Curs 2 Proprietatile remarcabile ale enzimelor Enzimele sunt cei ...
Curs 2 Proprietatile remarcabile ale enzimelor Enzimele sunt cei ...
Curs 2 Proprietatile remarcabile ale enzimelor Enzimele sunt cei ...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Curs</strong> 2<br />
<strong>Proprietatile</strong> <strong>remarcabile</strong> <strong>ale</strong> <strong>enzimelor</strong><br />
<strong>Enzimele</strong> <strong>sunt</strong> <strong>cei</strong> mai performanti, precisi, stereospecifici catalizatori din toate grupele<br />
de catalizatori. <strong>Enzimele</strong> (“en”-in, “zima”-drojdie) <strong>sunt</strong> proteine care au capacitatea de a<br />
interactiona cu o substanta chimica numita substrat si proprietatea de a mari viteza de<br />
transformare a acestuia in produsi de reactie, dupa care acestea se refac si pot fi utilizate<br />
intr-un nou ciclu catalitic. S-a estimat faptul ca exista circa 25000 de enzime. Pana in<br />
prezent s-au caracterizat aproximativ 3000 de enzime din care 300 s-au obtinut in stare<br />
cristalina prin tehnici diferite si pot fi achizitionate de la companiile specializate in<br />
vanzarea de produse biochimice.<br />
<strong>Enzimele</strong> au cateva proprietati <strong>remarcabile</strong> in comparatie cu alte tipuri de catalizatori.<br />
Dintre acestea trei proprietati importante <strong>sunt</strong>: marea lor putere catalitica, specificitatea si<br />
gradul in care activitatea lor catalitica poate fi controlata de o serie de compusi naturali.<br />
Puterea catalitica<br />
<strong>Enzimele</strong> pot creste viteza de reactie cu pana la 17 ordine de magnitudine (Ex: orotidin<br />
5’-fosfat decarboxilaza - Radzicka & Wolfenden,Science,1995). In cele mai multe cazuri<br />
o comparatie intre viteza unei reactii catalizate enzimatic si necatalizata este greu de<br />
realizat. Pentru ultima reactie (in absenta catalizatorului, enzimei) vitezele pot fi foarte<br />
mici si ca atare greu de cuantificat. Cand aceasta comparatie este posibila cresterile<br />
vitezei de reactie pot fi mai mari de 4 (creatin kinaza), 8 (alcool dehidrogenaza), 9<br />
(triozfosfat izomeraza), 10 (hexokinaza), 11 (fosforilaza) ordine de magnitudine. In unele<br />
situatii activitatea enzimatica poate fi masurata la temperatura mai mica (datorita<br />
stabilitatii reduse a enzimei) comparativ cu reactia necatalizata.<br />
Un exemplu il constituie ureaza, prima enzima (din fasole Canavalia ensiformis) care a<br />
fost cristalizata in stare pura. Existenta enzimei a fost raportata inca din secolul XIX.<br />
Experimentele initi<strong>ale</strong> au fost efectuate de catre chimistul suedez Jon Jakob Berzelius,<br />
cercetatorul care a introdus termenul de activitate catalitica. In schimb pana in 1926 nu se<br />
stia exact daca ureaza era obtinuta in stare pura. Acest fapt a fost demostrat de catre<br />
James B. Sumner de la Universitatea Cornell. Sumner a reusit sa izoleze enzima si sa o<br />
cristalizeze si din acest motiv a fost recompensat cu premiul Nobel in 1947.<br />
Ureea este o molecula foarte stabila, care in mod normal hidrolizeaza foarte incet<br />
obtinandu-se acidul izocianic si amoniac. Durata reactiei necatalizate este de 3,6 ani la 38<br />
C. Activitatea catalitica a enzimei determina o crestere a vitezei de reactie (in mediu<br />
acid) de aproape 14 ordine de magnitudine. In timp ce reactia necatalizata implica o<br />
eliminare directa a moleculei de amoniac, enzima probabil catalizeaza o reactie<br />
hidrolitica a ionului carbamat (intermediar).
