19.06.2013 Views

Curs 4-5 2. Transferazele Trasferazele sunt enzime care intervin in ...

Curs 4-5 2. Transferazele Trasferazele sunt enzime care intervin in ...

Curs 4-5 2. Transferazele Trasferazele sunt enzime care intervin in ...

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

<strong>Curs</strong> 4-5<br />

<strong>2.</strong> <strong>Transferazele</strong><br />

<strong>Trasferazele</strong> <strong>sunt</strong> <strong>enzime</strong> <strong>care</strong> <strong><strong>in</strong>terv<strong>in</strong></strong> <strong>in</strong> reactiile biochimice <strong>in</strong> <strong>care</strong> are loc<br />

transferul unei grupe de pe un substrat (donor) pe un al doilea substrat (acceptor). Aceste<br />

<strong>enzime</strong> au o pondere ridicata (30% d<strong>in</strong> totalul <strong>enzime</strong>lor).<br />

Am<strong>in</strong>otransferazele <strong>sunt</strong> <strong>enzime</strong> <strong>care</strong> catalizeaza reactia unui -am<strong>in</strong>oacid cu un cetoacid,<br />

conducand la formarea unui am<strong>in</strong>oacid diferit si unui cetoacid diferit.<br />

Aspartat-am<strong>in</strong>otransferaza (L-aspartat: -cetoglutarat- am<strong>in</strong>otransferaza sau<br />

glutamat-oxaloacetat-trasam<strong>in</strong>aza) catalizeaza reactia L-aspartatului cu -cetoglutarat.<br />

Mamiferele cont<strong>in</strong> doua forme ale aspartat am<strong>in</strong>otrasferazei, o forma citozolica si una<br />

mitocondriala, ambele fi<strong>in</strong>d purificate si studiate <strong>in</strong>tensiv. Enzima bacteriana (d<strong>in</strong> E.coli a<br />

fost purificata) <strong>in</strong> cantitati suficiente <strong>in</strong> scopul cristalizarii si implicit determ<strong>in</strong>arii<br />

mecanismului de actiune. In absenta substratului enzima se afla sub forma unui aduct<br />

(baza Schiff <strong>in</strong>tre Lys258 si piridoxal fosfat-cofactor), compus <strong>care</strong> absoarbe la 430 nm.<br />

Dupa legarea L-aspartatului se formeaza un nou <strong>in</strong>termediar aldim<strong>in</strong>ic, <strong>care</strong> absoarebe la<br />

aceeasi lungime de unda. Gruparea -am<strong>in</strong>o d<strong>in</strong> Lys258, este eliberata d<strong>in</strong> cofactor si<br />

actioneaza ca o baza pentru deprotonarea atomului de hidrogen d<strong>in</strong> pozitia .<br />

Analog transam<strong>in</strong>area L-alan<strong>in</strong>ei are loc sub actiunea alan<strong>in</strong>-am<strong>in</strong>otransferazei (Lalan<strong>in</strong>--cetoglutarat-<br />

am<strong>in</strong>otransferaza sau glutamat-piruvat transam<strong>in</strong>aza).


Trascetolaza (sedoheptulozo-7-fosfat:D-gliceraldehid-3-fosfat-glicol-aldehidtransferaza)<br />

este o enzima implicata <strong>in</strong> metabolismul glucidic si conduce la 5-fosfat-Driboza<br />

respectiv 5-fosfat-D-xiluloza. Tiam<strong>in</strong>-fosfatul este utilizat de aceasta enzima<br />

pentru formarea legaturilor C-C. Transcetolaza utilizeaza acest cofactor pentru transferul<br />

gruparii 2-hidroxi-acetil de pe o molecula de monozaharida pe o alta.<br />

Abilitatea acestor <strong>enzime</strong> de a forma legaturi C-C si noi enantiomeri poate fi<br />

exploatata <strong>in</strong> reactiile de biotransformare utilizate <strong>in</strong> s<strong>in</strong>teza organica.<br />

Glicoliza anaeroba debuteaza cu fosforilarea hexozelor (D-glucoza, D-manoza, Dfructoza,<br />

sorbitolul, D-glucozam<strong>in</strong>a). Aceasta reactie este catalizata de hexok<strong>in</strong>aza<br />

(ATP:D-hexozo-6-fosfotransferaza).<br />

Glucok<strong>in</strong>aza (ATP:D-glucozo-6-fosfotransferaza), enzima prezenta <strong>in</strong> celulele<br />

canceroase, participa numai reactia de fosforilare a D-glucozei cu formarea 6-fosfat-Dglucozei.<br />

Denumirea sistematica a hexok<strong>in</strong>azei, ATP: D-hexoz 6-fosfotransferaza, <strong>in</strong>dica<br />

faptul ca ATPul doneaza gruparea fosfat al <strong>care</strong>i acceptor este D-hexoza si transferul<br />

grupei hidroxil de la atomul de carbon d<strong>in</strong> pozitia 6 a hexozei.<br />

