Perché gli enzimi accelerano le reazioni chimiche? Struttura e proprietà degli enzimi

a) diminuzione dell'energia di attivazione;

b) aumentare l'energia di attivazione;

c) aumentare la temperatura di reazione;

d) diminuire la temperatura di reazione.

18. I cambiamenti nella conformazione dell'enzima durante l'alcalosi sono causati da:

19. La denaturazione di un enzima 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) ad 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 centro attivo dell'enzima;

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

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

22. Secondo la teoria di Koshland:

a) il centro attivo dell'enzima si forma definitivamente 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. Il trattamento con peptidasi viene utilizzato per pulire le ferite purulente, 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) scomporre gli acidi nucleici e quindi pulire la ferita;

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

24. Aggiunta di trypsin agli enzimi:

a) non modificheranno la propria attività;

b) comporterà la perdita della propria attività;

c) comporteranno un incremento 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 dirette e inverse;

c) accelerazione nel raggiungere la posizione di equilibrio di una reazione reversibile;

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

26. Per preservare il sapore dolce, le spighe di grano appena raccolte vengono messe in acqua bollente per alcuni minuti allo scopo di:

a) sono diventati molli;

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

c) è stato facile liberare i chicchi;

d) distruggere i legami peptidici.

27. Un cambiamento nella conformazione dell'enzima durante l'acidosi è causato da:

a) distruzione dei 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 connessione nel substrato;

c) ad un certo tipo di connessione nel prodotto;

d) su eventuali supporti.

29. La denaturazione degli enzimi è causata da:

a) substrati;

b) sali di metalli pesanti;

c) prodotti;

d) cofattori.

30. La denaturazione degli enzimi è causata da:

a) substrati;

b) prodotti;

c) acido tricloroacetico;

d) cofattori.

31. La denaturazione degli enzimi è causata da:

a) substrati;

b) alte temperature;

c) prodotti;

d) cofattori.

32. L'apoenzima è:

a) complesso di proteina e cofattore;

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) adattabilità;

b) non si consuma durante la reazione;

c) opera in condizioni blande;

d) elevata specificità.

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

a) adattabilità;

b) diminuzione dell'energia di attivazione;

c) peso molecolare;

d) elevata specificità.

35. Inibitore competitivo:

a) simile nella struttura al substrato;

b) la sua struttura non è simile al substrato;

c) struttura simile al prodotto;

d) simile nella struttura a un cofattore.

36. Inibitori allosterici:

a) agire in modo reversibile;

b) agire in modo irreversibile;

d) competere con il substrato.

37. Inibitori allosterici:

a) agire in modo irreversibile;

b) attaccarsi al centro allosterico;

c) attaccarsi al centro attivo;

d) competere con un cofattore.

38. La proteolisi limitata è:

a) attacco di un oligo o polipeptide ad un enzima;

b) scissione di un oligo o polipeptide dall'enzima;

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

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

Enzimi - catalizzatori biologici, senza la cui partecipazione nessun singolo processo di vita è completo. I Boni sono caratterizzati dalla capacità di: reagire con una determinata sostanza - substrato; accelerare le reazioni biochimiche che di solito procedono molto lentamente; agire a concentrazioni molto basse del substrato, pur non richiedendo apporto di energia dall'esterno; funzionamento del cotone idrofilo in funzione della temperatura e del pH dell'ambiente.

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

La molecola dell'enzima contiene un gruppo di aminoacidi particolarmente attivi che formano il centro attivo dell'enzima (129), che può interagire rapidamente solo con la sostanza corrispondente: il substrato (130). In questo caso il substrato è specifico per un particolare enzima ed è adatto, sia nella sua struttura che nelle proprietà fisico-chimiche, al centro attivo “come una chiave che apre la serratura”, e quindi alla reazione del substrato con il centro attivo è istantaneo. Come risultato della reazione, appare un enzima: un complesso di substrato, che poi si decompone facilmente formando nuovi prodotti. Le sostanze formate vengono immediatamente separate dall'enzima, che ne ripristina la struttura e diventa nuovamente capace di effettuare la stessa reazione. Dopo un secondo l'enzima reagisce con milioni di molecole di substrato senza essere distrutto.

Grazie all'enzima reazioni biochimiche sono possibili con una concentrazione molto piccola della sostanza nella cellula, il che è estremamente importante, soprattutto nei casi in cui il corpo si libera di sostanze nocive. L'enzima catalasi, a voi già noto, distrugge in un secondo lo stesso numero di molecole di perossido di idrogeno che in condizioni normali impiegherebbe 300 anni.

