La vita di qualsiasi organismo è possibile grazie ai processi metabolici che si verificano in esso. Queste reazioni sono controllate da catalizzatori naturali, o enzimi. Un altro nome per queste sostanze è enzimi. Il termine "enzimi" deriva dal latino fermentum, che significa "pasta madre". Il concetto è apparso storicamente nello studio dei processi di fermentazione.

Riso. 1 - Fermentazione con lievito - un tipico esempio di reazione enzimatica

L'umanità gode da tempo delle proprietà benefiche di questi enzimi. Ad esempio, per molti secoli, il formaggio è stato prodotto con il latte utilizzando il caglio.

Gli enzimi differiscono dai catalizzatori in quanto agiscono in un organismo vivente, mentre i catalizzatori - nella natura inanimata. La branca della biochimica che studia queste sostanze essenziali per la vita si chiama enzimologia.

Proprietà generali degli enzimi

Gli enzimi sono molecole proteiche che interagiscono con varie sostanze, accelerando la loro trasformazione chimica lungo un determinato percorso. Tuttavia, non vengono consumati. Ogni enzima ha un sito attivo che si attacca a un substrato e un sito catalitico che avvia una particolare reazione chimica. Queste sostanze accelerano le reazioni biochimiche che avvengono nel corpo senza aumentare la temperatura.

Le principali proprietà degli enzimi:

• specificità: la capacità di un enzima di agire solo su un substrato specifico, ad esempio le lipasi sui grassi;
• efficienza catalitica: la capacità delle proteine ​​enzimatiche di accelerare le reazioni biologiche centinaia e migliaia di volte;
• capacità di regolazione: in ogni cellula, la produzione e l'attività degli enzimi è determinata da una peculiare catena di trasformazioni che influisce sulla capacità di queste proteine ​​di essere nuovamente sintetizzate.

Il ruolo degli enzimi nel corpo umano non può essere sopravvalutato. A quel tempo, appena scoperta la struttura del DNA, si diceva che un gene è responsabile della sintesi di una proteina, che già determina qualche tratto particolare. Ora questa affermazione suona così: "Un gene - un enzima - un tratto". Cioè, senza l'attività degli enzimi nella cellula, la vita non può esistere.

Classificazione

A seconda del ruolo nelle reazioni chimiche, si distinguono le seguenti classi di enzimi:

In un organismo vivente, tutti gli enzimi sono divisi in intra ed extracellulari. Intracellulari includono, ad esempio, gli enzimi epatici coinvolti nelle reazioni di neutralizzazione di varie sostanze che accompagnano il sangue. Si trovano nel sangue quando un organo è danneggiato, il che aiuta nella diagnosi delle sue malattie.

Enzimi intracellulari che sono marcatori di danni agli organi interni:

• fegato - alanina aminotransferasi, aspartato aminotransferasi, gamma-glutamil transpeptidasi, sorbitolo deidrogenasi;
• reni - fosfatasi alcalina;
• prostata - fosfatasi acida;
• muscolo cardiaco - lattato deidrogenasi

Gli enzimi extracellulari sono secreti dalle ghiandole nell'ambiente esterno. I principali sono secreti dalle cellule delle ghiandole salivari, dalla parete gastrica, dal pancreas, dall'intestino e sono attivamente coinvolti nella digestione.

Enzimi digestivi

Gli enzimi digestivi sono proteine ​​che accelerano la scomposizione delle grandi molecole che compongono il cibo. Dividono tali molecole in frammenti più piccoli che sono più facili da digerire per le cellule. I principali tipi di enzimi digestivi sono proteasi, lipasi e amilasi.

La principale ghiandola digestiva è il pancreas. Produce la maggior parte di questi enzimi, nonché nucleasi che scindono DNA e RNA e peptidasi coinvolte nella formazione di aminoacidi liberi. Inoltre, una piccola quantità di enzimi formati è in grado di "elaborare" una grande quantità di cibo.

Durante la scomposizione enzimatica dei nutrienti, viene rilasciata energia, che viene consumata per i processi metabolici e l'attività vitale. Senza la partecipazione degli enzimi, tali processi avverrebbero troppo lentamente, non fornendo al corpo un apporto energetico sufficiente.

Inoltre, la partecipazione degli enzimi al processo di digestione assicura la scomposizione dei nutrienti in molecole che possono passare attraverso le cellule della parete intestinale ed entrare nel flusso sanguigno.

amilasi

L'amilasi è prodotta dalle ghiandole salivari. Agisce sull'amido alimentare, che è costituito da una lunga catena di molecole di glucosio. Come risultato dell'azione di questo enzima, si formano sezioni costituite da due molecole di glucosio collegate, cioè fruttosio e altri carboidrati a catena corta. Sono ulteriormente metabolizzati in glucosio nell'intestino e da lì assorbiti nel sangue.

Le ghiandole salivari distruggono solo una parte dell'amido. L'amilasi salivare è attiva per un breve periodo durante la masticazione del cibo. Dopo essere entrato nello stomaco, l'enzima viene inattivato dal suo contenuto acido. La maggior parte dell'amido è già scomposta nel duodeno dall'azione dell'amilasi pancreatica, prodotta dal pancreas.

