Concetti e caratteristiche
concetto
Biocatalizzatore
Prodotti dalle cellule biologiche, sono indispensabili per il metabolismo negli organismi viventi e sono regolati da molti fattori.
La maggior parte è costituita da proteine e una piccola quantità di RNA
Caratteristiche
Efficienza
Numero di conversioni (TN)
Il numero di molecole di substrato convertite per molecola di enzima per unità di tempo (1 s)
Alto 40 milioni - Catalasi
specificità
Gli enzimi sono strettamente selettivi riguardo al tipo di reazione che catalizzano e ai reagenti
reazione enzimatica
reazione chimica catalizzata da un enzima
Determinato dalla struttura dell'enzima, in particolare dalla specificità strutturale del sito attivo dell'enzima
sensibilità
Facile da disattivare
Alta temperatura, acido forte, alcali forti, alto contenuto di sale
Richiede temperatura normale, pressione normale, basso contenuto di sale e pH quasi neutro
Natura chimica e composizione
natura chimica
ribozima
RNA con capacità catalitica
proteina
proteine pure
Contiene solo residui di aminoacidi
Ureasi Amilasi Ribonucleasi Lisozima
Proteina coniugata (oloenzima)
piccole molecole organiche
coenzima
Gruppo protesico: difficile da rimuovere mediante dialisi
molecole organiche metalliche
Migliora le proprietà di affinità con l'acqua
La parte non proteica è un cofattore
Come portatore di elettroni, atomi o determinati gruppi chimici
La parte proteica è l'apoenzima
Partecipare alla catalisi
tipo
complesso multienzimatico
nome
nomenclatura consueta
A seconda del substrato dell'enzima e del tipo di reazione enzimatica
Mancanza di sistematicità e accuratezza
nomenclatura consueta
Comitato Enzimologico (CE)
EC.1 (Redox).1 (Sottocategoria grande).1 (Receptor-NAD).27 (Numero di serie)
Struttura e funzione
Sito attivo e gruppi essenziali
centro attivo/sito attivo
Una regione in cui sono concentrati i gruppi chimici coinvolti nel legame con il substrato
gruppo catalitico
Aiutare e promuovere cambiamenti chimici specifici nei substrati
specifiche catene laterali di aminoacidi
gruppo essenziale
Gruppi necessari per mantenere l'organizzazione spaziale dell'enzima
isoenzima
Un gruppo di enzimi che catalizzano la stessa reazione chimica, ma hanno diversa composizione strutturale molecolare, proprietà fisiche e chimiche, proprietà immunitarie e caratteristiche regolatrici dell'enzima stesso
La stessa fase di reazione è soggetta a una regolazione a feedback indipendente da parte di più metaboliti, rendendo la regolazione metabolica molto sofisticata.
specificità
specificità strutturale
specificità relativa
Avere specificità familiare/specificità di gruppo
Ha una specificità chiave
Stereospecificità
Quando nei reagenti sono presenti stereoisomeri, scegli un solo enzima
Specificità dell'isomeria ottica
specificità dell'isomeria geometrica
significato
Reazioni chimiche coordinate negli organismi viventi
teoria
Teoria delle serrature e delle chiavi
Teoria della complementarità degli stati di transizione
teoria dell’adattamento indotto
Meccanismo
Gli enzimi accelerano le reazioni riducendo l'energia di attivazione della reazione
Stato di transizione
Per trasformarsi in prodotti, i reagenti devono entrare in uno stato energetico più elevato
Stato fondamentale
Lo stato delle molecole reagenti con energia inferiore
energia di attivazione
Le molecole dello stato di transizione hanno più energia libera rispetto alle molecole dello stato fondamentale
energia di legame
L'energia generata da enzimi e substrati attraverso queste interazioni non covalenti
meccanismo molecolare
Il sito attivo della molecola enzimatica si lega al substrato per formare un complesso enzima-substrato
effetto di prossimità ed effetto di facilitazione
Gli effetti possono essere cumulativi
Interazioni non covalenti che promuovono la formazione di stati di transizione del substrato
Abzimi/anticorpi catalitici
Immunoglobuline con capacità catalitiche
Catalisi acido-base
I catalizzatori funzionano donando protoni ai reagenti o accettando protoni dai reagenti
catalisi covalente
Il catalizzatore modifica il processo e riduce l'energia di attivazione formando un complesso intermedio covalente relativamente instabile con il substrato.