In prima etapa enzima leaga o molecula de ATP (pr<strong>in</strong> <strong>in</strong>termediul unui rest de<br />

liz<strong>in</strong>a) la capatul N-term<strong>in</strong>al al <strong>enzime</strong>i si apoi se leaga glucoza la capatul C-term<strong>in</strong>al al<br />

lantului proteic. Fragmentul flexibil d<strong>in</strong> <strong>in</strong>teriorul lantului polipeptidic permite apropierea<br />

celor doua domenii, facilitand astfel transferul gruparii fosfat de pe ATP pe glucoza.<br />

Denumirea sistematica a adenoz<strong>in</strong> trifosfatazei, ATP fosfohidrolaza, <strong>in</strong>dica faptul<br />

ca substratul (ATPul) este hidrolizat <strong>in</strong>tr-o maniera <strong>care</strong> sa permita eliberarea gruparii<br />

ortofosfat.<br />

Metiltransferazele, <strong>enzime</strong> prezente <strong>in</strong> metabolismul <strong>in</strong>termediar, au rolul de a<br />

transfera radicalul metil de la un substrat la altul. Timidat s<strong>in</strong>taza (5,10-metilentetra-


hidrofolat:dUDP-metiltransferaza) este o enzima implicata <strong>in</strong> procesul de bios<strong>in</strong>teza a<br />

precursorilor necesari replicarii ADNului.<br />

In reactia de transmetilare un rol important il are gruparea –SH libera (d<strong>in</strong>tr-un rest<br />

de ciste<strong>in</strong>a) <strong>care</strong> formeaza o legatura covalenta cu substratul, fapt <strong>care</strong> determ<strong>in</strong>a aparitia<br />

unei specii reactive (carbanion) la C5:<br />

In etapa ulterioara se<br />

formeaza o legatura covalenta <strong>in</strong><br />

urma atacului metilentetrahidrofolatului<br />

cu formarea acidului<br />

7,8-dihidrofolic.<br />

O-metil transferazele <strong>sunt</strong><br />

<strong>enzime</strong> <strong>care</strong> folosesc drept cofactor<br />

SAM (S-adenozil-L-metion<strong>in</strong>a) si<br />

<strong>sunt</strong> implicate <strong>in</strong> metilarea<br />

moleculelor mici d<strong>in</strong> plante si <strong>care</strong><br />

<strong><strong>in</strong>terv<strong>in</strong></strong> <strong>in</strong> bios<strong>in</strong>teza lign<strong>in</strong>ei,<br />

flavonoidelor, alcaloizilor si a altor<br />

produsi secundari d<strong>in</strong> plante.<br />

ADN citoz<strong>in</strong>-5-metiltransferazele<br />

d<strong>in</strong> mamifere <strong>sunt</strong> <strong>enzime</strong><br />

<strong>care</strong> metileaza anumite perechi de secvente C-G si controleaza <strong>in</strong> acesta maniera expresia<br />

genelor si diferentierea celulelor. ADN citoz<strong>in</strong>-5-metiltransferazele bacteriene <strong>sunt</strong><br />

compunente ale sistemelor <strong>in</strong> <strong>care</strong> <strong>sunt</strong> implicate <strong>enzime</strong>le de restrictie si servesc drept<br />

<strong>in</strong>strumente importante pentru manipularea structurii ADNului si analiza <strong>in</strong>teractiunilor<br />

<strong>in</strong>tre prote<strong>in</strong>e si acizi nucleici. HhaI metiltrasferaza (enzima d<strong>in</strong> bacterii, plante sau<br />

animale) catalizeaza metilarea primului rest de citoz<strong>in</strong>a d<strong>in</strong> secventa 5’-GCGC-3’.<br />

3. Hidroxilaze<br />

Sunt <strong>enzime</strong> <strong>care</strong> catalizeaza reactia de sc<strong>in</strong>dare a substratului cu participarea apei.<br />

Hidrolazele pot fi grupate <strong>in</strong> functie de natura legaturii chimice pe <strong>care</strong> acestea le<br />

sc<strong>in</strong>deaza.<br />

Lipaza este o esteraza, triacilglicerol-acil-hidrolaza, si este implicata <strong>in</strong> sc<strong>in</strong>darea<br />

hidrolitica a triacilglicerolilor (grasimilor) d<strong>in</strong> alimente <strong>in</strong> scopul absorbtiei acestora la<br />

nivelul <strong>in</strong>test<strong>in</strong>ului. Lipaza este produsa <strong>in</strong> special de pancreas, dar poate fi si la nivelul<br />

cavitatii bucale sau stomacului. Desi majoritatea oamenilor produc lipaza pancreatica<br />

exista situatii <strong>in</strong> <strong>care</strong> nivelul de lipaza este mai scazut (fibroza cistica, boala Crohn, boli


autoimune ale <strong>in</strong>test<strong>in</strong>ului subtire). La persoanele cu deficit de enzima se recomanda<br />

suplimente <strong>care</strong> cont<strong>in</strong> lipaza de orig<strong>in</strong>e animala sau vegetala.<br />

