3. ENZIMS

Qué són els enzims?Qué són els enzims?

Són catalitzadors potents i específics, que acceleren les reaccions químiques dels essers vius, i que són regulables

La majoria són proteïnesHi ha alguns RNAcatalítics = ribozims

exemple:CO2 + H2O HCO3

- + H+

L’anhidrasa carbònica augmenta la velocitat d’aquesta reacció en 10 milions de cops !!

bUncatalyzed

Fre

e E

ner

gySubstrate

Product

Go'

Go

Progress of Reaction

Go'

Catalyzed

Transition State

Fre

e E

ner

gy

Substrate

Product

Free Energy of ActivationE)

Free Energy Changeof Reaction

Go'

Go

Progress of Reaction

a

Els enzims augmenten la velocitat de les reaccions en disminuir l’energia lliure

d’activació

Els enzims augmenten la velocitat de les reaccions en disminuir l’energia lliure

d’activació

en una reacció NO-CATALITZADA

10 - 4 s - 1

10 - 6 s - 1

K = [B][A]

=k1

k-1

= 100

en una reacció CATALITZADA

10 3 s - 1

10 s - 1

K = [B][A]

=k1

k-1

= 100

Els enzims augmenten la velocitat de les reaccions SENSE alterar l’ equilibri de la reacció

Els enzims augmenten la velocitat de les reaccions SENSE alterar l’ equilibri de la reacció

A AB B

Cofactors dels enzimsCofactors dels enzims

En molts casos per a realitzar la catàlisi cal, a més de la proteïna, una molècula no proteica sense la qual l’enzim és inactiu : COFACTOR

Enzim sense cofactor (inactiu) = APOENZIMEnzim amb cofactor (actiu) = HOLOENZIM

Aquests cofactors poden ser:Ions inorgànics: Na, K, Mg, Mn, Fe, Cu, Zn, Co, Ni, Mo, V, SeMolècules orgàniques = COENZIMS

El cofactor pot estar sempre unit a l’enzim = GRUP PROSTÈTIC, o interaccionar d’una forma feble amb ell.

Activitat enzimàtica

3.2- El substrat s’uneix al CENTRE ACTIU d’un enzim

3.2- 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 S.

•És generalment petit respecte a la proteïna

•És una cavitat amb un micro-ambient molt específic

•Format per aminoàcids

•L’interacció amb el S és per forces relativament febles

El centre actiu és una cavitat petita. Ex: la carboxipeptidasa A

El centre actiu és una cavitat petita. Ex: la carboxipeptidasa A

En la cadena polipeptídica hi ha 3 tipus d’aminoàcids:

• Estructurals: No estableixen enllaços químics amb el substrat

• De Fixació: Estableixen enllaços febles amb el substrat

• Catalitzadors: Estableixen enllaços amb el substrat (covalents inestables) . Responsables de la transformació

3.3- Especificitat dels enzims3.3- Especificitat dels enzims

• Els centres actius són molt específics pels S que uneixen

– Tenen la forma adequada.

– Poden establir enllaços amb el substrat

Hi ha dos models que descriuen la interacció de substrat i enzim :

• Model de la clau i el pany• Model d’acoblament induit

• Guant i mà• Encaix de mans

Centre actiu (pany) SSubstrat (clau)

Complex Enzim-Substrat

MODEL

PANY I CLAU(Fisher, 1890)

MODEL

PANY I CLAU(Fisher, 1890)

MODEL ACOBLAMENT INDUIT

(Koshland, 1958)

MODEL ACOBLAMENT INDUIT

(Koshland, 1958)

ResidusdelCentre actiu

Substrat

Quan el substrat s’uneix hi ha uncanvi conformacionalen el centre actiu

Els enzims són molt específics

Molts enzims són ESTEREOESPECÍFICS

La catàlisi enzimàtica comença amb la formació d’enllaços entre E i S.Com que els aminoàcids de l’enzim que formen aquests enllaços tenenuna estructura determinada a l’espai, l’enzim només pot reaccionar amb determinats sustrats

Hi ha una complementarietat entre lamolècula de S i una zona determinadade la molècula enzimàtica: el centreactiu

L’estereoespecificitat dels enzims és una conseqüència de la seva quiralitat inherent, pel fet de ser constituits per L-aas o per D-ribosa, en el cas dels ribozims, i de formar centres actius assimètrics

3.4- Cinètica enzimàtica

Que ens diu aquesta equació:

- La km depèn del grau d’afinitat E-S. Com més afinitat, més ràpida serà la reacció.

- Km i Vm són valors constants per un determinat enzim i substrat, per tant podem calcular en tot moment la velocitat de la reacció coneixent la concentració del substrat.

- Temperatura

- pH

- Inhibidors:Inhibeixen o impedeixen totalment l’activitat de l´enzim.

- Irreversible (a): Fixació permanent al centre actiu

- Reversible: S’impedeix temporalment el funciomament del centre actiu

- Competitiva (b): Inhibidor similar al substrat

- No competitiva : L’inhibidor es fixa al centre actiu i impideix la separació dels productes (c) o l’accés del sustrat al centre actiu (d).

