Perché gli enzimi accelerano le reazioni chimiche. La struttura e le proprietà degli enzimi

a) una diminuzione dell'energia di attivazione;

b) un aumento dell'energia di attivazione;

c) un aumento della temperatura di reazione;

d) abbassare la temperatura di reazione.

18. Un cambiamento nella conformazione di un enzima nell'alcalosi è causato da:

19. La denaturazione enzimatica porta alla sua inattivazione a causa di:

a) distruzione del centro attivo;

b) distruzione del cofattore;

c) distruzione del centro allosterico;

d) distruzione del substrato.

20. Con relativa specificità, gli enzimi agiscono su:

a) un substrato;

b) un gruppo di substrati correlati;

c) per un certo tipo di connessione;

d) su eventuali supporti.

21. Secondo la teoria di Fisher:

a) il substrato deve assolutamente corrispondere alla conformazione del centro attivo;

b) il substrato può non corrispondere alla conformazione del sito attivo dell'enzima;

c) il cofattore deve assolutamente corrispondere alla conformazione del sito attivo;

d) il cofattore può non corrispondere alla conformazione del sito attivo.

22. Secondo la teoria di Koshland:

a) il centro attivo dell'enzima si forma infine legandosi al substrato;

b) il centro attivo ha la conformazione necessaria prima dell'interazione con il substrato;

c) il centro attivo dell'enzima si forma infine legandosi al coenzima;

d) la forma del centro attivo non dipende dalla struttura del cofattore e del substrato.

23. Per pulire le ferite purulente, vengono utilizzate le peptidasi, poiché:

a) abbattere le proteine ​​​​delle cellule distrutte e quindi pulire la ferita;

b) abbattere i glicolipidi delle cellule distrutte e quindi pulire la ferita;

c) scindere gli acidi nucleici e quindi pulire la ferita;

d) abbattere i carboidrati delle cellule distrutte e quindi pulire la ferita.

24. Aggiunta di tripsina agli enzimi:

a) non cambierà la propria attività;

b) portare alla perdita della loro attività;

c) porterà ad un aumento della loro attività;

d) porterà alla distruzione del cofattore.

25. La prova diretta della natura proteica dell'enzima è:

a) diminuzione dell'energia di attivazione;

b) accelerazione delle reazioni avanti e indietro;

c) accelerazione del raggiungimento della posizione di equilibrio della reazione reversibile;

d) cessazione dell'azione catalitica quando alla soluzione viene aggiunta una sostanza che distrugge i legami peptidici.

26. Per preservare il gusto dolce, le pannocchie di mais appena raccolte vengono poste in acqua bollente per diversi minuti per:

a) diventano molli;

b) denaturare gli enzimi che convertono il glucosio in amido;

c) era facile liberare i chicchi;

d) rompere i legami peptidici.

27. Il cambiamento nella conformazione dell'enzima in acidosi è causato da:

a) distruzione di legami idrogeno e ionici;

b) distruzione dei legami disolfuro;

c) distruzione dei legami peptidici;

d) distruzione dei legami idrofobici.

28. Con assoluta specificità, gli enzimi agiscono su:

a) un substrato;

b) ad un certo tipo di legame nel substrato;

c) per un certo tipo di connessione nel prodotto;

d) su eventuali supporti.

29. La denaturazione enzimatica è causata da:

a) substrati;

b) sali di metalli pesanti;

c) prodotti;

d) cofattori.

30. La denaturazione enzimatica è causata da:

a) substrati;

b) prodotti;

c) acido tricloroacetico;

d) cofattori.

31. La denaturazione enzimatica è causata da:

a) substrati;

b) alte temperature;

c) prodotti;

d) cofattori.

32. L'apoenzima è:

a) un complesso di proteine ​​e cofattori;

b) la parte proteica dell'enzima;

c) ioni metallici;

d) vitamine.

33. La proprietà comune di un enzima e di un catalizzatore inorganico è:

a) controllabilità;

b) non viene consumato nel processo di reazione;

c) opera in condizioni miti;

d) elevata specificità.

34. La proprietà comune di un enzima e di un catalizzatore inorganico è:

a) controllabilità;

b) diminuzione dell'energia di attivazione;

c) peso molecolare;

d) elevata specificità.

35. Inibitore competitivo:

a) struttura simile al substrato;

b) non è simile nella struttura al substrato;

c) struttura simile al prodotto;

d) è simile nella struttura a un cofattore.

36. Inibitori allosterici:

a) agire in modo reversibile;

b) agire irreversibilmente;

d) competere con il substrato.

37. Inibitori allosterici:

a) sono irreversibili;

b) aderire al centro allosterico;

c) aderire al centro attivo;

d) competere con il cofattore.

38. La proteolisi limitata è:

a) legare l'oligo- o il polipeptide all'enzima;

b) scissione dell'oligo- o polipeptide dall'enzima;

c) attacco dell'oligo- o polipeptide al centro allosterico dell'enzima;

d) scissione dell'oligo- o polipeptide dal centro allosterico dell'enzima.

Enzimi - catalizzatori biologici, senza la cui partecipazione non può fare un solo processo di vita. I Boni sono caratterizzati dalla capacità di: reagire con una certa sostanza re - il substrato; accelerare le reazioni biochimiche, che di solito procedono molto lentamente; agire alle stesse concentrazioni insignificanti del substrato, pur non richiedendo energia dall'esterno; il funzionamento del cotone idrofilo a seconda della temperatura e del pH del mezzo.

catalisi biologica estremamente< высокой эффективностью и способностью ферментов четкие < выделять вещество, с которой они взаимодействуют.

La molecola dell'enzima contiene un gruppo di amminoacidi particolarmente attivi che costituiscono il centro attivo dell'enzima (129), che è in grado di interagire rapidamente solo con la sostanza corrispondente, il substrato (130). Allo stesso tempo, il substrato è specifico per un certo enzima ed è adatto, sia nella sua struttura che nelle proprietà fisico-chimiche, al centro attivo "come una chiave per una serratura", e quindi all'andamento della reazione del substrato con il centro attivo è istantaneo. Come risultato della reazione, si forma un enzima: un complesso di substrato, che quindi si decompone facilmente formando nuovi prodotti. Le sostanze formate vengono immediatamente separate dall'enzima, che ne ripristina la struttura e diventa nuovamente in grado di svolgere la stessa reazione. In un secondo, l'enzima reagisce con milioni di molecole di substrato e non si scompone.

Grazie all'enzima reazioni biochimiche possibile a una concentrazione molto bassa di una sostanza nella cellula, che è estremamente importante, specialmente nei casi in cui il corpo si libera sostanze nocive. L'enzima catalasi, a voi già noto, distrugge in un secondo tante molecole di perossido di idrogeno quante ne impiegano 300 anni in condizioni normali.

Ogni enzima catalizza solo una reazione specifica. Va notato che non determina la possibilità stessa della reazione, ma solo la accelera milioni di volte, rendendo la sua velocità "cosmica". Un'ulteriore trasformazione della sostanza formata come risultato di una reazione enzimatica viene effettuata dal secondo enzima, quindi dal terzo, ecc. Le cellule di animali e piante contengono migliaia di enzimi diversi, quindi non solo accelerano migliaia di reazioni chimiche, ma controllare anche il loro corso.