Fosfomonoesterazele (alcal<strong>in</strong>a sau acida) actioneaza asupra monoesterilor acidului<br />

ortofosforic (si fosfoprote<strong>in</strong>elor), dar nu diesterilor. Fosfataza acida este denumirea<br />

generica pentru <strong>enzime</strong>le <strong>care</strong> hidrolizeaza gruparea fosforica d<strong>in</strong>tr-o varietate de<br />

substrate naturale sau artificiale. Enzima este prezenta <strong>in</strong> majoritatea celulelor eucariote<br />

unde are rolul de a recicla gruparile fosfat.<br />

Fosfataza alcal<strong>in</strong>a d<strong>in</strong> E.coli este o metalo-enzima (ionii de Zn si Mg) cu masa<br />

moleculara de 89 Kda <strong>care</strong> poate <strong>in</strong>departa gruparea fosfat grefata pe ribo- sau deoxiribooligonucleotide.<br />

In catabolismul polizaharurilor <strong><strong>in</strong>terv<strong>in</strong></strong> amilazele (asupra amidonului si<br />

glicogenului) sau celulazelor (substratul este celuloza).<br />

-Amilaza (diastaza, glicogenaza) sau -1,4-D-glucan-glucanohidrolaza<br />

catalizeaza sc<strong>in</strong>darea hidrolitica a legaturilor -1,4-glicozidice d<strong>in</strong> amidon/glicogen cu<br />

formarea unor fragmente mai mici (dextr<strong>in</strong>e). Enzima actioneaza asupra polimerilor<br />

l<strong>in</strong>iari la nivelul legaturilor glicozidice <strong>in</strong>terne. Enzima se gaseste <strong>in</strong> toate organismele<br />

vii, dar proprietatile variaza de la o specie la alta sau de la un tesut la altul (<strong>in</strong> cadrul<br />

aceleeasi specii). Enzima d<strong>in</strong> pancreasul de porc are o masa moleculara de aproximativ<br />

50 KDa, este o glicoprote<strong>in</strong>a si are 2 grupari –SH si 4 punti disulfurice si un ion de calciu<br />

legat strans.


-Amilaza sau -1,4-D-glucan-maltohidrolaza cliveaza legaturile -1,4-glicozidice<br />

(<strong>in</strong>departand resturile de maltoza de la capete) de la capetele nereducatoare ale<br />

substratului polizaharidic. Dat fi<strong>in</strong>d faptul ca nu cliveaza legaturile -1,6-glicozidice (d<strong>in</strong><br />

glicogen sau amilopect<strong>in</strong>a) hidroliza este <strong>in</strong>completa rezultand deasemenea dextr<strong>in</strong>e.<br />

-Amilaza se gaseste <strong>in</strong> special <strong>in</strong> sem<strong>in</strong>tele plantelor si <strong>in</strong> cartofii dulci.<br />

Legaturile -1,6-glicozidice <strong>sunt</strong> sc<strong>in</strong>date de izoamilaza (glicogen-6-glucanglucohidrolaza).<br />

-Amilaza (glucoamilaza sau -1,4-D-glucan-glucohidrolaza), o exoamilaza<br />

utilizata <strong>in</strong> <strong>in</strong>dustrie, catalizeaza hidroliza legaturilor -1,4-glicozidice d<strong>in</strong><br />

amidon/glicogen (de la capatul neredus al polizaharului) cu formarea de glucoza.<br />

Comparativ cu celelalte amilaze ( sau ) -amilaza este mai activa <strong>in</strong> mediu acid (pHul<br />

optim este de 3). Majoritatea glucoamilazelor pot sc<strong>in</strong>da si legatura -1,6-glicozidica, dar<br />

cu o rata mai mica comparativ cu legatura -1,4. O s<strong>in</strong>gura specie de fungi, Aspergillus<br />

oryzae este utilizata pentru prepararea la scara <strong>in</strong>dustriala a -amilazei si glucoamilazei.<br />

Glucoamidaza d<strong>in</strong> A. Niger cont<strong>in</strong>e 3 regiuni: (i) regiunea <strong>care</strong> cont<strong>in</strong>e domeniul catalitic<br />

(am<strong>in</strong>oacizii 1-470) <strong>care</strong> are o regiune glicozilata <strong>in</strong> portiunea 441-470, (ii) o regiune<br />

liant (am<strong>in</strong>oacizii 471-508) <strong>in</strong> <strong>care</strong> resturi de ser<strong>in</strong>a sau treon<strong>in</strong>a <strong>sunt</strong> O-manozilate si o<br />

regiune (iii) la <strong>care</strong> se ataseaza lantul de amidon <strong>in</strong>solubil (am<strong>in</strong>oacizii 509-616).