Specificitatea<br />
Majoritatea <strong>enzimelor</strong> au specificitate ridicata atat pentru substrat(e) cat si asupra reactiei<br />
pe care o acesta/acestia o catalizeaza. Exista insa si cazuri in care enzimele au<br />
specificitate scazuta (anumite peptidaze, fosfataze si esteraze)-utilizeaza o gama larga de<br />
substrate care contin legaturile respective (legatura peptidica, gruparea fosfoesterica,<br />
gruparea esterica). Aceste enzime au rol degradativ (digestie, ex chimotripsina) si nu de<br />
biosinteza.<br />
Specificitatea scazuta a chimotripsinei –scindarea legaturilor amidice si esterice<br />
Exista insa si alte exceptii, cand una si aceeasi enzima poate prezenta activitati catalitice<br />
diferite. Un exemplu <strong>sunt</strong> reactiile catalizate de preparatele enzimatice din muschiul<br />
cardiac de porc, bumbac, sau din N. crassa: prima reactie este cea de conversie a oxaloacetatului<br />
la malat, iar cea de-a doua reactie este o reactie de transfer a gruparii amino.<br />
Aceste enzime contin cel putin doi centri activi, specificitatea pentru fiecare substrat fiind<br />
o caracteristica a unui singur situs catalitic.
Exista si enzime care prezinta o specificitate de grup.<br />
Din aceasta categorie fac parte hexokinaza, o enzima<br />
care catalizeaza fosforilarea unei p<strong>ale</strong>te largi de<br />
aldohexoze (zaharuri). Fosforilarea glucozei<br />
determina o incapacitate de transport a moleculei de<br />
monozaharida in/inafara celulei. Oricum, majoritatea<br />
<strong>enzimelor</strong> au specificitate aproape absoluta. Un<br />
exemplu este ureaza care catalizeaza reactia cu ureea<br />
sau cu analogi (la o viteza mult mai redusa). O grupa<br />
de enzime intens studiata in ultimele decenii este cea<br />
a endonucleazelor (enzime de restrictie). Aceste<br />
enzime recunosc o secventa de 4-6 perechi de baze<br />
(secventa palindromica) din cadrul ADNului si<br />
cliveaza legaturile fosfodiesterice din ambele lanturi.<br />
Exista cel putin 400 de endonucleaze care difera prin<br />
specificitatea lor. In acest sens, fiecare endonucleaza<br />
are specificitate absoluta pentru regiunea substratului<br />
care este in contact cu situsul catalitic, desi poate<br />
actiona asupra mai multor secvente de ADN in cazul<br />
in care motivul “substratului” se repeta. De exemplu,<br />
EcoR I (E. Coli Restriction Endonuclease I) poate<br />
scinda intre nucleotidele G si A, iar Stu I scindeaza<br />
intre nucleotidele G si C (taietura enzimatica a ADNului duplex este dreapta)<br />
O trasatura distincta a multor reactii<br />
catalizate de enzime este<br />
stereospecificitatea, capacitatea acestora<br />
de a recunoaste numai un izomer<br />
geometric sau optic. In majoritatea<br />
cazurilor, enzimele recunosc unul dintre<br />
<strong>cei</strong> doi enantiomeri. Din acest motiv in<br />
organism se intalnesc cu precadere Laminoacizi<br />
si D-monozaharuri.<br />
D-aminoacid-oxidazele (sursa: rinichiul de porc), enzime specifice aminoacizilor din<br />
seria D, <strong>sunt</strong> capabile sa converteasca acesti compusi in cetoacizi.