La velocità di azione dell'enzima dipende dalla temperatura (effettiva - circa +40 ° C) e da determinati valori di pH della soluzione, specifici per un particolare enzima. Per la maggior parte degli enzimi, il valore del pH varia da 6,6 a 8,0, sebbene vi siano delle eccezioni. (Ricorda a quali valori di pH alcuni enzimi funzionano meglio.)

L'innalzamento della temperatura a +50 ° C porta alla distruzione del centro attivo dell'enzima e perde definitivamente la capacità di svolgere le sue funzioni. Ciò è dovuto al fatto che si verifica una violazione irreversibile della struttura terziaria della proteina e, dopo il raffreddamento, la molecola dell'enzima non ripristina la sua struttura. Questo spiega perché anche una breve esposizione alle alte temperature uccide gli esseri viventi. Tuttavia, ci sono organismi i cui enzimi si sono adattati alle alte temperature. Ad esempio, in Africa, nelle sorgenti termali con una temperatura dell'acqua di circa +60 ° C, vive e si riproduce un rappresentante della classe dei crostacei thermosbena e alcuni batteri vivono anche in corpi idrici dove la temperatura dell'acqua è superiore a 70 ° C .

La distruzione della struttura dell'enzima può causare veleni che entrano nel corpo anche in quantità molto piccole. Queste sostanze, chiamate inibitori (dal lat. Ingibio - trattenere), si combinano irreversibilmente con il centro attivo dell'enzima e quindi ne bloccano l'attività.

Uno dei veleni più potenti, come sapete, sono i cianuri (sali dell'acido cianidrico HCN), che bloccano il lavoro dell'enzima respiratorio citocromo ossidasi. Pertanto, anche una piccola quantità di questa sostanza, una volta nel corpo, provoca la morte per soffocamento. Gli inibitori sono ioni di metalli pesanti (Hg2 +, Pb2 +), così come composti di arsenico, che formano composti con amminoacidi che fanno parte del centro attivo dell'enzima.

Enzimi (dal lat. fermentum - fermentazione) , o enzimi (dal greco Ep - dentro, somma - lievito) - composti proteici che sono catalizzatori biologici. La scienza degli enzimi è chiamata enzimologia. Le molecole enzimatiche sono proteine ​​o acido ribonucleico (RNA). Gli enzimi RNA sono chiamati ribozimi e sono considerati la forma originale di enzimi che sono stati sostituiti da enzimi proteici durante l'evoluzione.

Organizzazione strutturale-funzionale. Le molecole degli enzimi sono più grandi delle molecole del substrato e hanno una configurazione spaziale complessa, principalmente di una struttura globulare.

A causa delle grandi dimensioni delle molecole enzimatiche, si forma un forte campo elettrico, in cui: a) gli enzimi acquisiscono una forma asimmetrica, indeboliscono i legami e provocano un cambiamento nella loro struttura; b) diventa possibile l'orientamento delle molecole di substrato. L'organizzazione funzionale degli enzimi è associata al centro: si tratta di una piccola sezione speciale della molecola proteica che può legare il substrato e quindi fornire l'attività catalitica dell'enzima. Il centro attivo degli enzimi semplici è una combinazione di alcuni amminoacidi della catena con la formazione di una sorta di "tasca" in cui avvengono le trasformazioni catalitiche del substrato. Negli enzimi complessi, il numero di centri attivi è uguale al numero di subunità e sono cofattori con gruppi funzionali proteici adiacenti. Oltre al centro attivo, alcuni enzimi hanno un centro allosterico che regola l'attività del centro attivo.

Proprietà . Tra enzimi e catalizzatori di natura inorganica vi sono alcune caratteristiche comuni e distintive. Ciò che hanno in comune è che: a) possono catalizzare solo reazioni termodinamicamente possibili e accelerare solo quelle reazioni che possono avvenire senza di esse, ma a velocità inferiore; b) non sono utilizzati durante la reazione e non fanno parte dei prodotti finali; b) non spostare l'equilibrio chimico, ma solo accelerarne l'instaurarsi. Gli enzimi sono inoltre caratterizzati da alcune proprietà specifiche che i catalizzatori inorganici non hanno.

Gli enzimi non vengono distrutti nelle reazioni, quindi una quantità molto piccola di essi provoca la conversione di una grande quantità di substrato, ad esempio 1 molecola di catalasi può scindere più di 5 milioni di molecole di H2O2 in 1 minuto). Le zone accelerano la velocità delle reazioni chimiche in condizioni normali, ma non vengono esse stesse consumate. Tutto questo insieme determina una tale proprietà degli enzimi come elevata attività biologica. L'azione ottimale della maggior parte degli enzimi si manifesta ad una temperatura di 37-40 ° C. Con un aumento della temperatura l'attività degli enzimi diminuisce e successivamente si interrompe completamente, e oltre + 80 ° C vengono distrutti. A basse temperature (sotto 0°C) gli enzimi cessano la loro azione, ma non vengono distrutti. Quindi, gli enzimi sono caratterizzati sensibilità termica.

Gli enzimi mostrano la loro attività a una certa concentrazione di ioni H, quindi ne parlano Dipendenza dal pH. L'azione ottimale della maggior parte degli enzimi si osserva in un ambiente vicino alla neutralità.

Una proprietà come specificità o selettività si manifesta nel fatto che ogni enzima agisce su un substrato specifico, catalizzando una sola "propria" reazione. La selettività dell'azione degli enzimi è determinata dalla componente proteica.

Gli enzimi sono catalizzatori con attività controllata, che possono essere significativamente modificati sotto l'influenza di alcuni composti chimici che aumentano o diminuiscono la velocità della reazione catalizzata. Gli attivatori sono cationi metallici, anioni

acidi, materia organica, e gli inibitori sono cationi di metalli pesanti, ecc. Questa proprietà è stata chiamata controllabilità dell'azione (alostericità). Gli enzimi si formano solo quando c'è un substrato che ne induce la sintesi ( inducibilità), e "disattivare" l'azione degli enzimi, di regola, viene effettuata da un eccesso di prodotti di assimilazione ( presenza). Le reazioni enzimatiche sono reversibili, il che è dovuto alla capacità degli enzimi di catalizzare le reazioni diretta e inversa. Quindi, ad esempio, la lipasi può, in determinate condizioni, scomporre il grasso in glicerolo e acidi grassi, nonché catalizzare la sua sintesi dai prodotti di decadimento ( ricorrenza dell'azione).

Meccanismo di azione. Per comprendere il meccanismo d'azione degli enzimi sul corso delle reazioni chimiche, è importante teoria del centro attivo, ipotesi della serratura a chiave E ipotesi di corrispondenza indotta. Secondo teoria del centro attivo, ogni molecola enzimatica ha uno o più siti in cui avviene la biocatalisi a causa dello stretto contatto tra l'enzima e il substrato. Ipotesi della serratura a chiave(1890, E. Fischer) spiega la specificità degli enzimi dalla corrispondenza tra la forma dell'enzima (serratura) e il substrato (chiave). L'enzima si combina con il substrato per formare un complesso enzima-substrato transitorio. Ipotesi di conformità indotta(1958, D.Kashland). si basa sull'affermazione che gli enzimi sono molecole flessibili, per cui, in presenza di un substrato, la configurazione del centro attivo subisce cambiamenti in essi, cioè l'enzima orienta i suoi gruppi funzionali in modo tale da fornire il massima attività catalitica. Anche la molecola del substrato, quando attaccata all'enzima, cambia la sua configurazione per aumentare la sua reattività.