Riso. 2 - L'amilasi avvia la scomposizione dell'amido

I carboidrati brevi formati sotto l'azione dell'amilasi pancreatica entrano nell'intestino tenue. Qui, con l'aiuto di maltasi, lattasi, sucrasi, destrinasi, vengono scomposti in molecole di glucosio. La fibra che non viene degradata dagli enzimi viene escreta dall'intestino con le feci.

proteasi

Le proteine ​​o le proteine ​​sono una parte essenziale della dieta umana. Per i loro enzimi di scissione sono necessarie le proteasi. Differiscono nel sito di sintesi, substrati e altre caratteristiche. Alcuni di loro sono attivi nello stomaco, come la pepsina. Altri sono prodotti dal pancreas e sono attivi nel lume intestinale. Nella ghiandola stessa viene rilasciato un precursore enzimatico inattivo, il chimotripsinogeno, che inizia ad agire solo dopo essersi mescolato con il contenuto di cibo acido, trasformandosi in chimotripsina. Questo meccanismo aiuta ad evitare l'autolesionismo da parte delle proteasi delle cellule pancreatiche.

Riso. 3 - Scissione enzimatica delle proteine

Le proteasi scompongono le proteine ​​alimentari in frammenti più piccoli: i polipeptidi. Enzimi - le peptidasi li scompongono in amminoacidi che vengono assorbiti nell'intestino.

Lipasi

I grassi alimentari vengono scomposti dagli enzimi lipasi, anch'essi prodotti dal pancreas. Scompongono le molecole di grasso in acidi grassi e glicerolo. Tale reazione richiede la presenza nel lume del duodeno della bile, che si forma nel fegato.

Riso. 4 - Idrolisi enzimatica dei grassi

Il ruolo della terapia sostitutiva con Mikrazim

Per molte persone con disturbi digestivi, in particolare quelli con malattie del pancreas, la somministrazione di enzimi fornisce supporto funzionale per l'organo e accelera il processo di guarigione. Dopo aver interrotto un attacco di pancreatite o un'altra situazione acuta, l'assunzione di enzimi può essere interrotta, poiché il corpo ripristina autonomamente la loro secrezione.

L'uso a lungo termine di preparati enzimatici è necessario solo in caso di grave insufficienza pancreatica esocrina.

Uno dei più fisiologici nella sua composizione è il farmaco "Mikrazim". È costituito da amilasi, proteasi e lipasi contenute nel succo pancreatico. Pertanto, non è necessario selezionare separatamente quale enzima dovrebbe essere utilizzato per varie malattie di questo organo.

Indicazioni per l'uso di questo farmaco:

• pancreatite cronica, fibrosi cistica e altre cause di insufficiente secrezione di enzimi pancreatici;
• malattie infiammatorie del fegato, dello stomaco, dell'intestino, specialmente dopo le operazioni su di essi, per un più rapido recupero dell'apparato digerente;
• errori nutrizionali;
• violazione della funzione della masticazione, ad esempio, con malattie dentali o immobilità del paziente.

L'assunzione di enzimi digestivi a scopo sostitutivo aiuta a evitare gonfiore, feci molli e dolore addominale. Inoltre, nelle gravi malattie croniche del pancreas, Micrasim assume completamente la funzione di scissione dei nutrienti. Pertanto, possono essere liberamente assorbiti nell'intestino. Questo è particolarmente importante per i bambini con fibrosi cistica.

Importante: prima dell'uso leggere le istruzioni o consultare il medico.