Fosfolipazele sc<strong>in</strong>deza legaturile esterice d<strong>in</strong> fosfolipide.<br />

Fosfolipaza A (lecit<strong>in</strong>aza A, 1acilhidrolaza)<br />

se <strong>in</strong>talneste <strong>in</strong> ven<strong>in</strong>ul de<br />

cobra, prostata, pancreas, spl<strong>in</strong>a, glandele<br />

salivare si actioneaza asupra<br />

fosfatidilcol<strong>in</strong>elor sc<strong>in</strong>dand restul de acid<br />

gras d<strong>in</strong> pozitia cu formare de<br />

lizolecit<strong>in</strong>e:<br />

Lecit<strong>in</strong>a, fosfatidilcol<strong>in</strong>a, este o componenta de baza a creierului si tesuturilor<br />

nervoase (sub forma digliceridelor legate de col<strong>in</strong>a pr<strong>in</strong> <strong>in</strong>termediul legarurilor esterice).<br />

Fosfolipaza B (lecit<strong>in</strong>aza B, 2fosfatidil-col<strong>in</strong>a-acilhidrolaza),<br />

enzima <strong>in</strong>talnita <strong>in</strong> ficat, pancreas si<br />

microorganisme sc<strong>in</strong>deaza doua<br />

legaturi esterice cu formare de<br />

glicerol-fosfatidil-col<strong>in</strong>a.<br />

Fosfolipaza C (lecit<strong>in</strong>aza C,<br />

lipofosfodiesteraza, fosfatidilcol<strong>in</strong>a-col<strong>in</strong>fosfohidrolaza)<br />

cliveaza<br />

restul de fosfocol<strong>in</strong>a, reactie <strong>in</strong> urma<br />

<strong>care</strong>ia se formeaza ,diacilglicerol.<br />

Enzima se <strong>in</strong>talneste<br />

<strong>in</strong> creier si r<strong>in</strong>ichi.<br />

Fosfolipaza D (lecit<strong>in</strong>aza D, lipofosfodiesteraza II, fosfatidilcol<strong>in</strong>a-fosfatido-hidrolaza)<br />

sc<strong>in</strong>deaza restul de col<strong>in</strong>a d<strong>in</strong> lecit<strong>in</strong>e cu formare de acid L--fosfatidic.<br />

4. Izomerazele<br />

Izomerazele <strong>sunt</strong> <strong>enzime</strong> ce catalizeaza reactii de izomerizare. In functie de tipul<br />

reactiei catalizate, izomerazele pot fi impartite <strong>in</strong> racemaze, epimeraze, cis-transizomeraze,<br />

tautomeraze.<br />

Am<strong>in</strong>oacid-racemazele <strong>sunt</strong> <strong>enzime</strong> <strong>care</strong> catalizeaza conversia L-am<strong>in</strong>oacizilor la<br />

D-am<strong>in</strong>oacizi. Cele mai studiate am<strong>in</strong>oacid-racemaze <strong>sunt</strong> alan<strong>in</strong>-racemaza, metion<strong>in</strong>racemaza,<br />

glutamat-racemaza. Alan<strong>in</strong> racemaza d<strong>in</strong> Bacillus anthracis catalizeaza<br />

reactia de conversie a L-alan<strong>in</strong>ei si D-alan<strong>in</strong>ei jucand un rol important <strong>in</strong> germ<strong>in</strong>atia<br />

sporilor si bios<strong>in</strong>teza peretelui celular. Am<strong>in</strong>oacid-racemazele folosesc drept cofactor<br />

piridoxalfosfat. Specificitatea acestor <strong>enzime</strong> fata de substrat poate fi <strong>in</strong>alta sau scazuta.<br />

Piridoxal-fosfat<br />

In procesul vederii <strong><strong>in</strong>terv<strong>in</strong></strong> doua izomeraze <strong>care</strong> faciliteaza conversia formei trans a<br />

rat<strong>in</strong>alului/ret<strong>in</strong>olului <strong>in</strong> forma cis.


Denumirea sistematica a<br />

triozfosfat-izomerazei, Dgliceraldehid<br />

3-fosfat cetol izomeraza,<br />

<strong>in</strong>dica reactia de izomerizare a Dgliceraldehid<br />

3-fosfatului la cetoza<br />

(dihidroxiaceton fosfat).<br />

Maleat-izomeraza (maleat cis-trans izomeraza) catalizeaza conversia acidului<br />

maleic la acidul fumaric.<br />

Izomerizarea cis-trans este adesea etapa determ<strong>in</strong>anta de viteza <strong>in</strong> procesul de<br />

impachetare a prote<strong>in</strong>elor. Prol<strong>in</strong> izomerazele au functia de chaperoni – prote<strong>in</strong>e <strong>care</strong><br />

ajuta la impachetare. Legaturile peptidice de tip cis, <strong>in</strong> <strong>care</strong> este implicat am<strong>in</strong>oacidul<br />

prol<strong>in</strong>a, <strong>sunt</strong> localizate <strong>in</strong> general la <strong>in</strong>ceputul segmentelor <strong>care</strong> <strong>sunt</strong> mai put<strong>in</strong><br />

flexibile d<strong>in</strong> lantul polipeptidic. Prote<strong>in</strong>ele <strong>care</strong> prez<strong>in</strong>ta astfel de configuratii <strong>in</strong> stare<br />

nativa <strong>sunt</strong>: ribonucleaza A, ribonucleaza T1, -lactamaza si unele <strong>in</strong>terleuk<strong>in</strong>e.<br />