Diversità . Nella moderna enzimologia sono noti oltre 3000 enzimi. Gli enzimi sono generalmente classificati in base a Composizione chimica e il tipo di reazioni che influenzano. La classificazione degli enzimi per composizione chimica comprende enzimi semplici e complessi. enzimi semplici (monocomponente) - contengono solo la parte proteica. La maggior parte degli enzimi di questo gruppo può cristallizzare. Un esempio di enzimi semplici è ribonucleasi, idrolasi (amilasi, lipasi, proteasi), ureasi, ecc. Enzimi complessi (bicomponente) - consiste in apoenzima E cofattore. La componente proteica che determina la specificità degli enzimi complessi ed è solitamente sintetizzata dall'organismo ed è sensibile alla temperatura è un apoenzima. Un componente non proteico che determina l'attività di enzimi complessi e, di norma, entra nel corpo sotto forma di precursori o in già pronto, e rimane stabile in condizioni avverse, è un cofattore. I cofattori possono essere molecole inorganiche (ad esempio, ioni metallici) o organiche (ad esempio, flavina). I cofattori organici permanentemente associati all'enzima sono chiamati gruppi protesici. I cofattori organici che possono essere separati dall'enzima sono chiamati coenzimi. enzimi complessi sono ossidoreduttasi (ad esempio catalasi), ligasi (ad esempio DNA polimerasi, tRNA sintetasi), liasi, ecc.

Le reazioni enzimatiche sono divise in anaboliche (reazioni di sintesi) e cataboliche (reazioni di decadimento) e la totalità di tutti questi processi in un sistema vivente è chiamata metabolismo. All'interno di questi gruppi di processi si distinguono i tipi di reazioni enzimatiche, in base alle quali gli enzimi sono suddivisi in 6 classi: ossidoriduttasi, transferasi, idrolasi, liasi, isomerasi E ligasi.

1. Ossidoreduttasi catalizzare reazioni redox (trasferimento di elettroni e atomi di H da un substrato all'altro).

2. Transferasi accelerare le reazioni di trasferimento (trasferimento di gruppi chimici da un substrato all'altro).

3. Idrolasi sono enzimi di reazioni di idrolisi (scissione di substrati con la partecipazione di acqua).

4. Buio catalizzare reazioni di decomposizione non idrolitica (scissione di substrati senza la partecipazione di acqua con la formazione di un doppio legame e senza l'uso di energia ATP).

5. Isomerasi influenzare la velocità delle reazioni di isomerizzazione (movimento intramolecolare di vari gruppi).

6. Ligasi catalizzare le reazioni di sintesi (una combinazione di molecole che utilizzano l'energia dell'ATP e la formazione di nuovi legami).

Di solito, un enzima prende il nome dal tipo di reazione che catalizza, aggiungendo il suffisso -az al nome del substrato (ad esempio la lattasi è un enzima coinvolto nella conversione del lattosio).

Valori. Gli enzimi forniscono trasformazioni chimiche di sostanze a causa di una diminuzione di energia di attivazione, cioè nel ridurre il livello di energia richiesto per fornire reattività alla molecola (ad esempio, sono necessari circa 210 kJ per rompere il legame tra azoto e carbonio in laboratorio, mentre solo 42-50 kJ sono spesi per questo nel biosistema ). Gli enzimi presenti in tutte le cellule viventi contribuiscono alla trasformazione di alcune sostanze (substrati) in altre (prodotti). Gli enzimi agiscono come catalizzatori in quasi tutte le reazioni biochimiche che si verificano negli organismi viventi - catalizzano circa 4000 bioreazioni chimicamente separate.Gli enzimi svolgono un ruolo cruciale in tutti i processi vitali, dirigendo o regolando il metabolismo del corpo. Gli enzimi sono ampiamente utilizzati in casa.

Alcuni esempi di utilizzo degli enzimi nelle attività umane

Gli acidi nucleici sono composti che collegano il passato al futuro.

Capitolo IV. ENZIMI

§ undici. Rappresentazioni generali sugli enzimi

enzimi, O enzimi, sono catalizzatori biologici che accelerano le reazioni chimiche. Il numero totale di enzimi conosciuti è di diverse migliaia. Quasi tutte le reazioni chimiche che si verificano negli organismi viventi vengono eseguite con la loro partecipazione. Gli enzimi accelerano le reazioni chimiche di 10 8 - 10 20 volte. Svolgono un ruolo decisivo nei più importanti processi biologici: nel metabolismo, nella contrazione muscolare, nella neutralizzazione di sostanze estranee entrate nel corpo, nella trasmissione del segnale, nel trasporto di sostanze, nella coagulazione del sangue e molti altri. Per una cellula, gli enzimi sono assolutamente necessari; senza di essi, la cellula, e quindi la vita, non potrebbero esistere.

La parola enzima deriva dal latino fermentum - lievito, enzima tradotto dal greco significa "nel lievito". Le prime informazioni sugli enzimi furono ottenute nel XIX secolo, ma solo all'inizio del XX secolo furono formulate teorie sull'azione degli enzimi e solo nel 1926 James Sumner ottenne per la prima volta un enzima purificato in una forma cristallina: l'ureasi L'ureasi catalizza la scissione idrolitica dell'urea:

Sumner ha scoperto che i cristalli di ureasi sono fatti di proteine. Negli anni '30. del secolo scorso, John Norton e colleghi hanno ricevuto gli enzimi digestivi tripsina e pepsina in forma cristallina e hanno anche scoperto che, come l'ureasi, sono intrinsecamente proteine. Come risultato di questi studi, si è formato un punto di vista sulla natura proteica degli enzimi, che è stato successivamente confermato più volte. Fu solo molto più tardi che la capacità di catalizzare fu scoperta in alcuni RNA; tali RNA sono chiamati ribozimi, O Enzimi dell'RNA. I ribozimi costituiscono una piccola parte di tutti gli enzimi, quindi continueremo a parlare di enzimi proteici.

Interessante da sapere! La ribonucleasi P, un enzima che taglia l'RNA, è costituita da due componenti, l'RNA e un polipeptide. Ad un'alta concentrazione di ioni magnesio, la presenza della componente proteica diventa superflua. L'RNA da solo può catalizzare la reazione.

Somiglianze e differenze tra enzimi e catalizzatori non proteici

Gli enzimi condividono una serie di proprietà con i catalizzatori chimici non proteici:

a) non si consumano nel processo di catalisi e non subiscono alterazioni irreversibili;

b) accelerare sia la reazione diretta che quella inversa senza alterare l'equilibrio chimico;

c) catalizzare solo quelle reazioni che possono procedere senza di esse;

d) aumentare la velocità di una reazione chimica riducendo energia di attivazione(figura 26) .