Ogni enzima catalizza solo una reazione specifica. Va notato che non determina la possibilità della reazione stessa, ma la accelera solo milioni di volte, rendendo la sua velocità “cosmica”. L'ulteriore trasformazione della sostanza formata come risultato di una reazione enzimatica viene effettuata da un secondo enzima, poi da un terzo, ecc. Le cellule di animali e piante contengono migliaia di enzimi diversi, quindi non solo accelerano migliaia di reazioni chimiche, ma controllarne anche i progressi.

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

Un aumento della temperatura a +50 ° C porta alla distruzione del centro attivo dell'enzima e perde per sempre la capacità di svolgere le sue funzioni. Ciò è dovuto al fatto che si verifica un'interruzione irreversibile della struttura terziaria della proteina e, dopo il raffreddamento, la molecola dell'enzima non ripristina la sua struttura. Ciò 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, un rappresentante della classe dei crostacei Thermosbaena vive e si riproduce in modo sorprendente, e alcuni batteri vivono persino in bacini artificiali dove la temperatura dell'acqua è superiore a 70 ° C .

La distruzione della struttura enzimatica può essere causata da veleni che entrano nel corpo anche in quantità molto piccole. Queste sostanze, dette inibitori (dal latino Inhibio - io trattengo), si combinano irreversibilmente con il centro attivo dell'enzima e ne bloccano così l'attività.

Uno dei veleni più potenti, come è noto, è il cianuro (sali dell'acido cianidrico HCN), che blocca il lavoro dell'enzima respiratorio citocromo ossidasi. Pertanto anche una piccola quantità di questa sostanza, una volta nell'organismo, provoca la morte per soffocamento. Gli inibitori sono ioni di metalli pesanti (Hg2 +, Pb2 +), nonché composti di arsenico, che formano composti con aminoacidi inclusi nel centro attivo dell'enzima.

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

Organizzazione strutturale e funzionale. Le molecole degli enzimi sono di dimensioni maggiori rispetto alle molecole del substrato e hanno una configurazione spaziale complessa, principalmente una struttura globulare.

A causa delle grandi dimensioni delle molecole degli enzimi, 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 del substrato. L'organizzazione funzionale degli enzimi è associata al centro: questa è una piccola sezione speciale della molecola proteica che può legarsi al substrato e quindi garantire l'attività catalitica dell'enzima. Il centro attivo degli enzimi semplici è una combinazione di alcuni amminoacidi nella catena per formare 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 queste sono cofattori con gruppi funzionali proteici adiacenti. Oltre al centro attivo, alcuni enzimi hanno un centro allosterico che regola il funzionamento del centro attivo.

Proprietà . Esistono alcune caratteristiche comuni e distintive tra enzimi e catalizzatori inorganici. Ciò che hanno in comune è che: a) possono catalizzare solo reazioni termodinamicamente possibili e accelerare solo quelle reazioni che possono verificarsi senza di loro, ma a una velocità inferiore; b) non vengono utilizzati durante la reazione e non fanno parte dei prodotti finali; b) non spostare l'equilibrio chimico, ma solo accelerarne l'inizio. Gli enzimi hanno anche 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 trasformazione di una grande quantità di substrato (ad esempio, 1 molecola di catalasi può scomporre più di 5 milioni di molecole di H2O2 in 1 minuto). Le zone accelerano la velocità delle reazioni chimiche in condizioni normali, ma non si consumano. Tutto questo insieme determina le proprietà di enzimi come elevata attività biologica. L'azione ottimale della maggior parte degli enzimi avviene ad una temperatura di 37-40 ° C. Con l'aumento della temperatura, l'attività degli enzimi diminuisce e successivamente si arresta completamente, e oltre i + 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 manifestano la loro attività ad una certa concentrazione di ioni H, per questo si parla di Dipendenza dal pH. L'azione ottimale della maggior parte degli enzimi si osserva in un ambiente prossimo alla neutralità.

Una proprietà come specificità o selettività si manifesta nel fatto che ogni enzima agisce su uno specifico substrato, catalizzando solo una “sua” reazione. La selettività dell'azione enzimatica è determinata dalla componente proteica.