3.5- Factors que afecten l’activitat enzimàtica3.5- Factors que afecten l’activitat enzimàtica

Exemples d’inhibició enzimàticaMolts fàrmacs actuen inhibint l’activitat d’alguns enzims: AINE (Antiinflamatoris no esteroídics)

Non steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) are examples of drugs that act on enzymes. NSAIDs inhibits the enzyme cyclo-oxygenase (COX) which catalyses a reaction in the biochemical pathway that results in the production of prostaglandins, important mediators in the inflammatory response.

3.6- Enzims al.lostèrics3.6- Enzims al.lostèrics

-Són els que poden adoptar dues configuracions, una activa i una altra inactiva-Tenen un centre regulador al que s’hi uneix un lligand-Els lligands poden ser activadors o inhibidors de l’activitat de l´enzim.

4- Coenzims4- Coenzims

•Cofactors orgànics•Són transportadors de grups químics•Es formen a partir de vitamines ( no tots)•Els més importants:

- Oxidació-reducció (NADH, NADPH, FAD): Transporten protons (H+) i electons (e-)

- Coenzims de Transferència: - Acetil-Co A: transferix grups acetil (-CO-CH3- )- ATP: tranfereix grups fosfat.

Estructures de coenzims importants

FADNicotinamida (Vit B3)

Rivoflavina (Vit B5)

Estructures de coenzims importants

Acetil-CoA: El grup acetil apareix unit al S

Cofactors Tipus de reacció Vitamina (malatia per carència)

NAD+ redox Niacina (B3) (pel·lagra)

FAD redox Riboflavina (B2) (retard creixement)

Pirofosfat de tiamina

descarboxilació Tiamina (B1) (beriberi)

Coenzim A transferència d’acil

Àcid pantotenic(B5) (dermatitis)

biotina carboxilació Biotina (dermatitis)

Fosfat de piridoxal

transaminació descarboxilació racemització

Piridoxina (B6) (problemes neurològics)

Molts coenzims provenen de les vitamines

5- Vitamines5- Vitamines

•Estructura química variada•Els animals no les poden sintetitzar (exepte la K: flora intestinal)•Els obtenim dels aliments com atals o en forma de provitamines (A: Betacarotens, D: S’acaba de formar a la pell a partir del colesterol amb ajuda de la llum solar)•S’alteren amb facilitat per la temperatura, llum i emmagatzematge.•Algunes actuen com a coenzims o formen part de l’estructura dels mateixos.•La seva carència porvoca greus transtorns en l’organisme

VITAMINES HIDROSOLUBLES

A

K

D

E

A

K

D

E

VITAMINES LIPOSOLUBLES

6- Classes d'enzims segons el tipus de reacció catalitzada

Classificació

Tipus de reacció

1. Oxidoreductases reaccions redox

2. Transferases transferència de grups funcionals

3. Hidrolases reaccions d'hidròlisi

4. Liases eliminació de grups per donar dobles enllaços

5. Isomerases isomerització

6. Ligases formació d'enllaços acoblats al consum d'ATP

•  Oxidorreductases. • Oxidació o reducció del substrat. • Són enzims propis de la cadena respiratòria. • Les deshidrogenases separen l'hidrogen del substrat (són, per tant, oxidants). Usen com coenzims el NAD+, NADP+, FAD, • Les oxidases capten electrons del substrat i els transfereixen a un acceptor, l'oxigen. Per a això, primer es redueixen i després s'oxiden.

•

Transferases . Transfereixen radicals d'un substrat a un altre sense que en cap moment quedin lliures aquests radicals. Segons el radical a transferir, es divideixen en vuit subclasses.

•  Hidrolases . Són enzims que actuen mitjançant reaccions d'hidròlisi, trencant enllaços per introducció dels radicals –OH i –H procedents de la ruptura d'una molècula d'aigua.

•  Liases . Catalitzen reaccions en les que es trenquen enllaços C–C, C–N o C–O, amb pèrdua de grups i, generalment, amb l'aparició d'enllaços dobles. També poden catalitzar reaccions a l´inrevés, afegint aquests grups.

•  Isomerases . Són enzims que regulen reaccions de isomerització, en les quals el substrat es transforma en una altra molècula isòmera.

•  Lligases o sintetases . Uneixen molècules o radicals mitjançant l'energia proporcionada per la desfosforilació d'una molècula de ATP (polimerases)

Classe Exemple Reacció catalitzada

Oxidoreductasa lactatdeshidrogenasa

CH3-CHOH-COOH + NAD+ = CH3-

CO-COOH + NADH + H+Transferasa hexoquinasa ATP + D-hexosa = ADP + D-hexosa 6-

fosfat

Hidrolasa ureasa NH2-CO-NH2 + H2O = CO2 + 2NH3

Liasa Hisdescarboxilasa

Histidina = histamina + CO2

Isomerasa Alanina racemasa L-alanina = D-alanina

Ligasa Glutaminasintetasa

glutamat + ATP + NH3 = glutamina +ADP + Pi