Izomerazele catalizeaza <strong>in</strong>terconversia izomerilor cis-trans <strong>in</strong> <strong>care</strong> unul d<strong>in</strong> parteneri<br />

(am<strong>in</strong>oacid) este prol<strong>in</strong>a, echilibru <strong>care</strong> nu este complet deplasat spre stanga datorita<br />

stabilitatii mai mari a izomerului cis.<br />

In clasa izomerazelor se<br />

<strong>in</strong>cadreaza si transferazele<br />

<strong>in</strong>tramoleculare.<br />

Metilmalonil-CoA-mutaza<br />

este o enzima <strong>care</strong> transfera o<br />

grupare -CO-S-CoA de la<br />

metil-malonil-CoA la<br />

succ<strong>in</strong>il-CoA.


In cadrul glicolizei anaerobe<br />

<strong><strong>in</strong>terv<strong>in</strong></strong>e fosfoglicerat-k<strong>in</strong>aza (Dfosfoglicerat<br />

2,3-fosfomutaza),<br />

enzima <strong>care</strong> converteste acidul 3fosfogliceric<br />

<strong>in</strong> acid 2-fosfogliceric.<br />

Produsul de reactie se <strong>in</strong>cadreaza <strong>in</strong><br />

calea metabolica a piruvatului.<br />

Oxidoreductazele <strong>in</strong>tramoleculare catalizeaza reactiile de conversie a aldozelor <strong>in</strong><br />

cetoze, de deplasare a unei legaturi chimice C=C sau de transpunere a legaturilor S-S.<br />

Gluco-fosfat izomeraza este o enzima implicata <strong>in</strong> glicoliza anaeroba <strong>care</strong><br />

catalizeaza conversia glucozo-1-fosfat <strong>in</strong> glucozo-6-fosfat. Enzima este fosforilata<br />

respectiv defosforilata <strong>in</strong> decursul reactiei catalitice. Enzima poate converti si alte -Dhexoze<br />

monofosforilate respectiv asupra -D-ribozo-1-fosfat.<br />

Enoil-CoA isomeraza converteste cis-3-enoil-CoA la trans-2-enoil-CoA. Produsul este<br />

substrat pentru enoil-CoA hidrataza, a doua enzima d<strong>in</strong> cadrul -oxidarii acizilor grasi.<br />

Formarea puntilor disulfidice este esentiala <strong>in</strong> procesul de impachetare al<br />

prote<strong>in</strong>elor. Prote<strong>in</strong> disulfid izomeraza, enzima localizata <strong>in</strong> reticulul endoplasmatic <strong>in</strong><br />

eucariote si spatiul periplasmatic al procariotelor, catalizeaza atat oxidarea cat si<br />

reducerea disulfidelor <strong>in</strong> conditii fiziologice cat si izomerizarea puntilor disulfidice d<strong>in</strong><br />

cadrul aceleiasi prote<strong>in</strong>e.<br />

5. S<strong>in</strong>tetazele (ligazele)<br />

Ligazele catalizeaza reactiile de formare a unor legaturi C-C sau C-heteroatom.<br />

Reactiile enzimatice <strong>sunt</strong> de regula endoterme (bazate pe hidroliza ATPului sau<br />

GTPului).<br />

In procesul de s<strong>in</strong>teza a prote<strong>in</strong>elor are loc activarea am<strong>in</strong>oacizilor cu ajutorul<br />

am<strong>in</strong>oacil-ARNt s<strong>in</strong>tetazei.<br />

Denumirea sistematica a izoleucil-ARNt s<strong>in</strong>tetazei, L-izoleuc<strong>in</strong> ARNt Ile ligaza (de<br />

formare a AMPului), <strong>in</strong>dica faptul ca L-izoleuc<strong>in</strong>a se leaga de un ARNt specific<br />

(ARNt Ile ) si ca <strong>in</strong> decursul acestui proces ATPul este disociat <strong>in</strong> AMP si pirofosfat.<br />

ADN ligazele catalizeaza formarea legaturilor fosfodiesterice <strong>in</strong>tre gruparea fosfat<br />

d<strong>in</strong> pozitia 5’ si gruparea hidroxil d<strong>in</strong> pozitia 3’ (<strong>in</strong> cazul a doua secvente de ADN<br />

duplex).<br />

T4 ADN ligaza este o enzima <strong>care</strong> lipeste capetele plate ale lanturilor de ADN<br />

duplex sc<strong>in</strong>date de catre <strong>enzime</strong>le de restrictie. Aceaste enzima poate actiona la<br />

temperatura normala si este <strong>in</strong>hibata la concentratii mari de sare ( 150 mM).