Gli enzimi sono catalizzatori con attività controllata che può essere significativamente alterata da alcuni composti chimici che aumentano o diminuiscono la velocità della reazione catalizzata. I cationi e gli anioni metallici agiscono come attivatori

acidi, materia organica e gli inibitori sono cationi di metalli pesanti, ecc. Questa proprietà è stata chiamata controllabilità dell'azione (allostericità). Gli enzimi si formano solo quando appare un substrato che ne induce la sintesi ( inducibilità), e lo “spegnimento” dell'azione degli enzimi è solitamente effettuato da un eccesso di prodotti di assimilazione ( repressione). Le reazioni enzimatiche sono reversibili, il che è dovuto alla capacità degli enzimi di catalizzare reazioni dirette e inverse. Ad esempio, la lipasi può, in determinate condizioni, scomporre il grasso in glicerolo e acidi grassi, nonché catalizzare la sua sintesi dai prodotti di degradazione ( ricorrenza dell'azione).

Meccanismo di azione. È importante comprendere il meccanismo d'azione degli enzimi al verificarsi di reazioni chimiche Teoria del centro attivo, ipotesi della serratura e della chiave E ipotesi di adattamento indotto. Secondo teoria del centro attivo, nella molecola di ciascun enzima sono presenti una o più regioni 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 facendo corrispondere la forma dell'enzima (serratura) e del substrato (chiave). L'enzima si combina con il substrato per formare un complesso temporaneo enzima-substrato. Ipotesi della corrispondenza indotta(1958, D. Koshland). si basa sull'affermazione che gli enzimi sono molecole flessibili, per cui la configurazione del centro attivo in essi subisce cambiamenti in presenza di un substrato, cioè l'enzima orienta i suoi gruppi funzionali in modo da garantire la massima attività catalitica. Anche la molecola del substrato, quando attaccata all'enzima, cambia la sua configurazione per aumentare la reattività.

Diversità . Nell'enzimologia moderna si conoscono oltre 3000 enzimi. Gli enzimi sono generalmente classificati in base a Composizione chimica e dal tipo di reazioni che influenzano. La classificazione degli enzimi in base alla composizione chimica comprende enzimi semplici e complessi. Enzimi semplici (monocomponente) - contengono solo la parte proteica. La maggior parte degli enzimi di questo gruppo possono cristallizzare. Esempi di enzimi semplici sono 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 nell'organismo sotto forma di precursori o in forma finita, e rimane stabile in condizioni sfavorevoli, è un cofattore. I cofattori possono essere molecole inorganiche (ad esempio ioni metallici) o molecole organiche (ad esempio flavina). I cofattori organici permanentemente associati all'enzima sono chiamati gruppi prostetici. I cofattori organici che possono essere separati dall'enzima sono chiamati coenzimi. gli enzimi complessi sono ossidoreduttasi (ad esempio catalasi), ligasi (ad esempio DNA polimerasi, tRNA sintetasi), liasi, ecc.

Le reazioni enzimatiche si dividono in anaboliche (reazioni di sintesi) e cataboliche (reazioni di decomposizione) e l'insieme di tutti questi processi in un sistema vivente è chiamato 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 idrogeno 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 delle reazioni di idrolisi (scissione dei substrati con la partecipazione dell'acqua).

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

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

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

Un enzima viene solitamente denominato in base al tipo di reazione che catalizza aggiungendo il suffisso -aza al nome del substrato (ad esempio la lattasi è un enzima coinvolto nella conversione del lattosio).

Significati. Gli enzimi forniscono trasformazioni chimiche delle sostanze dovute alla riduzione energia di attivazione, cioè nel ridurre il livello di energia necessaria per fornire reattività ad una molecola (ad esempio, per rompere il legame tra azoto e carbonio in condizioni di laboratorio sono necessari circa 210 kJ, mentre in un biosistema vengono spesi solo 42-50 kJ Questo). Gli enzimi presenti in tutte le cellule viventi contribuiscono alla conversione 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 vitale in tutti i processi vitali, dirigendo o regolando il metabolismo del corpo. Gli enzimi sono ampiamente utilizzati in agricoltura.