L-aminoacid-oxidazele (enzime din veninul de sarpe) catalizeaza conversia L-aminoacizilor<br />
la cetoacizi.<br />
Exista insa si alte situatii in care specificitatea este dictata de sursa din care enzima este<br />
izolata. De exemplu, lactat dehidrogenaza din muschi este activa fata de L(+)-lactat, pe<br />
cand cea din Lactobacillus plantarum converteste D(+)-lactatul la piruvat.<br />
Un exemplu este cel al NAD + - si NADP + - dehidrogenazelor. A fost demonstrat, prin<br />
marcarea substratului cu izotopi radioactivi, faptul ca transferul hidrogenului are loc de la<br />
substrat la o fata particulara (notata A sau B) a dehidrogenazelor.<br />
Formele reduse pentru nicotin adenin dinucleotid (NADH)<br />
si nicotin adenin dinucleotid fosfat (NADPH)<br />
Mai mult, majoritatea dehidrogenazelor actioneaza asupra NAD + -ului (alcool-, lactat-,<br />
m<strong>ale</strong>at-, glicerol-3-fosfat-, 3-hidroxibutirat-, glucoz-, gliceraldehid dehidrogenaza si<br />
citocrom b5 -reductaza) sau NADP + -ului (3-oxiacil-reductaza, homoserin si glucoz-6fosfat<br />
dehidrogenaza).<br />
Exista cazuri de prochiralitate (substratul nu are un centru chiral de reactie) in reactiile<br />
catalizate de enzime. Un exemplu este cel a reactiei catalizate de fumarat hidrataza<br />
(localizata in mitocondrii si intervine in ciclul acidului citric), reactie in care fumaratul<br />
este convertit in malat. Reactia poate fi demonstrata prin utilizarea apei tritilate ( 3 H2O).<br />
Aceasta permite marcarea atomului de hidrogen care este atasat la substrat. Un caz<br />
asemanator este cel al aconitazei enzima care catalizeaza interconversia citratului la<br />
izocitrat, compusul intermediar fiind aconitat, in cadrul ciclului acidului citric (ciclul<br />
Krebs).
Fumarat hidraza catalizeaza conversia m<strong>ale</strong>atului in fumarat<br />
Aconitaza catalizeaza conversia citratului in izocitrat<br />
Pentru a intra in ciclul Krebs propionil-CoA trebuie sa fie convertita in succinil-<br />
CoA. O prima etapa a acestui lant de reactii il constituie o sinteza prochirala in care prin<br />
carboxilarea propionil-CoA (optic inactiva) se formeaza metil-malonil-CoA optic activa.<br />
La polul opus se afla racemazele, enzime care actioneaza asupra ambilor<br />
enantiomeri cu formarea de amestecuri racemice. De exemplu, alanil-racemaza poate<br />
actiona asupra ambilor izomeri optici ai alaninei, reactie care conduce intotdeauna la un<br />
racemic.<br />
Un alt aspect al specificitatii <strong>enzimelor</strong> a fost evidentiat in cazul sintezei<br />
proteinelor si replicarii ADNului. Cercetatorii au demostrat ca rata erorilor la replicarea
ADNului in “vivo” este de o greseala la 10 8 -10 10 nucleotide polimerizate si faptul ca<br />
eroarea la transcriptie si translatie (ARNm in secventa proteica) este de aproximativ 1<br />
aminoacid la 1000 de resturi. Aminoacil ARNt sintetaza recunoaste atat aminoacidul<br />
(selectivitate scazuta datorita dimensiunilor mai mici) cat si ARNt-ul (enzima are<br />
selectivitate ridica datorita dimensiunilor mai mari <strong>ale</strong> ARNt-ului). Enzima are si un situs<br />
catalitic care hidrolizeaza aminoacizii din complexul aminoacil-adenilat.<br />
Influenta unor anumiti factori asupra activitatii catalitice<br />
Activitatea catalitica a <strong>enzimelor</strong> poate fi controlata de o serie de factori: pH, tarie<br />
ionica, temperatura, de ioni sau de alte molecule.<br />
Influenta pHului<br />
Activitatea unei enzime depinde de pHul din mediu din doua motive: prezenta in<br />
centrul activ al enzimei de grupe donoare sau acceptoare de protoni si mentinerea<br />
amsamblului structural enzimatic. Grupele acceptoare de protoni pot fi titrate,<br />
dependentele activitatii enzimatice cu pHul au in majoritatea cazurilor o forma de clopot,<br />
cu un maxim la pHul optim. Cel mai adesea expunerea enzimei la valori extreme de pH<br />