Una reazione chimica procede perché una certa frazione delle molecole delle sostanze di partenza ha più energia di altre molecole, e questa energia è sufficiente per raggiungere lo stato di transizione. Gli enzimi, come i catalizzatori chimici, riducono l'energia di attivazione interagendo con le molecole iniziali, in relazione a ciò aumenta il numero di molecole in grado di raggiungere lo stato di transizione e, di conseguenza, aumenta anche la velocità della reazione enzimatica.

Fig.26. Influenza dell'enzima sull'energia di attivazione

Gli enzimi, nonostante una certa somiglianza con i catalizzatori chimici non proteici, differiscono da essi in vari modi:

a) gli enzimi hanno una maggiore efficienza di azione, ad esempio l'enzima catalasi, che catalizza la reazione: 2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2, la accelera di circa 10 12 volte, mentre l'efficienza del platino come catalizzatore per questa reazione è circa un milione di volte inferiore;

b) gli enzimi hanno una specificità maggiore rispetto ai catalizzatori non proteici, accelerano una gamma più ristretta di reazioni chimiche, ad esempio, il già citato enzima ureasi catalizza solo una reazione: l'idrolisi dell'urea, le proteasi sono in grado di scomporre solo le proteine, ma lo fanno non agire su carboidrati, lipidi, acidi nucleici e altre sostanze. Il platino invece è in grado di catalizzare varie reazioni (idrogenazione, deidrogenazione, ossidazione), catalizza sia la reazione di ottenimento dell'ammoniaca dall'azoto e dall'idrogeno, sia l'idrogenazione degli acidi grassi insaturi (questa reazione serve per ottenere la margarina);

c) gli enzimi lavorano efficacemente in condizioni blande: ad una temperatura di 0 - 40°C, a pressione atmosferica, a valori di pH prossimi alla neutralità, in condizioni più severe, gli enzimi si denaturano e non mostrano le loro qualità catalitiche. Una catalisi chimica efficiente richiede spesso condizioni difficili: alta pressione, Calore e la presenza di acidi o alcali. Ad esempio, la sintesi di ammoniaca in presenza di catalizzatori viene effettuata a 500 - 550 o C e una pressione di 15 - 100 MPa;

d) l'attività degli enzimi rispetto ai catalizzatori chimici può essere regolata più finemente da vari fattori. Ci sono molte sostanze nella cellula, sia aumentando che diminuendo la velocità delle reazioni enzimatiche.

Struttura degli enzimi

Il peso molecolare relativo degli enzimi può variare da 104 a 106 o più. Gli enzimi sono generalmente proteine ​​globulari. Alcuni enzimi sono proteine ​​​​semplici e sono costituiti solo da residui di amminoacidi (ribonucleasi, pepsina, tripsina), l'attività di altri dipende dalla presenza di ulteriori componenti chimici nella loro composizione, i cosiddetti cofattori. Ioni metallici Fe 2+ , Mn 2+ , Mg 2+ , Zn 2+ o sostanze organiche complesse, che sono anche chiamate coenzimi. Molti coenzimi contengono vitamine. A titolo di esempio, in fig. 27 mostra la struttura del coenzima A (CoA).

Riso. 27. Coenzima A

Se il coenzima è fortemente associato all'enzima, in questo caso rappresenta il gruppo prostetico della proteina complessa. I cofattori possono svolgere le seguenti funzioni:

a) partecipazione alla catalisi;

b) l'implementazione dell'interazione tra il substrato e l'enzima;

c) stabilizzazione dell'enzima.

Viene chiamato il complesso enzima-cofattore cataliticamente attivo oloenzima. La separazione del cofattore dall'oloenzima porta alla formazione di un inattivo apoenzima:

Oloenzima apoenzima + cofattore.

La molecola dell'enzima contiene centro attivo. Il centro attivo è la regione della molecola enzimatica in cui il substrato è legato e convertito in un prodotto di reazione. La dimensione dell'enzima, di norma, supera significativamente la dimensione dei loro substrati. Il centro attivo occupa solo una piccola parte della molecola dell'enzima (Fig. 28).

Riso. 28. Dimensioni relative di enzimi e molecole di substrato

Il centro attivo è costituito dai residui amminoacidici della catena polipeptidica. Negli enzimi a due componenti, il centro attivo può contenere anche un componente non proteico. La molecola dell'enzima contiene residui di amminoacidi che non sono coinvolti nella catalisi e nell'interazione con il substrato. Tuttavia, sono molto significativi, poiché formano una certa struttura spaziale dell'enzima. Molto spesso, il centro attivo contiene residui di amminoacidi polari (serina, treonina, cisteina) e carichi (lisina, istidina, glutammico e aspartico). I residui amminoacidici che formano il centro attivo si trovano a notevole distanza nella catena polipeptidica e risultano essere vicini durante la formazione della struttura terziaria (Fig. 29).

Riso. 29. Centro attivo

Ad esempio, il centro attivo della chimotripsina (un enzima digestivo che scompone le proteine) comprende residui di istidina - 57, acido aspartico - 102, serina - 195 (i numeri indicano i numeri di serie nella catena polipeptidica). Nonostante la distanza l'uno dall'altro di questi residui di amminoacidi nella catena polipeptidica, nello spazio si trovano uno accanto all'altro e formano il centro attivo dell'enzima.

Interessante da sapere! Quando gli animali vengono immunizzati con una sostanza che è un analogo dello stato di transizione di un qualsiasi substrato, si possono ottenere anticorpi in grado di catalizzare la trasformazione del substrato, tali anticorpi sono chiamati cataliticamente x o abzimi . Utilizzando questo approccio, è possibile ottenere catalizzatori per quasi tutte le reazioni in modo mirato.

Alcuni enzimi sono sintetizzati in una forma inattiva sotto forma di cosiddetti proenzimi, che vengono quindi attivati ​​​​sotto l'influenza di determinati fattori. Ad esempio, gli enzimi digestivi chimotripsina e tripsina si formano a seguito dell'attivazione del chimotripsinogeno e del tripsinogeno.

Nomenclatura e classificazione degli enzimi

I nomi degli enzimi sono spesso formati aggiungendo un suffisso al nome del substrato su cui agisce. Ad esempio, deriva il nome dell'enzima ureasi parola inglese urea - urea, proteasi (enzimi che scompongono le proteine) - dalla parola proteina. Molti enzimi hanno banale nomi non correlati al nome dei loro substrati, come pepsina e tripsina. Esistono anche nomi sistematici di enzimi, compresi i nomi dei substrati e che riflettono la natura della reazione catalizzata.

Interessante da sapere! Un enzima che catalizza una reazione

ATP+D-glucosioADP+D-glucosio - 6 - fosfato,

è sistematicamente chiamato ATP: esoso 6-fosfotransferasi.

In accordo con la reazione catalizzata, tutti gli enzimi sono divisi in 6 classi.

1. Ossidoreduttasi. Catalizza le reazioni redox

2. Transferasi. Catalizzare le reazioni di trasferimento intermolecolare di gruppi:

AB + C = AC + B.

3. Idrolasi. Catalizzare le reazioni di idrolisi:

AB + H 2 O \u003d AOH + BH.