Alcuni esempi di utilizzo degli enzimi nelle attività umane

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

Capitolo IV. ENZIMI

§ undici. Viste generali sugli enzimi

enzimi, O enzimi,- Questi 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 processi biologici più importanti: 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. Gli enzimi sono assolutamente necessari per una cellula; senza di essi la cellula, e quindi la vita, non potrebbe 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 forma cristallina: l'ureasi. scissione idrolitica dell'urea:

Sumner scoprì che i cristalli di ureasi erano composti da proteine. Negli anni '30 nel secolo scorso, John Norton e i suoi colleghi ottennero gli enzimi digestivi trypsin e pepsina in forma cristallina e stabilirono anche che essi, come l'ureasi, sono di natura proteica. Come risultato di questi studi, si è formato un punto di vista sulla natura proteica degli enzimi, che è stato successivamente confermato più volte. Solo molto più tardi si scoprì che alcuni RNA svolgevano la catalisi; Questi RNA vengono chiamati ribozimi, O Enzimi dell'RNA. I ribozimi costituiscono una piccola parte di tutti gli enzimi, quindi parleremo ulteriormente di enzimi e proteine.

Interessante da sapere! La ribonucleasi P, un enzima che scinde l'RNA, è costituito da due componenti di RNA e un polipeptide. Ad un'elevata concentrazione di ioni magnesio, la presenza di una componente proteica diventa superflua. Solo l’RNA può catalizzare la reazione.

Somiglianze e differenze tra enzimi e catalizzatori non proteici

Gli enzimi hanno una serie di proprietà in comune con i catalizzatori chimici non proteici:

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

b) accelerare sia le reazioni dirette che quelle inverse senza spostare l'equilibrio chimico;

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

d) aumentare la velocità di una reazione chimica riducendo energie di attivazione(Fig.26) .

Una reazione chimica avviene perché una certa frazione delle molecole delle sostanze di partenza hanno 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 originali; quindi aumenta il numero di molecole in grado di raggiungere lo stato di transizione, di conseguenza aumenta anche la velocità della reazione enzimatica.

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

Gli enzimi, nonostante alcune somiglianze con i catalizzatori chimici non proteici, differiscono da loro in una serie di parametri:

a) gli enzimi hanno una maggiore efficienza d'azione, ad esempio l'enzima catalasi, che catalizza la reazione: 2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2, la accelera di circa 10 12 volte, mentre l'efficienza del platino come catalizzatore poiché 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 possono solo scomporre le proteine, ma non non agire su carboidrati, lipidi, acidi nucleici e altre sostanze. Il platino, invece, è in grado di catalizzare diverse reazioni (idrogenazione, deidrogenazione, ossidazione); catalizza sia la reazione di produzione di ammoniaca da azoto e idrogeno, sia l'idrogenazione degli acidi grassi insaturi (questa reazione viene utilizzata per produrre la margarina);

c) gli enzimi agiscono efficacemente in condizioni blande: a una temperatura di 0 – 40 o 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 spesso richiede condizioni rigorose – alta pressione, Calore e la presenza di acidi o alcali. Ad esempio, la sintesi dell'ammoniaca in presenza di catalizzatori viene effettuata a 500 – 550 oC e ad 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 che aumentano e diminuiscono la velocità delle reazioni enzimatiche.

Struttura dell'enzima

Il peso molecolare relativo degli enzimi può variare da 10 4 a 10 6 o più. Gli enzimi sono solitamente proteine ​​globulari. Alcuni enzimi sono proteine ​​semplici e costituiti solo da residui aminoacidici (ribonucleasi, pepsina, tripsina); l'attività di altri dipende dalla presenza nella loro composizione di ulteriori componenti chimici, i cosiddetti cofattori. Ioni metallici Fe 2+, Mn 2+, Mg 2+, Zn 2+ o sostanze organiche complesse, chiamate anche coenzimi. Molti coenzimi contengono vitamine. Come esempio in Fig. La Figura 27 mostra la struttura del coenzima A (CoA).

Riso. 27. Coenzima A

Se un coenzima è strettamente legato a un enzima, in questo caso rappresenta un gruppo prostetico di una proteina complessa. I cofattori possono svolgere le seguenti funzioni:

a) partecipazione alla catalisi;

b) effettuare l'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 determina la formazione di inattivi apoenzima:

Apoenzima dell'oloenzima + cofattore.

La molecola dell'enzima contiene centro attivo. Il sito attivo è la regione della molecola enzimatica in cui il substrato si lega e viene convertito in un prodotto di reazione. Le dimensioni degli enzimi, di regola, superano significativamente le dimensioni dei loro substrati. Il centro attivo occupa solo una piccola parte della molecola dell'enzima (Fig. 28).