ADN<br />

ligaza d<strong>in</strong><br />

E.coli<br />

imb<strong>in</strong>a<br />

fragmentele cu aceelasi tip de taietura (nu si capetele plate). Activitatea <strong>enzime</strong>i este<br />

marita <strong>in</strong> prezenta PEG 8000.<br />

T4 ARN ligaza catalizeaza formarea de legaturi covalente (<strong>in</strong> prezenta ATPului)<br />

d<strong>in</strong>tre capatul 5’ al lanturilor monocatenare d<strong>in</strong> ADN sau ARN cu capatul 3’ al unei alte<br />

molecule de ADN sau ARN.<br />

Acetil-CoA s<strong>in</strong>tetaza (Acetat-CoA ligaza) catalizeaza reactia de bios<strong>in</strong>teza a acetil-<br />

CoA. In urma reactiei se formeaza o legatura C-S:<br />

Conversia acidului aspatic<br />

la amida corespunzatoare<br />

(formarea unei legaturi C-N) este<br />

catalizata de 2 ligaze (una d<strong>in</strong>tre<br />

ligaze coverteste ATPul <strong>in</strong> AMP<br />

iar cealalta <strong>in</strong> ADP).<br />

Acetil CoA carboxilaza (cofactor biot<strong>in</strong>a) <strong><strong>in</strong>terv<strong>in</strong></strong>e <strong>in</strong> reactia de conversie a acetil-<br />

CoA <strong>in</strong> malonil-CoA.


Dezam<strong>in</strong>area am<strong>in</strong>oacizilor este un preces <strong>in</strong> urma caruia rezulta amoniac, compus<br />

<strong>care</strong> este convertit <strong>in</strong> uree. O prima reactie d<strong>in</strong> aceasta cale metabolica, condensarea<br />

amoniacului cu CO2, este catalizata de carbamoil-fosfat s<strong>in</strong>tetaza.<br />

Enzima a fost localizata <strong>in</strong> mitocondriile celulelor hepatice sau <strong>in</strong> citoplasma<br />

(glutam<strong>in</strong>a transfera gruparea am<strong>in</strong>ica).<br />

Arg<strong>in</strong><strong>in</strong>o-succ<strong>in</strong>at-s<strong>in</strong>tetaza, enzima ce necesita ioni de magneziu si ATP,<br />

catalizeaza reactia de condensare a citrul<strong>in</strong>ei cu acidul aspartic:<br />

Structura <strong>enzime</strong>lor<br />

Introducere<br />

Presupunand faptul ca avem disponibila o sursa <strong>care</strong> cont<strong>in</strong>e enzima de <strong>in</strong>teres,<br />

pr<strong>in</strong>cipalele obiective <strong>sunt</strong>:<br />

1) determ<strong>in</strong>area masei moleculare relative (KDa, 1 Dalton = 1/12 d<strong>in</strong> masa atomica<br />

12 -24<br />

C =1,66 x 10 g);<br />

2) determ<strong>in</strong>area compozitiei am<strong>in</strong>oacizilor;<br />

3) determ<strong>in</strong>area structurii primare;<br />

4) determ<strong>in</strong>area structurii secundare si tertiare;<br />

5) determ<strong>in</strong>area structurii cuaternare.<br />

1. Determ<strong>in</strong>area masei moleculare relative (Mr)<br />

Enzimele <strong>sunt</strong> macromolecule <strong>care</strong> au valori ale Mr de 10.000 pana la cateva<br />

milioane. D<strong>in</strong> acest motiv metodele de determ<strong>in</strong>are a Mr ca spectrometria de masa sau<br />

altele aplicabile pentru molecule mici nu <strong>sunt</strong> potrivite pentru <strong>enzime</strong>. Pentru<br />

determ<strong>in</strong>area masei moleculare a <strong>enzime</strong>lor este folosita una d<strong>in</strong> tehnicile urmatoare:<br />

a) ultracentrifugarea;<br />

b) gel filtrarea;<br />

c) SDS gel electroforeza.


Ultimele doua metode <strong>sunt</strong> metode semiempirice <strong>in</strong> <strong>care</strong> se fac comparatii cu molecule<br />

standard a caror masa moleculara este b<strong>in</strong>e determ<strong>in</strong>ata. In cazul primei metode Mr se<br />

calculeaza pe baza pr<strong>in</strong>cipiului 1 al termod<strong>in</strong>amicii. Alte tehnici (bazate pe presiunea<br />

osmotica sau difuzia lum<strong>in</strong>ii) <strong>sunt</strong> mai put<strong>in</strong> utilizate.<br />

a) Centrifugarea<br />

Centrifugarea este o metoda folosita atat pentru prepararea probelor cat si analiza<br />

acestora. Metoda are la baza separarea moleculelor sub actiunea unor forte (rezultate la<br />

rotirea probei cu viteze mari). O ultracentrifuga este un dispozitiv capabil sa genereze<br />

forte de rotatie mari. Astfel, unui rotor (dispozitivul pentru tuburi) i se poate imprima o<br />

viteza de pana la 65.000 r.p.m (rotatii pe m<strong>in</strong>ut) valoare <strong>care</strong> corespunde cu 300.000 g<br />

(g-acceleratia gravitationala). In aceste conditii macromoleculele au tend<strong>in</strong>ta de a se<br />

sedimenta datorita densitatii mai mari a acestora comparativ cu cea a solutiei (pentru<br />