4. Buio. Catalizzano l'aggiunta di gruppi ai doppi legami e le reazioni inverse.

5. Isomerasi. Catalizzare le reazioni di isomerizzazione (trasferimento di gruppo intramolecolare).

6. Ligasi. Catalizza la connessione di due molecole, accoppiata con l'idrolisi dell'ATP.

A sua volta, ogni classe è divisa in sottoclassi, sottoclassi - in sottoclassi. Agli enzimi che formano sotto-sottoclassi viene assegnato un numero di serie. Di conseguenza, ogni enzima ha il proprio numero a quattro cifre.

Enzimi (enzimi) sono specifici catalizzatori proteici ad alta efficienza per reazioni chimiche. La maggior parte delle reazioni cellulari viene eseguita con la partecipazione di enzimi. Il metabolismo nelle cellule sarebbe impossibile senza una forte accelerazione delle reazioni chimiche, senza il coordinamento nel tempo e nello spazio di molti processi biochimici, cioè senza la partecipazione degli enzimi. Una cellula può contenere fino a 1000 enzimi diversi. Attualmente sono note le funzioni di oltre 2000 enzimi, di cui sono state determinate la sequenza amminoacidica e la struttura spaziale per diverse centinaia.

Come altri catalizzatori chimici, gli enzimi:

aumentano la velocità di reazione, ma non vengono consumati nel processo e non subiscono cambiamenti irreversibili;

non spostare l'equilibrio di una reazione chimica, accelerando allo stesso modo sia la reazione diretta che quella inversa;

aumentare la velocità di reazione abbassando l'energia di attivazione, cioè la barriera energetica che deve essere superata affinché la reazione avvenga.

Gli enzimi differiscono dai catalizzatori chimici nei seguenti modi:

1) alta efficienza d'azione - la catalisi enzimatica accelera il corso delle reazioni chimiche di 10 6 −10 14 volte;

2) elevata specificità di azione - la capacità di legarsi a un determinato substrato e catalizzare una reazione di un certo tipo;

3) condizioni "lievi" per il verificarsi di reazioni enzimatiche - pressione atmosferica normale, temperatura 30 - 40 ° C, pH ~ 7, ambiente acquatico;

4) la capacità di regolare la loro attività, che consente alle cellule di coordinare chiaramente l'attuazione di numerose reazioni metaboliche ramificate, fornendo il livello più alto ed economico di metabolismo, nonché una rapida adattabilità alle mutevoli condizioni ambientali.

Classificazione degli enzimi. Poiché gli enzimi sono caratterizzati da specificità di azione, sono classificati in base al tipo di reazione sottoposta a catalisi. Secondo la classificazione attualmente accettata, gli enzimi sono raggruppati in 6 classi.

1. Ossidoreduttasi (reazioni redox):

UN ripristinare + IN ossido → UN ossido + IN ristabilire

2. Transferasi (reazioni di trasferimento di gruppi funzionali tra substrati):

UN−X + IN → UN + IN−X

3. Idrolasi (reazioni di idrolisi, l'accettore del gruppo trasferito è una molecola d'acqua):

UN−IN+ H 2 O → UN−Í + IN-OH

4. Liasi (reazioni di scissione di gruppi dal substrato in modo non idrolitico con formazione di un doppio legame o aggiunta di gruppi a doppi legami):

UN(X H)- IN → UN−X + IN-N

5. Isomerasi (reazioni di isomerizzazione):

UN↔ Iso- UN

6. Ligasi o sintetasi (reazioni di sintesi dovute all'energia di scissione dei nucleosidi trifosfati, più spesso ATP):

UN + IN + aprile → UN−IN + ADP + R io

Il numero della classe enzimatica corrispondente è fissato nella sua numerazione del codice (cifrario). Il codice dell'enzima è composto da 4 numeri separati da punti, che indicano la classe, la sottoclasse, la sottoclasse e il numero di serie dell'enzima nella sottoclasse.

Nomi sistematici degli enzimi formato aggiungendo un suffisso -az al nome del substrato su cui agisce l'enzima (nel caso di reazione bimolecolare, ai nomi di due substrati separati da un segno di divisione), oppure al nome del tipo di reazione catalizzata. Ad esempio, arginasi (catalizza l'idrolisi dell'arginina), alcol deidrogenasi (catalizza l'ossidazione dell'etanolo). Dopo il nome dell'enzima tra parentesi indicare il nome dell'organo o dell'organismo da cui è stato isolato l'enzima. Ad esempio, alcol deidrogenasi (lievito) o alcol deidrogenasi (fegato di ratto).

In alcuni casi, i nomi banali degli enzimi con la desinenza -In che non trasportano informazioni chimiche, come pepsina e tripsina (enzimi proteolitici), catalasi (distrugge il perossido di idrogeno), ecc.

I nomi sistematici degli enzimi vengono utilizzati quando è richiesta un'identificazione precisa dell'enzima. Molti nomi sistematici sono molto ingombranti ed è più conveniente usare nomi banali. Ad esempio, esochinasi (nome banale) è ATP: D-esoso-6-fosfotransferasi.

Caratteristiche della struttura degli enzimi. Le molecole enzimatiche sono caratterizzate da pesi molecolari da 10 a 1000 kDa e oltre, tuttavia, la maggior parte degli enzimi è rappresentata da proteine ​​​​globulari con un peso molecolare di diverse centinaia di migliaia di Da, costruite da subunità - protomeri. Gli enzimi di solito funzionano come parte di sistemi multienzimatici che catalizzano determinate sequenze di reazioni (il prodotto di reazione ottenuto con la partecipazione di un enzima è un substrato per il secondo enzima, ecc.). L'impacchettamento di subunità in una proteina multimerica (costituita da più subunità) viene effettuato a causa di interazioni dello stesso tipo della formazione della struttura proteica quaternaria. Dimeri e tetrameri predominano tra gli enzimi multimerici, esa e ottameri sono meno comuni e trimeri e pentameri sono molto rari. Ad esempio, la sintetasi degli acidi grassi del lievito, che catalizza la sintesi degli acidi grassi da precursori a basso peso molecolare, è un sistema di sette diversi enzimi, le cui molecole sono combinate in un complesso strettamente legato.

Le proteine ​​enzimatiche multimeriche possono contenere diversi tipi di protomeri che catalizzano la stessa reazione, ma differiscono per struttura primaria, peso molecolare, specificità del substrato, ecc. Alcune delle sue proprietà fisiche e chimiche dipendono dal rapporto tra diversi tipi di protomeri in un multimero. Queste diverse forme di un enzima multimerico sono chiamate isoenzimi(isoenzimi).

Gli isoenzimi sono prodotti di espressione di diversi geni. Sotto forma di diversi isoenzimi, ci sono un certo numero di enzimi e possono verificarsi nello stesso organismo e persino all'interno della stessa cellula. Uno dei principali meccanismi per la formazione degli isoenzimi comporta la combinazione di diverse subunità in diverse combinazioni per formare un enzima oligomerico attivo. Ad esempio, la lattato deidrogenasi, che catalizza la reazione reversibile dell'ossidazione dell'acido lattico nei muscoli, è costituita da quattro subunità (tetramero) di due tipi (H e M) ed è rappresentata da cinque isoenzimi: HHHH, HHHM, HHMM, HMMM, MMMM. Differiscono l'uno dall'altro per attività, peso molecolare, mobilità elettroforetica, localizzazione in organi e tessuti e sensibilità alle sostanze regolatrici. L'esistenza di isoenzimi consente al corpo di modificare il loro rapporto e quindi regolare l'attività metabolica.

