea 1μmol de S întrun minut în condiţii standard
Katal (kat) – cantitatea de E care asigură
transformarea unui mol de S într-o secundă în
condiţii standard (1U.I.=16,67 nkat)
Deosebirea privind componenţa enzimatică a organelor şi ţesuturilor.
Enzimele organospecifice. Modificarea activităţii enzimatice în diferite
afecţiuni (enzimodiagnosticul).
Enzimele indicatorii – sunt localizate intracelular:
în citoplasmă (lactatdehidrogenaza, aldolaza),
în mitocondrii glutamatdehidrogenaza),
în lizosomi (-glucoronidaza, fosfataza alcalină).
Acestea enzime în normă în plasmă se găsesc în
concentraţii foarte mici. La afecţiunile celulare
activitatea acestor enzime în plasmă este brusc mărită.
Terapia cu enzime






Enzimele sunt agenţi terapeutici unici ce produc efecte importante şi specifice.
Motivele care au limitat folosirea largă a enzimelor ca medicaţie e natura
protC:IC6:legată de natura proteică:
- distribuţie redusă în organism dependenţa de dimensiuni, sarcina şi de
fenomenele de glicozilare (prin glicozilare proteinele sunt recunoscute de
receptori şi fixate în anumite locuri
- posibilitate mică de dirijare extrahepatică, ficatul avînd tendinţă de a căptăta şi
reţine proteinele străine;
- inactivarea lor sub acţiunea proteazelor digestive în cazul administrarii orale, iar
proteazele tisulare le scurteaza de asemeni actiunea;
- potentialul lor antigenic, anticorpii formati pot genera reacţii de
hipersensibilizare adesea grave şi pot inactiva enzima.
Tehnici propuse pentru optimizarea
proprietăţilor terapeutice ale enzimelor.
- prin N-acilare a fost crescută semiviata asparaginazei, folosită în leucemie
- S-au incercat de asemeni metode de obţinere a enzimelor imobilizate.
De ex. prin reticularea enzimei, ce conduce la agregate insolubile, prin adsorbţie pe polimeri sintetici
ori prin ataşare covalentă, sau prin incorporare într-un gel in cursul polimerizarii.

Aceste preparate caştiga rezistenţa la enzimele proteolitice şi sunt mai putin imunoactive dar pot fi
alterate proprietaisile farmacocinetice. Asemenea avantaje au dovedit conjugatii cu polietilenglicol
(PEG) ai arginazei, ai glutaminasparaginazei sau ribonucleaza supusa reticularii, enzime cu efect
antitumoral. Un succes în terapia defectelor genetice a fost imobilizarea enzimelor din ciclul
ureogenetic pe un suport de fibrina.

S-au propus noi forme farmaceutice prin incapsularea enzimelor in lipozomi microsfere cu membrana bistratificata lipido proteica, in hematii umane, in fantome
eritrocitare sau in alti transportori celulari. Noile forme obţinute prezintă un potenţial de ţîntire
tisulară. De ex. in cazul unor boli genetice cauzate de deficitul unor enzime lizozomale se impune
o terape de substitutie, enzima trebuind tintita direct in lizozomi.
Tipurile de organizare a sistemelor
polienzimatice:
Organizarea funcţională - enzimele sunt asociate în sisteme polienzimatice, care îndeplinesc o anumită funcţie.
Produsul reacţiei prirmei enzime a lanţului serveşte drept substrat pentru enzima următoare etc.
Ex.de organizare funcţională - enzimele glicolizei, unde toate E participante se găsesc în stare solubilă; Fiecare
reacţie este catalizată de enzime aparte. Drept verigă de legătura aici servesc metaboliţii.
Organizarea structural-funcţională consta în faptul ca enzimele formează sisteme structurale cu o anumită funcţie.
Ex.- complexul polienzimatic piruvatdehidrogenazic, constituit din cîteva enzime, care participă la oxidarea
acidului piruvic, sau sintetaza acizilor graşi constituită din şapte enzime legate structural, care în ansamblu
îndeplinesc funcţia de sinteza a acizilor grasi.