<strong>enzime</strong> se folosesc <strong>in</strong> general solutii tampon). O ultracentrifuga poate fi folosita pentru<br />

determ<strong>in</strong>area valorii Mr pe baza a vitezei de sedimentare sau a echilibrului de<br />

sedimentare.<br />

Deplasarea moleculelor dep<strong>in</strong>de de marimea, forma si densitatea macromoleculelor<br />

sau a solutiei <strong>in</strong> <strong>care</strong> se afla acestea.<br />

Particulele d<strong>in</strong> solutie/suspensie <strong>sunt</strong> supuse fortei centrifuge, F, def<strong>in</strong>ita pr<strong>in</strong><br />

ecuatia urmatoare: F = m 2 r<br />

unde: m – masa efectiva a particulei;<br />

– viteza unghiulara de rotatie (rad/s);<br />

r – distanta particulei de la axa centrala de rotatie.<br />

Masa efectiva a particolei este def<strong>in</strong>ita astfel:<br />

m = m0 – m0v unde: m0 – masa actuala a particulei;<br />

v – volumul specific partial – modifi<strong>care</strong>a de volum ce <strong><strong>in</strong>terv<strong>in</strong></strong>e<br />

cand<br />

– densitatea solventului (mediului).<br />

Comb<strong>in</strong>and primele doua ecuatii se obt<strong>in</strong>e dependenta urmatoare:<br />

F = m 0 (1 – v) 2 r<br />

Forta centrifuga este contracarata de o alta forta numita forta de fre<strong>care</strong> Ff def<strong>in</strong>ita astfel:<br />

Ff = fv<br />

unde: f = coeficient de fre<strong>care</strong> (dep<strong>in</strong>de de marimea si forma particulei sau de<br />

vascozitatea solventului);<br />

v = viteza de sedimentare a particulei<br />

Forta de freceare creste cu viteaza de sedimentare a particulei pana la o valoare constanta,<br />

moment <strong>in</strong> <strong>care</strong> cele doua forte (F si Ff) se echilibreaza.<br />

m 0(1 – v) 2 r = fv = f dr<br />

dt<br />

D<strong>in</strong> aceasta relatie se poate deduce viteza de sedimenare:


v = dr<br />

dt<br />

s = v<br />

2 r<br />

=<br />

m0(1 – v)2r f<br />

Coeficientul de sedimentare, s, o caracteristica fizica utilizata pentru clasifi<strong>care</strong>a<br />

macromoleculelor si organitelor celulare este dat de expresia:<br />

=<br />

m0 (1 – v)<br />

f<br />

Unitatea de masura pentru coeficientii de sedimentare este Svedbergul (1 S = 1 · 10 -13 s).<br />

Daca hemoglob<strong>in</strong>a umana are coeficientul de sedimentare 4,5 S, complecsii biologici<br />

(ribozomul, virusii) <strong>sunt</strong> caracterizati de valori mari ale acestui coeficient.<br />

Reprezentarea schematica<br />

a coeficientilor de<br />

sedimentare a<br />

biomoleculelor (prote<strong>in</strong>e,<br />

acizi nucleici,<br />

polizaharuri) sau<br />

organitelor celulare <strong>in</strong><br />

functie de densitatea<br />

Cele mai frecvent<br />

dispozitive dest<strong>in</strong>ate<br />

centrifugarii opereaza<br />

pana la 6000 rpm<br />

prevazute cu un sistem<br />

de ajustare a<br />

temperaturii (<strong>in</strong>tre 4 C<br />

si temperatura camerei). Aceste centrifuge <strong>sunt</strong> dest<strong>in</strong>ate sedimentarii particulelor mai<br />

mari (nucleu, perete celular de alte organite) sau celulelor rosii. In urma acestui proces se<br />

formeaza doua faze disticte: faza solida se afla la partea <strong>in</strong>ferioara a tubului si faza<br />

lichida (supernatantul) ce poate fi <strong>in</strong>departata pr<strong>in</strong> centrifugare sau cu ajutorul unei<br />

pompe de vid (de exemplu <strong>in</strong> cazul precipitarii cu acid tricloracetic prote<strong>in</strong>ele se<br />

coleacteaza sub forma de solid <strong>in</strong> urma centrifugarii).<br />

Daca centrifugarea la viteze mici si medii este folosita <strong>in</strong> special <strong>in</strong> scopuri<br />

preparative, ultracentrifugele (centrifuge <strong>care</strong> opereaza la temperaturi mici si la presiune<br />

joasa) pot fi folosite si <strong>in</strong> scopuri analitice. In cazul unei centrifuge prevazute cu un rotor<br />

cu unghi fix se pot obt<strong>in</strong>e viteze de rotatie de pana la 100.000 rpm. Aceste dispozitive pot<br />

fi folosite la sedimentarea organitelor mai usoare (robozomi). Ultracentrifugele analitice<br />