Lo studio della struttura delle molecole enzimatiche ha permesso di rivelare una serie di regolarità nella loro organizzazione. La catena polipeptidica che forma il globulo proteico è ripiegata in modo piuttosto complesso. Alcuni tratti di questa catena sono -eliche o -strutture, altri assumono conformazioni irregolari, ma ben definite. Queste strutture, strettamente adiacenti l'una all'altra e alternate, sono impacchettate in blocchi con attività funzionale. Sulla superficie del globulo proteico ci sono principalmente gruppi polari e atomi carichi, e talvolta si formano legami ionici tra gruppi di carica opposta. Le regioni interne del globulo proteico sono un ambiente non polare, il nucleo idrofobico è formato da gruppi non polari che fanno principalmente parte delle catene laterali alifatiche e aromatiche di alanina, valina, leucina, isoleucina, metionina, fenilalanina e triptofano. Anche radicali polari di amminoacidi aventi significato funzionale possono essere orientati all'interno del globulo e associati tra loro.

La parte più importante dell'enzima è centro attivo, di solito avente la forma di una lacuna o depressione nel globulo enzimatico e che rappresenta una complessa struttura tridimensionale. Alcuni enzimi ne hanno uno, altri hanno due o più centri attivi. I centri attivi degli enzimi si formano a livello della struttura terziaria. Nel sito attivo, il substrato viene legato e convertito in un prodotto. Il sito attivo è quasi sempre costituito da un piccolo numero di residui amminoacidici, che, di norma, sono ampiamente separati l'uno dall'altro nella catena polipeptidica. Quando è piegato, i gruppi funzionali di questi residui amminoacidici si avvicinano l'uno all'altro e formano un centro attivo.

Nel centro attivo si distinguono due siti: legante e catalitico. I residui amminoacidici che si formano sito di legame, sono responsabili del legame complementare specifico del substrato e della formazione del complesso enzima-substrato, assicurando la ritenzione del substrato nel sito attivo. È l'"architettura" del sito di legame del sito attivo dell'enzima che ne determina la complementarità con la struttura del substrato. La formazione di un complesso enzima-substrato avviene senza la formazione di legami covalenti, a causa di forze più deboli - legami idrogeno ed elettrostatici, interazioni idrofobiche e di van der Waals.

IN sito catalitico L'enzima contiene residui amminoacidici direttamente coinvolti nella catalisi. Sono chiamati gruppi catalitici e sono spesso rappresentati da gruppi funzionali di serina, istidina, triptofano, arginina, cisteina, acido aspartico e glutammico e residui di tirosina. La formazione finale del sito catalitico in molti enzimi può avvenire al momento dell'attaccamento al substrato (il principio dell'adattamento substrato-enzima indotto).

Il centro attivo non può essere delimitato da confini rigorosamente definiti, poiché ciascuno dei suoi componenti, in un modo o nell'altro, interagisce con altre parti della molecola dell'enzima. L'influenza del microambiente può essere piuttosto significativa:

i componenti del centro attivo, compresi i cofattori, interagiscono con i gruppi vicini dell'enzima, che modifica le caratteristiche chimiche dei gruppi funzionali coinvolti nella catalisi;

nella cellula, gli enzimi formano complessi strutturali sia tra loro che con sezioni di membrane cellulari e intracellulari, con elementi del citoscheletro e/o altre molecole, che influenzano la reattività dei gruppi funzionali nel centro attivo dell'enzima.

La struttura del centro attivo determina la regio e la stereospecificità dell'azione degli enzimi.

Alcuni enzimi mostrano polifunzionalità- la capacità di catalizzare diversi tipi di reazioni. Questo fenomeno è spiegato dal fatto che durante la formazione della struttura terziaria, le catene polipeptidiche di tali enzimi formano diverse regioni globulari funzionalmente e stericamente isolate - domini, ognuno dei quali è caratterizzato dalla propria attività catalitica.

specificità degli enzimi. Una delle straordinarie proprietà degli enzimi è la loro elevata specificità. Distinguere tra specificità di substrato e di reazione. La maggior parte degli enzimi è altamente specifica sia per la natura che per il modo di trasformazione del substrato.

Specificità del substratoè la capacità di un enzima di catalizzare la conversione di uno specifico substrato o di più substrati con una struttura chimica simile. Questa specificità varia notevolmente tra i diversi enzimi: alcuni enzimi possono catalizzare una reazione che coinvolge un solo substrato (specificità assoluta), mentre altri interagiscono con diverse sostanze chimicamente correlate (specificità di gruppo). Ad esempio, la formamidasi idrolizza solo la formammide, mentre l'amidasi idrolizza qualsiasi ammide alifatica. In questo caso, si parla rispettivamente della specificità di substrato ristretta e ampia degli enzimi.

La specificità del substrato è dovuta alla complementarietà della struttura del sito di legame dell'enzima con la struttura del substrato. Tra i residui amminoacidici del centro attivo dell'enzima e il substrato si stabilisce una corrispondenza geometrica (di forma) e chimica (formazione di legami idrofobici, ionici e idrogeno). Il legame del substrato nel centro attivo dell'enzima avviene in più punti, con la partecipazione di diversi gruppi funzionali.

Specificità di reazione caratterizza la capacità degli enzimi di catalizzare reazioni di un certo tipo (ad esempio reazioni redox). Se il substrato può esistere in diverse forme isomeriche, allora le stesse trasformazioni chimiche di questi isomeri sono catalizzate da diversi enzimi (ad esempio, ossidasi l-amminoacidi e ossidasi D-aminoacidi). Un'eccezione sono le isomerasi, che catalizzano le interconversioni degli isomeri.

Regolarità della catalisi enzimatica. Una reazione enzimatica è un processo in più fasi. Nella prima fase si stabilisce una corrispondenza complementare indotta tra l'enzima E e substrato S. Di conseguenza, a complesso enzima-substrato ES, in cui avviene la trasformazione chimica del substrato nel/i prodotto/i. ES-complesso attraverso lo stato di transizione ES * convertito in complesso(i) prodotto(i) enzimatico(i). PE, dopodiché il/i prodotto/i della trasformazione vengono separati dall'enzima:

E + S ⇄ ES ⇄ ES * ⇄ PE ⇄ E + R

Quando il substrato si lega all'enzima, la conformazione delle molecole dell'enzima e del substrato cambia; quest'ultima è fissata nel centro attivo in una configurazione tesa. Questo forma un complesso attivato, o stato di transizione- una struttura intermedia ad alta energia, energeticamente meno stabile dei composti e dei prodotti originari. Il contributo più importante all'effetto catalitico complessivo è dato dalla stabilizzazione dello stato di transizione, cioè dall'interazione tra i residui amminoacidici della proteina e il substrato. La differenza tra le energie libere per i reagenti iniziali e lo stato di transizione corrisponde a energia di attivazione libera G#. Questa è la quantità di energia necessaria per trasferire tutte le molecole di substrato in uno stato attivato.