poate conduce la schimbari structur<strong>ale</strong> ireversibile (scadere a activitatii enzimatice).<br />
Majoritatea <strong>enzimelor</strong> au un pH optim in mediu neutru. <strong>Enzimele</strong> care prefera conditii<br />
extreme, ca pepsina si fosfataza alcalina, trebuie testate in domeniul de pH adecvat.<br />
Deoarece activitatea enzimatica este influentata de schimbarile de pH, valoarea acestui<br />
parametru trebuie mentinuta constanta in decursul determinarii. Pe de alta parte,<br />
componentele din amestecul de testat sau solutia enzimei pot schimba pHul. In unele<br />
situatii reactia enzimatica poate determina un salt/o scadere a pHului si din acest motiv<br />
valoarea finala a acestuia la sfarsitul reactiei trebuie masurata.<br />
Taria ionica si solutiile tampon<br />
Taria ionica potrivita pentru masurarea activitatii enzimatice este dictata de<br />
molaritatea solutiei tampon utilizate. Cel mai frecvente se foloseste o concentratie de<br />
0,1 M, valoare care reprezinta o tarie ionica mica comparativ cu aceea intalnita in celula.<br />
O tarie ionica ridicata (1 M) poate conduce la inactivarea enzimei, cu unele exceptii<br />
(organismele termofile si halofile). Natura ionilor din solutia tampon poate fi un factor<br />
determinant pentru inactivarea sau destabilizarea <strong>enzimelor</strong>. Solutiile tampon avand in<br />
componenta substante de natura organica pot fi mai stabile, dar in majoritatea cazurilor<br />
trebuie cautat tamponul potrivit pentru fiecare enzima. De exemplu, in cazul folosirii<br />
fosfatului de potasiu trebuie sa se stie faptul ca tamponul are capacitate de legare pentru<br />
cationi. Tris, un alt compus folosit la prepararea solutiilor tampon, poate uneori dezactiva<br />
enzimele. Alaturi de compatibilitatea tampon-enzima trebuie sa se considere si<br />
capacitatea de tamponare optima (intre 1-2 unitati de pH).<br />
Temperatura<br />
Ca si in cazul pHului nu se poate postula o temperatura ideala pentru toate<br />
enzimele. De obi<strong>cei</strong>, pentru o enzima se va masura activitatea la diferite valori <strong>ale</strong><br />
temperaturii, mentinand pHul constant (si in domeniul optim). De fapt, in acest caz<br />
intervin doua procese. Odata cu cresterea temperaturii, viteza miscarii moleculelor<br />
(vitezei de reactie) creste cu un factor de 2-3 la fiecare 10 grade. In schimb, odata cu<br />
cresterea temperaturii apare tendinta proteinelor de a se denatura si implicit a se<br />
dezactiva. Procesul de denaturare a <strong>enzimelor</strong> depinde de doi factori: temperatura si timp.<br />
La temperaturi inalte are loc o inactivare rapida, insa si la temperaturi moderate poate<br />
avea loc o inactivare mai lenta. De exemplu, alcool dehidrogenaza poate fi inactivata si la
o temperatura de 37 ºC. Din acest motiv activitatea poate fi influentata de timpul scurs<br />
pana la masurarea activitatii. In majoritatea cazurilor se va incerca scurtarea timpului de<br />
procesare a unui extract enzimatic in scopul pastrarii activitatii. In general se utilizeaza 3<br />
temperaturi (25, 30 si 37 ºC)<br />
Cofactorii<br />
Cofactorii metalici<br />
Studiile cristalografice au dovedit faptul ca enzimele <strong>sunt</strong> proteine cu lanturi de<br />
100-2500 de aminoacizi. Enzime ca chimiotripsina sau triozfosfat izomeraza (enzima<br />
care catalizeaza interconversia compusilor difosforilati cu 3 atomi de carbon) <strong>sunt</strong> active<br />
fara a avea nevoie de alti compusi/ioni. In general, pentru o activitate corespunzatoare,<br />
enzimele au nevoie de o componenta neproteica (cofactor). Un grup de cofactori <strong>sunt</strong><br />
ionii metalici. In cele mai multe cazuri ionii metalici stabilizeaza conformatia enzimei in<br />
forma catalitic activa. Un exemplu il constituie fosforilaza, enzima care catalizeaza prima<br />
etapa de clivare a glicogenului din muschii scheletici. Aceasta enzima permite degradarea<br />