Afară de complexele multienzimatice e posibila şi o altă varianta de organizare structural-funcţională. Astfel
enzimele se pot aranja în lanţ, fixindu-se de membrana biologică. Ex.enzimele lanţului respirator mitocondrial,
care participă la transferul de electroni şi protoni şi la generarea de energie.
Tipul mixt de organizare a sistemelor polienzimatice reprezintă o îmbinare a ambelor tipuri de organizare, adică o
parte din sistemul polienzimatic are organizare structurala, iar cealaltă parte - organizare funcţională.

Ex.- ciclul Krebs, unde o parte din enzime sunt asociate în complex structural (complexul 2oxoglutaratdehidrogenazic), îar altă parte se leagă funcţional prin metaboliţii de legătură.
Deosebirea privind componenţa enzimatică a organelor şi ţesuturilor.
Enzimele organospecifice. Modificarea activităţii enzimatice în diferite
afecţiuni (enzimodiagnosticul).
Enzimele indicatorii – sunt localizate intracelular: în
citoplasmă (lactatdehidrogenaza, aldolaza), în mitocondrii
glutamatdehidrogenaza), în lizosomi (-glucoronidaza,
fosfataza alcalină). Acestea enzime în normă în plasmă se
găsesc în concentraţii foarte mici. La afecţiunile celulare
activitatea acestor enzime în plasmă este brusc mărită.
Unităţile de activitate ale
enzimelor.


Unitatea Internaţională (U.I.) – cantitatea de E
care catalizează transformarea 1μmol de S întrun minut în condiţii standard
Katal (kat) – cantitatea de E care asigură
transformarea unui mol de S într-o secundă în
condiţii standard (1U.I.=16,67 nkat)
Terapia cu enzime






Enzimele sunt agenţi terapeutici unici ce produc efecte importante şi specifice.
Motivele care au limitat folosirea largă a enzimelor ca medicaţie sunt legate de
natura proteică:
- distribuţie redusă în organism dependenţa de dimensiuni, sarcina şi de
fenomenele de glicozilare (prin glicozilare proteinele sunt recunoscute de
receptori şi fixate în anumite locuri
- posibilitate mică de dirijare extrahepatică, ficatul avînd tendinţă de a căptăta şi
reţine proteinele străine;
- inactivarea lor sub acţiunea proteazelor digestive în cazul administrarii orale, iar
proteazele tisulare le scurteaza de asemeni actiunea;
- potentialul lor antigenic, anticorpii formati pot genera reacţii de
hipersensibilizare adesea grave şi pot inactiva enzima.
Tehnici propuse pentru optimizarea
proprietăţilor terapeutice ale enzimelor.
- prin N-acilare a fost crescută semiviata asparaginazei, folosită în leucemie
- S-au incercat de asemeni metode de obţinere a enzimelor imobilizate.
De ex. prin reticularea enzimei, ce conduce la agregate insolubile, prin adsorbţie pe polimeri sintetici
ori prin ataşare covalentă, sau prin incorporare într-un gel in cursul polimerizarii.

Aceste preparate caştiga rezistenţa la enzimele proteolitice şi sunt mai putin imunoactive dar pot fi
alterate proprietaisile farmacocinetice. Asemenea avantaje au dovedit conjugatii cu polietilenglicol
(PEG) ai arginazei, ai glutaminasparaginazei sau ribonucleaza supusa reticularii, enzime cu efect
antitumoral. Un succes în terapia defectelor genetice a fost imobilizarea enzimelor din ciclul
ureogenetic pe un suport de fibrina.

S-au propus noi forme farmaceutice prin incapsularea enzimelor in lipozomi microsfere cu membrana bistratificata lipido proteica, in hematii umane, in fantome
eritrocitare sau in alti transportori celulari. Noile forme obţinute prezintă un potenţial de ţîntire
tisulară. De ex. in cazul unor boli genetice cauzate de deficitul unor enzime lizozomale se impune
o terape de substitutie, enzima trebuind tintita direct in lizozomi.
Metodele de determinare a activităţii
enzimelor.
Metodele de determinare a
activităţii enzimelor.