Riso. 28. Dimensioni relative delle molecole di enzimi e substrati

Il centro attivo è formato da residui aminoacidici della catena polipeptidica. Negli enzimi a due componenti, il centro attivo può includere 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, acido glutammico e aspartico). I residui aminoacidici che costituiscono il centro attivo della catena polipeptidica si trovano a notevole distanza e si avvicinano 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 numeri seriali nella catena polipeptidica). Nonostante la distanza tra loro, questi residui amminoacidici nella catena polipeptidica si trovano vicini nello spazio e formano il centro attivo dell'enzima.

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

Alcuni enzimi sono sintetizzati in forma inattiva sotto forma dei cosiddetti proenzimi, che vengono poi 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 lo hanno banale nomi non correlati ai nomi dei loro substrati, ad esempio pepsina e trypsin. Esistono anche nomi sistematici per gli enzimi, inclusi 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,

viene sistematicamente chiamato ATP: esoso 6-fosfotransferasi.

In base alla reazione catalizzata, tutti gli enzimi sono divisi in 6 classi.

1. Ossidoreduttasi. Catalizzare le reazioni redox

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

AB + C = AC + B.

3. Idrolasi. Le reazioni di idrolisi sono catalizzate:

AB + H2O = AON + VN.

4. Liasi. Catalizzano reazioni di addizione di gruppi ai doppi legami e reazioni inverse.

5. Isomerasi. Catalizzare le reazioni di isomerizzazione (trasferimento di gruppi intramolecolari).

6. Ligasi. Catalizzano la combinazione di due molecole accoppiate con l'idrolisi dell'ATP.

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

Enzimi (enzimi) sono catalizzatori proteici specifici altamente efficaci per reazioni chimiche. La maggior parte delle reazioni cellulari vengono effettuate 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 per diverse centinaia sono state determinate la sequenza aminoacidica e la struttura spaziale.

Come altri catalizzatori chimici, gli enzimi:

aumentano la velocità di reazione, ma non si consumano nel processo e non subiscono cambiamenti irreversibili;

non spostare l'equilibrio di una reazione chimica, accelerando equamente sia le reazioni dirette che quelle inverse;

aumentare la velocità della reazione abbassando l’energia di attivazione, cioè la barriera energetica che deve essere superata per portare a termine la reazione.

Gli enzimi differiscono dai catalizzatori chimici per le seguenti proprietà:

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

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

3) condizioni “mite” per reazioni enzimatiche – pressione atmosferica normale, temperatura 30 - 40°C, pH ~ 7, ambiente acquoso;

4) la capacità di regolare la propria attività, che consente alle cellule di coordinare chiaramente l'attuazione di numerose reazioni metaboliche ramificate, garantendo il livello di metabolismo più alto ed economico, nonché un rapido adattamento alle mutevoli condizioni ambientali.

Classificazione degli enzimi. Poiché gli enzimi sono caratterizzati da specificità d'azione, vengono classificati in base al tipo di reazione che catalizzano. 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+H2O→ UN−H+ IN−OH

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

UN(X N)- 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, spesso ATP):

UN + IN + Asia-Pacifico → UN−IN + ADP + R io

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

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

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

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

Caratteristiche della struttura degli enzimi. Le molecole enzimatiche sono caratterizzate da masse molecolari da 10 a 1000 kDa e superiori, ma la maggior parte degli enzimi sono rappresentate da proteine ​​globulari con una massa molecolare di diverse centinaia di migliaia di Da, costituite da subunità - protomeri. Gli enzimi di solito funzionano come parte di sistemi multienzimatici che catalizzano determinate sequenze di reazioni (il prodotto della reazione ottenuto con la partecipazione di un enzima è un substrato per il secondo enzima, ecc.). Il confezionamento delle subunità in una proteina multimerica (costituita da più subunità) avviene attraverso interazioni dello stesso tipo di quelle durante la formazione della struttura quaternaria della proteina. Tra gli enzimi multimeri predominano dimeri e tetrameri, 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 protomeri di diversi tipi 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 di protomeri di diversi tipi nel multimero. Queste diverse forme di un enzima multimerico vengono chiamate isoenzimi(isoenzimi).