rezervelor de carbohidrati. Contractia muschilor scheletici este o consecinta a expulzarii<br />
Ca 2+ din reticulul sarcoplasmatic fapt care duce la activarea fosforilazei (poate fi dictata<br />
si de hormoni-adrenalina) si implicit la producerea ATPului.<br />
Fenomenul de inhibitie feedback este comun pentru diferite cai de biosinteza. De<br />
exemplu, c<strong>ale</strong>a metabolica de sinteza a nucleotidelor pirimidinice conduce la UTP si<br />
CTP. Acesti produsi inhiba primele enzime (carbamoil-fosfat sintazei si aspartat carbamoil<br />
transferazei) din cadrul sintezei metabolice determinand controlul biosintezei<br />
metabolitilor.<br />
Carboxipeptidazele, enzime care catalizeaza scindarea legaturii peptidice la<br />
capatul C-terminal al substratului, necesita zinc pentru activitatea catalitica. Indepartarea<br />
zincului (prin complexare cu EDTA) poate avea drept consecinta inactivarea enzimei.<br />
Activitatea poate fi redobandita la adaugarea ionilor de zinc. Aldolaza si anhidraza<br />
carbonica necesita de asemenea ioni de zinc pentru o activitate catalitica corespunzatoare.<br />
Kinazele, enzime care transfera o grupare -fosforil de la ATP la o molecula acceptor,<br />
necesita ionii de magneziu care se leaga, in acest caz, de substrat (ATP) si nu de enzima.
Nucleaza stafilococala, enzima care hidrolizeaza ADNul si ARNul, leaga Ca 2+ un<br />
ion esential pentru reactia enzimatica. Si ureaza contine ioni de nichel, fapt care a fost<br />
dovedit la 50 de ani de la cristalizarea enzimei.<br />
Necesitatea prezentei acestor cofactori explica de ce<br />
organismele au nevoie de cantitati mici din aceste<br />
molecule (ioni) in dieta lor. Natura metalo-<strong>enzimelor</strong><br />
poate explica uneori efectele toxice <strong>ale</strong> met<strong>ale</strong>lor grele<br />
asupra unor plante/organisme. De exemplu, Cd 2+ si<br />
Hg 2+ poate inlocui Zn 2+ din situsul catalitic al aceleiasi<br />
enzime (din ARN polimeraza) determinand pierderea<br />
activitatii acesteia.<br />
Exista si alte exemple in care ionii metalici <strong>sunt</strong><br />
indispensabili <strong>enzimelor</strong> (Tabelul 2)<br />
Tabel 2. Exemple de ioni metalici necesari unor enzime<br />
Metalul Enzima<br />
Na -D-glucohidrolaza din intestin<br />
K Piruvat kinaza<br />
Mg Hexokinaza, Piruvat-kinaza, Adenozintrifosfataza<br />
Fe Catalza, Peroxidaza, Nitrogenaza<br />
Zn Alcooldehidrogenaza, Carboxipeptidaza<br />
Mo Xantinoxidaza, Nitrogenaza<br />
Cu Citocrom c oxidaza, Amin-oxidaza<br />
Ni Ureaza<br />
Cofactorii organici<br />
A doua clasa de cofactori este reprezentata de cofactorii organici (marea partea<br />
<strong>sunt</strong> derivati ai vitaminelor B) ce interactioneaza slab cu apoenzimele. Intre cele doua<br />
componente se formeaza legaturi slabe de tipul puntilor de hidrogen, interactiuni<br />
hidrofobe.<br />
Cofactorii legati strans (prin legaturi cov<strong>ale</strong>nte) poarta denumirea de grupari<br />
prostetice. O enzima care contine un cofactor sau o grupare prostetica poarta numele de<br />
holoenzima, iar una in care cofactorul este indepartat apoenzima. Daca din holoenzima<br />
este indepartat cofactorul dispare activitatea catalitica. Moleculele mici sau speciile care<br />
se leaga reversibil la o enzima se numesc liganzi (acest termen general poate include<br />
substratul, compusi analogi cu structura asemanatoare substratului, inhibitorul sau<br />
ionul/ionii metalici).<br />
Asadar, cofactorii se pot lega necov<strong>ale</strong>nt sau cov<strong>ale</strong>nt de apoenzime. De exemplu FADul<br />
este o grupare prostetica pentru lipoamid-dehidrogenaza si coenzima pentru D-aminoacid-oxidaza.<br />
Din punct de vedere structural enzimele se impart in 4 clase: coenzime de natura<br />
alifatica, coenzime de natura aromatica si coenzime cu structura nucleozidica sau<br />
nucleotidica.