Catalisi di ioni metallici
Migliora le proprietà di affinità con l'acqua
L'interazione elettrostatica protegge le cariche negative
Utilizzare la carica positiva per stabilizzare la carica negativa formatasi durante la reazione
Il substrato legante orienta la reazione
Il ruolo del microambiente nel sito attivo dell'enzima
Esempi di meccanismi d'azione degli enzimi
Cinetica delle reazioni enzimatiche
La scienza che studia la velocità delle reazioni enzimatiche e i vari fattori che influenzano questa velocità
Equazioni cinetiche per reazioni enzimatiche
Equazione di Michaelis-Menten
Fattori che influenzano la velocità delle reazioni enzimatiche
inibitore
Interferisce con la catalisi enzimatica
inibitore irreversibile
inibitore non competitivo
inibitore anticoncorrenziale
L'enzima si lega al substrato e quindi si lega all'inibitore
temperatura
Temperatura ottimale
Il vertice della curva ottenuto tracciando la velocità di reazione rispetto alla temperatura.
pH
Denaturazione acida/denaturazione alcalina
Cambia lo stato di dissociazione di un gruppo
Colpisce lo stato di dissociazione del substrato e lo stato di dissociazione del complesso intermedio ES
Influisce sulla conformazione del centro attivo degli enzimi
attivatore
Migliora l'attività enzimatica
effetto
Aumenta l'attività enzimatica
Il Mg2 nella PCR può aumentare l'attività della DNA polimerasi
Controllare la quantità e il tipo di attivatori enzimatici
Aumenta il tasso di errore eccessivo di Mg2
Separare, purificare o conservare rimuovendo gli attivatori
La conservazione del DNA-EDTA 4° può essere conservata per sei mesi
Regolazione dell'attività enzimatica
Metodo di regolazione
Modificare la quantità e la distribuzione degli enzimi
Modificare l'attività delle molecole enzimatiche esistenti nelle cellule
regolazione allosterica
Un sito regolatore in un enzima che modifica l'attività catalitica dell'enzima
enzima allosterico
Enzimi con regolazione allosterica
La regolazione allosterica della CTP è spesso chiamata inibizione del feedback
effettore
Composti con effetti modulanti allosterici su molecole enzimatiche
Effettori positivi/attivatori allosterici
Effettori negativi/inibitori allosterici
effetto sinergico
sinergia positiva
Il substrato si lega agli enzimi allosterici per promuovere il legame
effetto idiosincratico
Il sito attivo e il sito regolatorio dell'enzima sono diversi e l'effettore è una molecola non substrato
regolazione della modificazione covalente reversibile
Quando un enzima viene catalizzato da altri enzimi, alcuni gruppi nella sua catena peptidica subiscono una modificazione covalente reversibile, con conseguente conversione reciproca dell'enzima tra la forma attiva (o altamente attiva) e la forma inattiva (o poco attiva).
enzima regolato covalentemente
attivazione dello zimogeno
zimogeno
precursore inattivo dell'enzima
Attivazione
Catalisi mediante enzimi proteolitici specifici, irreversibile
Metodi di ricerca sugli enzimi e ingegneria enzimatica
Metodo di misurazione dell'attività enzimatica
Attività enzimatica/attività enzimatica
La capacità di un enzima di catalizzare una specifica reazione chimica
unità di attività enzimatica
La quantità di enzima necessaria per convertire una certa quantità di substrato in prodotto per unità di tempo
attività specifica dell'enzima
Il numero di unità di attività enzimatica per milligrammo di proteina enzimatica
Isolamento e purificazione degli enzimi
Preparazione dell'estratto grezzo
Conservazione dei preparati enzimatici
Bassa temperatura 0-4°, -20°
Aumentare la concentrazione di stoccaggio
Aggiungi lo stabilizzatore
Ingegneria degli enzimi
Una nuova tecnologia applicativa formata dalla combinazione organica dei principi di base dell'enzimologia, della tecnologia dell'ingegneria chimica e della tecnologia della ricombinazione genetica
immobilizzazione degli enzimi
Le molecole enzimatiche si legano al supporto mediante adsorbimento, legame covalente, incapsulamento e reticolazione.
Metodo del legame covalente
Metodo di inclusione del gel
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