Gli isoenzimi sono prodotti dell'espressione di diversi geni. Numerosi enzimi esistono sotto forma di diversi isoenzimi e possono trovarsi nello stesso organismo e persino all'interno della stessa cellula. Uno dei principali meccanismi di formazione dell'isoenzima prevede la combinazione di diverse subunità in diverse combinazioni per formare l'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: HNNH, HHNM, HHMM, HMMMM, MMMM. Differiscono tra loro per attività, peso molecolare, mobilità elettroforetica, localizzazione in organi e tessuti e sensibilità alle sostanze regolatrici. L'esistenza degli isoenzimi consente all'organismo di modificarne il rapporto e quindi di regolare l'attività metabolica.

Lo studio della struttura delle molecole degli enzimi ha rivelato una serie di modelli nella loro organizzazione. La catena polipeptidica che forma il globulo proteico è ripiegata in modo piuttosto complesso. Alcune sezioni di questa catena sono α-eliche o strutture β, altre assumono conformazioni irregolari ma ben definite. Queste strutture, strettamente adiacenti tra loro e alternate, sono raggruppate in blocchi dotati di attività funzionale. Sulla superficie di un globulo proteico ci sono principalmente gruppi polari e atomi carichi, e talvolta si formano legami ionici tra gruppi con 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 i radicali polari degli amminoacidi che hanno significato funzionale possono essere orientati all'interno del globulo e associati tra loro.

La parte più importante dell'enzima è centro attivo, solitamente a forma di fessura o depressione nel globulo dell'enzima e che rappresenta una complessa struttura tridimensionale. Alcuni enzimi hanno uno, altri due o più siti attivi. I siti attivi degli enzimi si formano a livello della struttura terziaria. Il sito attivo lega il substrato e lo converte in un prodotto. Il centro attivo è quasi sempre costituito da un piccolo numero di residui amminoacidici che, di regola, sono significativamente distanti tra loro nella catena polipeptidica. Quando si ripiega, i gruppi funzionali di questi residui aminoacidici si avvicinano e formano un centro attivo.

Ci sono due regioni nel centro attivo: legante e catalitica. Formazione di residui aminoacidici sezione di collegamento, sono responsabili del legame complementare specifico del substrato e della formazione del complesso enzima-substrato, garantendo la ritenzione del substrato nel centro attivo. È l'“architettura” del sito di legame del centro 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 include residui di amminoacidi 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'attacco del substrato (principio della corrispondenza indotta tra substrato ed enzima).

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 enzimatica. L’influenza del microambiente può essere piuttosto significativa:

i componenti del centro attivo, compresi i cofattori, interagiscono con i gruppi vicini dell'enzima, modificando 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 citoscheletrici 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 stereospecificità dell'azione enzimatica.

Alcuni enzimi mostrano multifunzionalità– 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, ciascuno dei quali è caratterizzato da una propria attività catalitica.

Specificità enzimatica. Una delle straordinarie proprietà degli enzimi è la loro elevata specificità. Viene fatta una distinzione tra specificità del substrato e specificità della reazione. La maggior parte degli enzimi sono altamente specifici sia per la natura che per il percorso di conversione del substrato.

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

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

Specificità della reazione caratterizza la capacità degli enzimi di catalizzare reazioni di un certo tipo (ad esempio redox). Se un 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). L'eccezione sono le isomerasi, che catalizzano l'interconversione degli isomeri.

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

E + S ⇄ ES ⇄ ES * ⇄ EP ⇄ E + R

Quando un substrato si lega ad un enzima, cambia la conformazione delle molecole dell'enzima e del substrato, quest'ultimo essendo fissato nel centro attivo in una configurazione tesa. Ecco come si forma il complesso attivato, o stato di transizione,– una struttura intermedia ad alta energia che è energeticamente meno stabile dei composti e dei prodotti originari. Il contributo più importante all'effetto catalitico complessivo è dato dal processo di stabilizzazione dello stato di transizione - l'interazione tra i residui aminoacidici della proteina e il substrato. La differenza tra i valori di energia libera per i reagenti iniziali e lo stato di transizione corrisponde a energia libera di attivazione G#. Questa è la quantità di energia richiesta per convertire tutte le molecole del substrato in uno stato attivato.

La velocità di reazione dipende dal valore di  G#: più è piccolo, maggiore è la velocità di reazione, e viceversa. In sostanza,  G# rappresenta la barriera energetica che deve essere superata affinché avvenga una 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 il cambiamento complessivo di energia libera.