Princip<strong>ale</strong>le coenzime de natura alifatica <strong>sunt</strong> glutationul, acidul lipoic si acidul ascorbic.<br />
O enzima dependenta de glutation este glutation-homocistin-transdehidrogenaza si<br />
permite formarea puntilor disulfidice prin conversia cisteinei in cistina. Glutationul redus<br />
(G-SH) poate fi oxidat reversibil sub actiunea glutation-reductazei.<br />
Decarboxilarea oxidativa a acidului piruvic din tesuturile anim<strong>ale</strong> este realizata cu<br />
ajutorul unui complex enzimatic. Una dintre enzime este dihidrolipo-transacetilaza care<br />
contine amida acidului lipoic drept cofactor.<br />
Conversia DOP-aminei in noradrenalina este catalizata de DOP-amin-hidroxilaza care<br />
necesita acid ascorbic, O2 si ioni de cupru. Tirozina poate fi metabolizata la acid<br />
homogentizinic care se elimina pe c<strong>ale</strong> renala. Ultima etapa a acestei secvente metabolice<br />
este catalizata de o enzima specifica care este dependenta de ascorbat.<br />
Astfel majoritatea carboxilazelor, enzime implicate in incorporarea CO2, necesita biotina,<br />
care este atasata printr-o legatura de tip amidic de enzima (intre gruparea –COOH a<br />
biotinei si o grupare -amino din catena laterala a unei lizine din secventa polipeptidica).<br />
Propionil-CoA-carboxilaza este o enzima care este dependenta de biotina ce catalizeaza<br />
transformarea propionil-CoA in metil-malonil-CoA. Tiamin difosfatul joaca rol de<br />
coenzima pentru transcetolaza, enzima care intervine in metabolismul glucidic (catalizeza<br />
transferul unui fragment de doi atomi de carbon din molecula fructozo-6-fosfatului pe<br />
scheletul hidrocarbonat al glicerinaldehid-3-fosfatului). Decarboxilarea aminoacizilor,<br />
reactie din care rezulta aminele, se realizeaza cu ajutorul unor enzime specifice care <strong>sunt</strong><br />
dependente de piridoxal fosfat. Histidin-decarboxilaza este o enzima care converteste<br />
histidina la histamina, substanta cu proprietati vasopresoare si care regleaza secretia de<br />
HCl din stomac prin stoparea secretiei de gastrina. Ornitin- decarboxilaza catalizeaza<br />
reactia de decarboxilare a ornitinei cu formare de putres<strong>cei</strong>na (precusorul poliamidelor<br />
spermidina si spermina esenti<strong>ale</strong> pentru reglarea celulara si pentru interactiunile dintre<br />
acizii nucleici). Aminotransferazele, enzime care intervin in c<strong>ale</strong>a metabolica de<br />
degradare a aminoacizilor, contin piridoxal-fosfatul in calitate de coenzima. Serindezaminaza<br />
si serin-hidroximetil-transferaza , enzime care converstesc serina la piruvat,<br />
respectiv glicocol, au piridoxalfosfatul in calitate de cofactor (este legat de enzima sub<br />
forma unei baze Schiff).<br />
Pteroenzimele folosesc drept cofactor acidul tetrahidrofolic pentru transferarea gruparilor<br />
formil, hidroximetil.<br />
Nucleozid-fosfatii indeplinesc rol de cofactori in reactiile de transfosforilare, enzimele ce<br />
catalizeaza aceste procese fiind denumite kinaze. Nucleozidfosfatii contin in molecula<br />
atat baze purinice cat si pirimidinice.<br />
Piridoxal-fosfat biotina
Acid lipoic<br />
Tiamin difosfat<br />