La velocità di reazione dipende dal valore di  G# : minore è, maggiore è la velocità di reazione e viceversa. In sostanza,  G# rappresenta la barriera energetica che deve essere superata affinché avvenga la reazione. La parte superiore della barriera energetica corrisponde allo stato di transizione. La stabilizzazione dello stato di transizione abbassa questa barriera o energia di attivazione, cioè gli enzimi aumentano la velocità delle reazioni abbassando la barriera di attivazione e aumentando l'energia del substrato quando si lega all'enzima, senza influenzare la variazione complessiva dell'energia libera.

Esistono diverse ragioni per l'elevata attività catalitica degli enzimi, che forniscono una diminuzione della barriera energetica della reazione:

1) l'enzima può legare le molecole dei substrati reagenti in modo tale che i loro gruppi reattivi si trovino vicini l'uno all'altro e dai gruppi catalitici dell'enzima ( effetto di convergenza);

2) durante la formazione del complesso enzima-substrato, si ottiene la fissazione del substrato e il suo orientamento ottimale per la rottura e la formazione di legami chimici ( effetto orientamento);

3) il legame del substrato porta alla rimozione del suo guscio di idratazione (esiste per le sostanze disciolte in acqua);

4) l'effetto della conformità indotta del substrato e dell'enzima;

5) stabilizzazione dello stato di transizione;

6) alcuni gruppi nella molecola dell'enzima (coenzima) possono fornire catalisi acido-base (trasferimento di protoni nel substrato) e catalisi nucleofila (formazione di legami covalenti tra l'enzima e il substrato, che porta alla formazione di strutture più reattive di il substrato). Quest'ultimo è caratteristico degli enzimi che catalizzano le reazioni di sostituzione nucleofila.

cofattori enzimatici. L'attività di un certo numero di enzimi dipende solo dalla struttura della proteina stessa. Tuttavia, in molti casi (~ 40%), gli enzimi richiedono mediatori speciali, cofattori, per eseguire la catalisi. Cofattori- Si tratta di composti non proteici a basso peso molecolare (ioni metallici, composti organici complessi, principalmente derivati ​​vitaminici) che funzionano negli stadi intermedi di una reazione enzimatica (o ciclo di reazione), ma non vengono consumati durante la catalisi. Nella maggior parte dei casi, i cofattori vengono rigenerati invariati dopo il completamento dell'atto catalitico.

La separazione del cofattore dalla proteina, solitamente associata ad essa da legami non covalenti, porta alla formazione di un apoenzima inattivo. Viene chiamato il complesso apoenzima-cofattore cataliticamente attivo oloenzima.

I cofattori di diversa natura chimica sono divisi in due gruppi principali: coenzimi e gruppi protesici.

Coenzimi vagamente (non covalentemente) associati alla proteina e separati da essa durante la catalisi (ad esempio, NAD +, CoA). Il ripristino della loro struttura originaria (rigenerazione) dopo la partecipazione alla catalisi può essere catalizzata da un altro enzima.

Gruppi protesici sono saldamente (spesso covalentemente) legati all'apoenzima e non sono separati da esso durante la catalisi (ad esempio, eme nelle emoproteine, atomi di metallo nelle metalloproteine).

Ogni cofattore ha una struttura specifica, che lo rende specifico per un particolare tipo di reazione. Per partecipare alla reazione, i cofattori devono essere associati agli enzimi. In questo caso, il posizionamento complementare e preciso del cofattore nel sito attivo dell'enzima fornisce molti contatti non covalenti con l'enzima.

I principali meccanismi attraverso i quali i cofattori prendono parte alla catalisi sono i seguenti:

fungono da trasportatori tra gli enzimi. Interagendo con un enzima, il vettore accetta parte del substrato, migra verso un altro enzima e trasferisce la parte trasferita al substrato del secondo enzima, dopodiché viene rilasciato. Questo meccanismo è tipico della maggior parte dei coenzimi;

svolgere il ruolo di "portatore intraenzimatico", tipico, prima di tutto, dei gruppi protesici. Il gruppo protesico attacca parte della molecola del substrato e la trasferisce a un secondo substrato legato nel sito attivo dello stesso enzima. In questo caso, il gruppo protesico è considerato parte del sito catalitico dell'enzima;

cambiare la conformazione della molecola dell'enzima, interagendo con essa al di fuori del centro attivo, che può indurre la transizione del centro attivo in una configurazione cataliticamente attiva;

stabilizzare la conformazione dell'enzima, contribuendo allo stato cataliticamente attivo;

svolgere la funzione di una matrice. Ad esempio, le polimerasi degli acidi nucleici necessitano di un "programma" - una matrice, in base alla quale viene costruita una nuova molecola;

svolgere il ruolo di intermedi. A volte un enzima può utilizzare una molecola cofattore in una reazione, formando un prodotto da essa, ma allo stesso tempo, a spese del substrato, formare una nuova molecola cofattore.

Di solito, i cofattori svolgono il ruolo di portatori intermedi di elettroni, alcuni atomi o gruppi funzionali, che vengono trasferiti da un composto all'altro a seguito di una reazione enzimatica. I cofattori più comuni che effettuano il trasferimento di equivalenti riducenti, gruppi fosfato, acile e carbossilico. Ci limitiamo a considerare la struttura e il meccanismo di funzionamento dei portatori di equivalenti riducenti.

Sotto equivalenti di recupero di solito significa atomi di H, elettroni o ioni idruro. Poiché il loro trasferimento avviene durante le reazioni redox, i vettori corrispondenti sono chiamati cofattori redox:

E 1 E 2

UN H2+ R ⇄ UN + R H2; R H2+ IN ⇄ R + IN H 2

Reazione totale: UN H2+ IN ⇄ UN + IN H 2

Dove UN, IN– substrati ossidati; R- vettore; UN H 2 IN H 2 - substrati ridotti; E 1 ,E 2 - enzimi (deidrogenasi).

Questi includono portatori di nicotinamide e flavina, citocromi, chinoni, acido lipoico e ascorbico, glutatione. I più comuni sono i coenzimi nicotinamide (NAD + e NADP +) e flavina (FAD e FMN).

Portatori di nicotinamide di equivalenti riducenti. Sono nicotinammide adenina dinucleotide (NAD + o NAD +) e nicotinammide adenina dinucleotide fosfato (NADP + o NADP +), che sono mostrati in Fig. 12. Le forme ossidate di questi coenzimi sono comunemente chiamate NAD + e NADP + , sottolineando la presenza di una carica positiva in eccesso sull'atomo di azoto dell'anello piridinico.

Riso. 12. Forma ossidata di nicotinammide adenina dinucleotide (NAD +) e nicotinammide adenina dinucleotide fosfato (NADP +)

Il gruppo funzionale di corrieri di nicotinamide di equivalenti riducenti è anello di piridina , che fa parte della nicotinamide - vitamina B 5 (PP). Durante l'ossidazione enzimatica del substrato con la partecipazione di NAD + (NADP +), la nicotinammide viene ridotta durante l'aggiunta di uno ione idruro. In questo caso, la deidrogenazione del substrato è nella maggior parte dei casi accompagnata dall'eliminazione di due atomi di idrogeno, durante la quale il protone H+ viene trasferito attraverso la soluzione (Fig. 13).