Ci sono diverse ragioni per l'elevata attività catalitica degli enzimi, che riducono la barriera energetica della reazione:

1) l'enzima può legare molecole di substrati reagenti in modo tale che i loro gruppi reattivi si trovino vicini tra loro e ai gruppi catalitici dell'enzima ( effetto di convergenza);

2) con la formazione di un complesso enzima-substrato, si ottiene la fissazione del substrato e il suo orientamento ottimale per la rottura e la formazione di legami chimici ( effetto di 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 corrispondenza indotta tra substrato ed 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 rispetto a il substrato). Quest'ultimo è caratteristico degli enzimi che catalizzano le reazioni di sostituzione nucleofila.

Cofattori enzimatici. L'attività di un numero di enzimi dipende solo dalla struttura della proteina stessa. Tuttavia, in molti casi (~40%) gli enzimi richiedono mediatori speciali - cofattori - per effettuare la catalisi. Cofattori- si tratta di composti a basso peso molecolare di natura non proteica (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 immodificati al termine dell'atto catalitico.

La separazione del cofattore dalla proteina, solitamente ad essa associata mediante 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 prostetici.

Coenzimi legati in modo lasco (non covalente) alla proteina e separati da essa durante la catalisi (ad esempio, NAD +, CoA). Il ripristino della loro struttura originale (rigenerazione) dopo la partecipazione alla catalisi può essere catalizzato da un altro enzima.

Gruppi protesici sono strettamente legati (spesso in modo covalente) all'apoenzima e non vengono separati da esso durante la catalisi (ad esempio, l'eme nelle emoproteine, gli atomi di metallo nelle metalloproteine).

Ogni cofattore ha una struttura specifica, che lo rende specifico per un certo 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 centro attivo dell'enzima garantisce numerosi contatti non covalenti con l'enzima.

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

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

agire come un “trasportatore intraenzimatico”, tipico soprattutto dei gruppi protesici. Il gruppo protesico attacca parte della molecola substrato e la trasferisce su un secondo substrato legato nel sito attivo dello stesso enzima. In questo caso il gruppo prostetico è considerato parte del sito catalitico dell'enzima;

modificare la conformazione della molecola enzimatica, interagendo con essa all'esterno del centro attivo, che può indurre la transizione del centro attivo ad una configurazione cataliticamente attiva;

stabilizzare la conformazione dell'enzima, promuovendo uno stato cataliticamente attivo;

svolgere la funzione di una matrice. Ad esempio, le polimerasi degli acidi nucleici necessitano di un "programma": una matrice su cui viene costruita una nuova molecola;

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

Tipicamente, i cofattori svolgono il ruolo di trasportatori intermedi di elettroni, determinati atomi o gruppi funzionali, che vengono trasferiti da un composto all'altro a seguito di una reazione enzimatica. I cofattori più comuni che trasferiscono equivalenti riducenti sono i gruppi fosfato, acile e carbossile. Limitiamoci alla considerazione della struttura e del meccanismo di funzionamento dei portatori di equivalenti riducenti.

Sotto riduzione degli equivalenti di solito implicano atomi di H, elettroni o ioni idruro. Poiché il loro trasferimento avviene durante le reazioni redox, i trasportatori corrispondenti sono chiamati cofattori redox:

E 1 E 2

UN H2+ R ⇄ UN + R H2; R H2+ IN ⇄ R + IN H2

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

Dove UN, IN– substrati ossidati; R– vettore; UN H2, IN H 2 – substrati ridotti; E 1 ,E 2 – enzimi (deidrogenasi).

Questi includono i trasportatori della nicotinammide e della flavina, i citocromi, i chinoni, gli acidi lipoico e ascorbico, il glutatione. I più comuni sono i coenzimi nicotinamide (NAD+ e NADP+) e flavina (FAD e FMN).

Trasportatori di nicotinamide di equivalenti riducenti. Sono la nicotinammide adenin dinucleotide (NAD + o NAD +) e la nicotinammide adenin dinucleotide fosfato (NADP + o NADP +), presentati in Fig. 12. Le forme ossidate di questi coenzimi sono solitamente denominate NAD + e NADP +, sottolineando la presenza di un eccesso di carica positiva 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 della nicotinamide che riduce i trasportatori equivalenti è anello piridinico , che fa parte della nicotinamide - vitamina B 5 (PP). Durante l'ossidazione enzimatica del substrato con la partecipazione di NAD + (NADP +), la nicotinamide viene ridotta durante l'aggiunta di uno ione idruro. In questo caso, la deidrogenazione del substrato nella maggior parte dei casi è accompagnata dall'eliminazione di due atomi di idrogeno, durante la quale il protone H + viene trasferito attraverso la soluzione (Fig. 13).