Unii cofactori <strong>sunt</strong> atasati tranzitoriu la diverse enzime si astfel joaca rol de cosubstrat.<br />
Nicotin adenin dinucleotidul (NAD + ) si nicotin adenin dinucleotid fosfatul (NADP + ) <strong>sunt</strong><br />
exemple de cosubstrate. De exemplu, NAD + este un agent de oxidare in reactia catalizata<br />
de alcool dehidrogenaza (ADH):<br />
Nomenclatura <strong>enzimelor</strong><br />
Clasificare generala<br />
In general denumirea unei enzime se face prin adaugarea sufixului –aza la numele<br />
substratului asupra caruia actioneaza (ureaza) sau are legatura cu reactia catalizata (lactat<br />
dehidrogenaza catalizeaza dehidrogenarea lactatului cu obtinerea piruvatului).<br />
Denumirea <strong>enzimelor</strong> se face pe trei paliere.<br />
Primul palier cuprinde o denumire uzuala, mai putin stiintifica, se bazeaza pe denumirile<br />
trivi<strong>ale</strong> <strong>ale</strong> <strong>enzimelor</strong> (enzima “galbena”, catalaza, papaina, tripsina, rodanaza-o enzima<br />
mitocondriala care converteste ionul cianura in ionul tiocianat) si are in vedere evolutia in<br />
timp a cunostintelor legate de enzimele respective. Oricum, multe enzime (ex. catalaza<br />
care mediaza descompunerea apei oxigenate) au nume care nu <strong>sunt</strong> in concordanta cu<br />
functia pe care acestea o manifesta in decursul reactiei enzimatice.<br />
Al doilea palier se bazeaza pe tipul reactiei catalizate de enzime. Astfel, exista 6 tipuri<br />
majore de reactii enzimatice:<br />
1. reactii de oxido-reducere catalizate de oxidoreductaze;<br />
2. reactii de transfer a unor grupe (grupari fosfat, resturi de peptide), catalizata de<br />
transferaze;<br />
3. reactii hidrolitice (hidroliza esterilor, hidroliza legaturilor C-X, aditia apei la<br />
legatura dubla) catalizata de hidrolaze;<br />
4. reactii de eliminare in care legatura dubla este formata, catalizata de liaze;<br />
5. reactii de izomerizare, catalizate de izomeraze;
6. reactiile de formare a unor legaturi chimice (C-C), pe baza energiei consumate de<br />
o sursa de energie (uzual ATP), catalizata de ligaze (sintetaze).<br />
Numele complet al unei enzime nu descrie numai tipul reactiei catalizate, insa<br />
descrie substratul asupra caruia enzima actioneaza si alte informatii.<br />
1. Oxidoreductazele<br />
Oxidoreductazele <strong>sunt</strong> enzime implicate in procese de oxidare biologica si<br />
catalizeaza reactii bimoleculare:<br />
A ox + B red<br />
A red + B ox<br />
Denumirea <strong>enzimelor</strong> din aceasta clasa se realizeaza prin includerea denumirii<br />
donorului si acceptorului de hidrogen urmate de termenul oxidoreductaza<br />
(donor:acceptor-oxidoreductaza). In situatia in care acceptorul de hidrogen este oxigenul<br />
se apeleaza la termenul de oxidaza. Astfel, denumirea sistematica a alcooldehidrogenazei,<br />
enzima care catalizeaza reactia de oxidare reversibila a etanolului, este alcool:NAD + -<br />
oxidoreductaza (alcoolul = acceptor, NAD + = donor). Alcool dehidrogenaza joaca un rol<br />
important in procesele de fermentatie alcoolica. In biochimia clinica aceasta enzima se<br />
utilizeaza la estimarea concentratiei de alcool etilic in sange sau urina. Denumirea<br />
sistematica a catalazei este H2O2: H2O2-oxidoreductaza.<br />