<strong>sunt</strong> prevazute cu un sistem de monitorizare (masurarea absorbantei sau a <strong>in</strong>dicelui de<br />

refractie) al sedimentarii <strong>in</strong> decursul centrifugarii. In functie de tipul centrifugarii<br />

analitice se dist<strong>in</strong>g patru tipuri de centrifugare analitica: diferentiala, de sedimentare la<br />

echilibru, cu un gradient de densitate sau izopicnica. Centrifugarea diferentiala se<br />

bazeaza pe sedimentarea particulelor <strong>in</strong>tr-un mediu cu densitatea omogena si este o<br />

metoda de masurare a coeficientului de sedimentare (s) sau a masei moleculare a unui<br />

component. Ultimul parametru (M) poate fi obt<strong>in</strong>ut si pr<strong>in</strong> centrifugarea pr<strong>in</strong> sedimentare<br />

la echilibru. Centrifugarea zonala utilizand un gradient de densitate <strong>in</strong> tubul de


centrifugare (proba se aplica usor la partea superioara) are drept scop izolarea<br />

moleculelor purificate sau de a determ<strong>in</strong>a coeficientul s. In centrifugarea izopicnica se<br />

formeaza un gradient <strong>in</strong> decursul centrifugarii si are drept scop determ<strong>in</strong>area parametrilor<br />

obt<strong>in</strong>uti d<strong>in</strong> centrifugarea zonala.<br />

b) Gel filtrarea (Cromatografia de excludere a masei moleculare)<br />

Acest tip de cromatografie se bazeaza pe diferentele d<strong>in</strong>tre masele moleculare ale<br />

macromoleculelor. Tehnica este frecvent folosita la separarea moleculelor cu mase<br />

moleculare cupr<strong>in</strong>se <strong>in</strong>tre sute si milioane de unitati atomice de masa (polizaharide, acizi<br />

nucleici, prote<strong>in</strong>e, complexe enzimatice, etc).<br />

Amestecul de macromolecule supus separarii este aplicat <strong>in</strong> partea superioara a unei<br />

coloane cont<strong>in</strong>and particule poroase <strong>in</strong>solubile (Sephadex, Sepharose, Sephacryl,<br />

superose, Superdex, Biogel P sau A). Moleculele mai mici pot fi adsorbite pe aceste<br />

particule (site moleculare pe baza de dextran, agaroza, poliacrilamida), iar moleculele<br />

mari nu. In aceasta maniera prote<strong>in</strong>ele mai mari (prote<strong>in</strong>e <strong>care</strong> <strong>sunt</strong> prea largi pentru a<br />

<strong>in</strong>tra <strong>in</strong> porii sitei) trec mult mai rapid (<strong>sunt</strong> eluate primele) pr<strong>in</strong> coloana. Prote<strong>in</strong>ele<br />

ramase <strong>sunt</strong> eluate <strong>in</strong> ord<strong>in</strong>ea descrescatoare a masei lor moleculare. In functie de gradul<br />

de reticularizare al gelului separarea moleculelor poate fi diferita. Daca Sephadex G-25<br />

(gel poros pe baza de dextran) poate permite excluderea sarurilor si a monozaharurilor<br />

(materialul este folosit <strong>in</strong> special la schimbarea solutiei tampon <strong>in</strong> <strong>care</strong> se gaseste prote<strong>in</strong>a<br />

sau la desal<strong>in</strong>izarea probei rezultata dupa etapa de precipitare – moleculele de sare<br />

elueaza <strong>in</strong> ultima etapa a separarii) sau pentru separarea peptidelor si oligonucleotidelor,<br />

Sephadex G-200 este un gel mai put<strong>in</strong> reticulat si permite separarea macromoleculelor<br />

<strong>in</strong>tr-un <strong>in</strong>terval 5-200 kDa. In cele mai multe situatii acest tip de cromatografie constituie<br />

ultima etapa cromatografica <strong>in</strong> decursul procesului de separare. Aceasta tehnica<br />

constituie o metoda importanta pentru estimarea masei moleculare relative a prote<strong>in</strong>elor<br />

sau altor macromolecule. In acest scop un amestec de prote<strong>in</strong>e cu masa moleculara<br />

cunoscuta este folosit pentru calibrarea coloanei <strong>in</strong>a<strong>in</strong>te de estimarea masei moleculare<br />

necunoscute. Pentru prote<strong>in</strong>ele cu forme similare, volumul de lichid eluat este<br />

proportional cu logaritmul masei moleculare.<br />

Amestec<br />

supus<br />

separarii<br />

A<br />

Gel<br />

Coloana<br />

cromatografica<br />

B<br />

Reprezentarea schematica a<br />

cromatografiei de excludere a<br />

maselor moleculare<br />

A. Material cromatografic <strong>in</strong>a<strong>in</strong>tea<br />

aplicarii amestecului supus separarii;<br />

B. Macromoleculele cu diametru mai<br />

mic patrund pr<strong>in</strong> <strong>in</strong> porii gelului,<br />

macromoleculele cu mase medii sau<br />

mari elueaza <strong>in</strong>vers proportional cu<br />

masa moleculara a macromoleculelor.

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!