Riso. 13. Riduzione della nicotinamide

Un esempio del funzionamento dei trasportatori equivalenti che riducono la nicotinamide è l'ossidazione dell'etanolo in acetaldeide catalizzata dall'alcool deidrogenasi. Questo enzima estrae due atomi di idrogeno dalla molecola di etanolo e l'idrogeno attaccato al carbonio del gruppo alcolico viene trasferito al NAD + e l'idrogeno attaccato 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 dei cataboliti e NADP + è ridotto a NADPH H + e funge da agente riducente nei processi biosintetici.

Trasportatori flavinici di equivalenti riducenti. Questi includono il flavina adenina dinucleotide (FAD) e il flavina mononucleotide (FMN), mostrati in Fig. 14.

Riso. 14. Struttura degli equivalenti riducenti dei flavini

I coenzimi flavini sono agenti ossidanti più forti dei coenzimi nicotinammidi e le forme ridotte dei coenzimi nicotinammidi sono agenti riducenti più forti dei flavini ridotti.

La parte reattiva di FAD e FMN lo è sistema isoallossazina, contenente doppi legami coniugati. La struttura di questo sistema cambia durante il restauro. La deidrogenazione con la partecipazione di cofattori flavinici è accompagnata dall'estrazione di due atomi di idrogeno dal substrato, ma a differenza dei coenzimi nicotinammidi che accettano lo ione idruro, i cofattori flavinici 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 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 (IU) e “catal” (kat). Per unità internazionale di attività enzimatica si intende la quantità che catalizza la conversione di 1 µmol di substrato in un prodotto in 1 minuto in condizioni standard (solitamente ottimali). 1 catal indica la quantità di enzima che catalizza la conversione di 1 mole di substrato in 1 s. 1 gatto = 6∙10 7 UI. In una reazione bimolecolare UN + IN = CON + D Per unità di attività enzimatica si intende la quantità di enzima che catalizza la conversione di una micromole UN O IN o due micromoli UN(Se IN = UN) in 1 minuto.

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 turnover dell'enzima) - il numero di molecole di substrato che vengono 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, viene introdotto il concetto attività del centro 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 le quali la temperatura e il pH dell'ambiente sono di fondamentale importanza. Un aumento della temperatura nell'intervallo 0 - 50°C porta solitamente ad un aumento graduale dell'attività enzimatica, che è associato all'accelerazione della formazione del complesso enzima-substrato e di tutti i successivi eventi catalitici. Per ogni aumento di 10°C della temperatura, la velocità di reazione raddoppia circa (non regola di van't Hoff). Tuttavia, un ulteriore aumento della temperatura (>50°C) si accompagna ad un aumento della quantità di enzima inattivato per denaturazione della sua parte proteica, che si esprime in una diminuzione dell'attività. Ogni enzima è caratterizzato temperatura ottimale– il valore di temperatura al quale si registra la sua maggiore attività.

La dipendenza dell'attività enzimatica dal valore del pH del mezzo è complessa. Ciascun enzima è caratterizzato da un ambiente di pH ottimale 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 spiegato da un cambiamento nello stato del centro attivo dell'enzima (una diminuzione o un aumento della ionizzazione dei gruppi funzionali), nonché dalla struttura terziaria dell'intera molecola proteica, che dipende dal rapporto tra cationico e anionico centri in esso. La maggior parte degli enzimi hanno 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 gli enzimi è necessario mantenere il pH utilizzando una soluzione tampone adeguata. 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 di una reazione enzimatica V max e costanti di Michaelis K m La cinetica enzimatica studia le velocità di trasformazione quantitativa di alcune sostanze in altre sotto l'azione degli enzimi. La velocità di una reazione enzimatica viene misurata dalla perdita di substrato o dall'aumento del prodotto risultante per unità di tempo, oppure da una variazione nella concentrazione di una delle forme adiacenti di coenzima.

L'effetto della concentrazione dell'enzima sulla velocità di reazione è espresso come segue: se la concentrazione del substrato è costante (a condizione che vi sia un eccesso di 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 siti 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 sul plateau del grafico risultante nell'intervallo di valori di attività enzimatica che dipendono leggermente dalla sua concentrazione.