Riso. 13. Recupero di nicotinammide

Un esempio del funzionamento dei portatori di nicotinamide di equivalenti riducenti è l'ossidazione dell'etanolo ad acetaldeide catalizzata dall'alcool deidrogenasi. Questo enzima rimuove due atomi di idrogeno da una molecola di etanolo e l'idrogeno legato al carbonio del gruppo alcolico viene trasferito a NAD + e l'idrogeno legato all'ossigeno del gruppo OH viene rilasciato nel mezzo sotto forma di H +:

Due coenzimi piridinici sono coinvolti in diverse reazioni redox a diversi potenziali redox: NAD + agisce più spesso come agente ossidante nelle vie cataboliche e NADP + è ridotto a NADPH H + e agisce come agente riducente nei processi biosintetici.

Flavini portatori di equivalenti riducenti. Questi includono flavina adenina dinucleotide (FAD o FAD) e flavina mononucleotide (FMN o FMN), che sono mostrati in Fig. 14.

Riso. 14. Struttura degli equivalenti riducenti la flavina

I coenzimi di flavina sono agenti ossidanti più forti dei coenzimi di nicotinammide e le forme ridotte di coenzimi di nicotinammide sono agenti riducenti più forti delle flavine ridotte.

La parte reattiva di FAD e FMN è sistema isoallossazinico contenenti doppi legami coniugati. La struttura di questo sistema cambia durante il restauro. La deidrogenazione con la partecipazione dei cofattori flavina è accompagnata dall'eliminazione di due atomi di idrogeno dal substrato, ma a differenza dei coenzimi nicotinammide che accettano ioni idruro, i cofattori flavina accettano entrambi gli atomi di idrogeno (Fig. 15). Pertanto, le forme ridotte di FAD e FMN sono designate come FADH 2 e FMNN 2 .

Riso. 15. Funzionamento dei coenzimi flavinici

ATTIVITÀ ENZIMATICA E FATTORI CHE LA INFLUENZANO. PRINCIPI DI CINETICA ENZIMATICA

Sotto attività enzimatica comprenderne la quantità, che catalizza la trasformazione di una certa quantità di substrato per unità di tempo. Per esprimere l'attività dei preparati enzimatici, vengono utilizzate due unità alternative: internazionale (UI) e "katal" (cat). Un'unità internazionale di attività enzimatica è considerata una quantità tale da catalizzare la conversione di 1 µmol di substrato in un prodotto in 1 minuto in condizioni standard (solitamente ottimali). 1 katal denota la quantità di enzima che catalizza la conversione di 1 mol di substrato in 1 s. 1 gatto \u003d 6 10 7 UI. In una reazione bimolecolare UN + IN = CON + D per unità di attività enzimatica è considerata tale quantità che catalizza la conversione di un μmol UN O IN o due micromoli UN(Se IN = UN) per 1 min.

Spesso i preparati enzimatici sono caratterizzati da un'attività specifica, che riflette il grado di purificazione dell'enzima. Attività specificaè il numero di unità di attività enzimatica per 1 mg di proteina.

Attività molecolare(numero di fatturati enzimatici) è il numero di molecole di substrato convertite da una molecola di enzima in 1 minuto quando l'enzima è completamente saturo di substrato. È uguale al numero di unità di attività enzimatica diviso per la quantità di enzima espressa in µmoli. Il concetto di attività molecolare è applicabile solo agli enzimi puri.

Quando si conosce il numero di centri attivi in ​​una molecola enzimatica, si introduce il concetto attività del sito catalitico. È caratterizzato dal numero di molecole di substrato che subiscono la trasformazione in 1 minuto per centro attivo.

L'attività degli enzimi dipende fortemente dalle condizioni esterne, tra cui la temperatura e il pH del mezzo sono di fondamentale importanza. Un aumento della temperatura nell'intervallo 0 - 50°C porta solitamente ad un graduale aumento dell'attività enzimatica, che si associa ad un'accelerazione dei processi di formazione del complesso enzima-substrato ea tutti i successivi eventi di catalisi. Per ogni aumento di temperatura di 10°C, la velocità della reazione raddoppia approssimativamente (regola di van't Hoff). Tuttavia, un ulteriore aumento della temperatura (>50°C) è accompagnato da un aumento della quantità di enzima inattivato dovuto alla denaturazione della sua parte proteica, che si esprime in una diminuzione dell'attività. Ogni enzima è caratterizzato temperatura ottimale– il valore di temperatura a cui si registra la sua massima attività.

La dipendenza dell'attività enzimatica dal valore del pH del terreno è complessa. Ogni enzima è caratterizzato dal pH ottimale del mezzo al quale mostra la massima attività. Man mano che ci si allontana da questo valore in una direzione o nell'altra, l'attività enzimatica diminuisce. Ciò è dovuto a un cambiamento nello stato del centro attivo dell'enzima (diminuzione o aumento della ionizzazione dei gruppi funzionali), nonché alla struttura terziaria dell'intera molecola proteica, che dipende dal rapporto tra centri cationici e anionici dentro. La maggior parte degli enzimi ha un pH ottimale nell'intervallo neutro. Tuttavia, ci sono enzimi che mostrano la massima attività a pH 1,5 (pepsina) o 9,5 (arginasi). Quando si lavora con enzimi, il pH deve essere mantenuto con una soluzione tampone appropriata. La dipendenza dell'attività enzimatica dal pH è determinata dai valori pK dei gruppi ionizzati della molecola proteica.

L'attività enzimatica è soggetta a fluttuazioni significative a seconda dell'esposizione inibitori(sostanze che riducono parzialmente o completamente l'attività) e attivatori(sostanze che aumentano l'attività). Il loro ruolo è svolto da cationi metallici, alcuni anioni, portatori di gruppi fosfato, equivalenti riducenti, proteine ​​​​specifiche, prodotti intermedi e finali del metabolismo.

Principi di cinetica enzimatica . L'essenza degli studi cinetici è determinare la velocità massima della reazione enzimatica v max e costanti di Michaelis K m La cinetica enzimatica studia i tassi di trasformazione quantitativa di alcune sostanze in altre sotto l'azione degli enzimi. La velocità di una reazione enzimatica è misurata dalla perdita del substrato o dall'aumento del prodotto risultante per unità di tempo, o dal cambiamento nella concentrazione di una delle forme adiacenti del coenzima.

L'effetto della concentrazione dell'enzima sulla velocità di reazione è espresso come segue: se la concentrazione del substrato è costante (assumendo un eccesso del substrato), allora la velocità di reazione è proporzionale alla concentrazione dell'enzima. Per gli studi cinetici viene utilizzata una concentrazione enzimatica di 10-8 M di centri attivi.

Il valore ottimale della concentrazione dell'enzima è determinato dal grafico della dipendenza dell'attività dell'enzima dalla sua concentrazione (Fig. 16).

Si ritiene che il valore ottimale si trovi sull'altopiano del grafico ottenuto nell'intervallo dei valori di attività enzimatica che dipendono poco dalla sua concentrazione.