Denumirea sistematica a lactat dehidrogenazei, L-lactat: NAD + -oxidoreductaza,<br />
arata ca L-lactatul actioneaza drept donor de electroni iar NAD + este acceptorul de<br />
electroni. Reactia este intalnita in fermetatiile lactice precum si in procesele anaerobe de<br />
degradare a glucidelor in cadrul procesului de glicoliza. Determinarea activitatii acestei<br />
enzime din sange este folosita la diagnosticarea infarctului miocardic, a hepatitei vir<strong>ale</strong>, a<br />
anemiei pernicioase.<br />
In metabolismul glucidic actioneaza si gliceraldehidfosfat-dehidrogenaza (Dgliceraldehid-3-fosfat:NAD<br />
+ -oxidoreductaza fosforilanta) care concomitet cu procesul<br />
redox fosforileaza si substratul:<br />
Aceasta subclasa cuprinde si superoxid-dismutaza (superoxid:superoxid –<br />
oxidoreductaza, metaloproteina-eritrocupreina, hemocupreina sau citocupreina) ce<br />
catalizeaza reactia de dismutatie a radicalilor superoxidici:<br />
Eliminarea CO2 de la acidul izocitric, din cadrul ciclului Krebs, se realizeaza prin<br />
intermediul izocitrat:dehidrogenazei (izocitrat:NAD + O<br />
-oxidoreductaza decarboxilanta)<br />
produsul de reactie fiind acidul –ceto-glutaric.<br />
2- + O2- + 2H + O2 + H2O2
O alta enzima din ciclul Krebs este succinat dehidrogenaza (succinat:acceptoroxidoreductaza),<br />
o flavoproteina care contine fier si sulf. Reactia catalizata de aceasta<br />
enzima consta in dehidrogenarea acidului succinic cu formarea de acid fumaric.<br />
Malat-dehidrogenaza (L-malat:NAD + -oxidoreductaza) intervine in ultima etapa a<br />
ciclului Krebs prin oxidarea acidului L-malic la acid oxalil-acetic.<br />
In fosforilarea oxidativa (oxidarea hidrogenului in apa) are loc reducerea<br />
co<strong>enzimelor</strong> (FAD sau NAD + ). Regenerarea acestor cofactori (la forma oxidata) se poate<br />
realiza prin actiunea transdehidrogenazei (NADPH:NAD + -oxidoreductaza). Enzima s-a<br />
izolat din mitocondriile din inima bovinelor sau bacterii. Sursa de energie a acestei reactii<br />
o constituie potentialul de membrana (din fluxul membranar de protoni) si din acest<br />
motiv aceasta enzima este o pompa protonica. Transdehidrogenaza mitocondriala este<br />
inglobata in structura membranei interne (prin intermediul a 14 segmente membranare) a<br />
mitocondriei sub forma unui dimer. De asemenea enzima poseda un motiv <br />
caracteristic domeniului care leaga nucleotide. Cele doua dinucleotide substrat (NADPH<br />
si NAD + respectiv NADH si NADP + ) se leaga la doua situsuri adiacente, diferite, fapt<br />
care face posibil transferul protonului de la un substrat la celalalt.<br />
UDP-glucozo-dehidrogenazei (UDP-glucoza:NAD + -6-oxidoreductaza), enzima din<br />
hepatocite, tesuturi si microorganisme, participa la formarea acidului UDP-glucuronic<br />
(un precursor al zaharurilor acide) din alcoolul corespunzator. Enzima din hepatocite
contine 6 monomeri. Oxidarea UDP-glucozei la UDP-glucuronat este acompaniata cu<br />
reducerea a doi moli de NAD + .<br />
Enzima formeaza intr-o prima etapa lagaturi cov<strong>ale</strong>nte (o baza Schiff) cu o grupare<br />
-amino a unui rest de lizina din centrul activ. In a doua etapa gruparea –SH apartinand<br />
unui rest de cisteina formeaza un tioester.