ENZIMI
sostanze organiche di natura proteica, che vengono sintetizzate nelle cellule e molte volte accelerano le reazioni che avvengono in esse, senza subire trasformazioni chimiche. Sostanze che hanno un effetto simile esistono in natura inanimata e sono chiamate catalizzatori. Gli enzimi (dal latino fermentum - fermentazione, lievito) sono talvolta chiamati enzimi (dal greco en - dentro, zyme - lievito). Tutte le cellule viventi contengono un insieme molto ampio di enzimi, dall'attività catalitica da cui dipende il funzionamento delle cellule. Quasi ciascuna delle molte reazioni differenti che si verificano nella cellula richiede la partecipazione di un enzima specifico. Lo studio delle proprietà chimiche degli enzimi e delle reazioni che catalizzano è un'area speciale e molto importante della biochimica - enzimatica. Molti enzimi sono nella cellula allo stato libero, essendo semplicemente disciolti nel citoplasma; altri sono associati a strutture complesse altamente organizzate. Ci sono anche enzimi che sono normalmente al di fuori della cellula; quindi, gli enzimi che catalizzano la scomposizione dell'amido e delle proteine ​​vengono secreti dal pancreas nell'intestino. Secernono enzimi e molti microrganismi. I primi dati sugli enzimi sono stati ottenuti studiando i processi di fermentazione e digestione. L. Pasteur ha dato un grande contributo allo studio della fermentazione, ma credeva che solo le cellule viventi potessero svolgere le reazioni corrispondenti. All'inizio del 20° secolo E. Buchner ha dimostrato che la fermentazione del saccarosio con formazione di anidride carbonica e alcol etilico può essere catalizzata da un estratto di lievito privo di cellule. Questa importante scoperta ha stimolato l'isolamento e lo studio degli enzimi cellulari. Nel 1926, J. Sumner della Cornell University (USA) isolò l'ureasi; è stato il primo enzima ottenuto in forma praticamente pura. Da allora sono stati scoperti e isolati più di 700 enzimi, ma ne esistono molti di più negli organismi viventi. L'identificazione, l'isolamento e lo studio delle proprietà dei singoli enzimi occupano un posto centrale nell'enzimologia moderna. Gli enzimi coinvolti nei processi fondamentali di conversione dell'energia, come la scomposizione degli zuccheri, la formazione e l'idrolisi del composto ad alta energia adenosina trifosfato (ATP), sono presenti in tutti i tipi di cellule: animali, vegetali, batteriche. Tuttavia, ci sono enzimi che vengono prodotti solo nei tessuti di determinati organismi. Pertanto, gli enzimi coinvolti nella sintesi della cellulosa si trovano nelle cellule vegetali, ma non nelle cellule animali. Pertanto, è importante distinguere tra enzimi "universali" ed enzimi specifici per determinati tipi di cellule. In generale, più una cellula è specializzata, più è probabile che sintetizzi l'insieme di enzimi necessari per svolgere una particolare funzione cellulare.
Gli enzimi sono come le proteine. Tutti gli enzimi sono proteine, semplici o complesse (cioè contenenti, insieme alla componente proteica, una parte non proteica).
Vedi anche PROTEINE. Gli enzimi sono grandi molecole, il loro peso molecolare varia da 10.000 a oltre 1.000.000 di dalton (Da). Per confronto, diciamo. masse di sostanze note: glucosio - 180, anidride carbonica - 44, aminoacidi - da 75 a 204 Da. Gli enzimi che catalizzano le stesse reazioni chimiche, ma isolati da cellule di diverso tipo, differiscono per proprietà e composizione, ma di solito hanno una certa somiglianza strutturale. Le caratteristiche strutturali degli enzimi necessarie per il loro funzionamento si perdono facilmente. Quindi, una volta riscaldata, la catena proteica viene riorganizzata, accompagnata da una perdita di attività catalitica. Anche le proprietà alcaline o acide della soluzione sono importanti. La maggior parte degli enzimi funziona meglio in soluzioni con un pH vicino a 7, quando la concentrazione di ioni H+ e OH- è approssimativamente la stessa. Ciò è dovuto al fatto che la struttura delle molecole proteiche e, di conseguenza, l'attività degli enzimi dipendono fortemente dalla concentrazione di ioni idrogeno nel mezzo. Non tutte le proteine ​​presenti negli organismi viventi sono enzimi. Pertanto, le proteine ​​strutturali, molte proteine ​​del sangue specifiche, gli ormoni proteici, ecc. svolgono una funzione diversa.
coenzimi e substrati. Molti enzimi a grande peso molecolare mostrano attività catalitica solo in presenza di specifiche sostanze a basso peso molecolare chiamate coenzimi (o cofattori). Il ruolo dei coenzimi è svolto dalla maggior parte delle vitamine e da molti minerali; ecco perché devono essere ingeriti con il cibo. Le vitamine PP (acido nicotinico, o niacina) e la riboflavina, ad esempio, fanno parte dei coenzimi necessari al funzionamento delle deidrogenasi. Lo zinco è un coenzima dell'anidrasi carbonica, un enzima che catalizza il rilascio di anidride carbonica dal sangue, che viene rimossa dal corpo insieme all'aria espirata. Ferro e rame sono componenti dell'enzima respiratorio citocromo ossidasi. Una sostanza che subisce una trasformazione in presenza di un enzima è chiamata substrato. Il substrato si unisce all'enzima, che accelera la rottura di alcuni legami chimici nella sua molecola e la creazione di altri; il prodotto risultante viene staccato dall'enzima. Questo processo è presentato come segue:

Il prodotto può anche essere considerato un substrato, poiché tutte le reazioni enzimatiche sono in una certa misura reversibili. È vero, di solito l'equilibrio è spostato verso la formazione del prodotto e la reazione inversa può essere difficile da correggere.
Il meccanismo d'azione degli enzimi. La velocità di una reazione enzimatica dipende dalla concentrazione del substrato [[S]] e dalla quantità di enzima presente. Questi valori determinano quante molecole dell'enzima saranno collegate al substrato e la velocità della reazione catalizzata da questo enzima dipende dal contenuto del complesso enzima-substrato. Nella maggior parte delle situazioni di interesse per i biochimici, la concentrazione dell'enzima è molto bassa e il substrato è presente in eccesso. Inoltre, i biochimici stanno studiando processi che hanno raggiunto uno stato stazionario, in cui la formazione di un complesso enzima-substrato è bilanciata dalla sua trasformazione in un prodotto. In queste condizioni, la dipendenza della velocità (v) della conversione enzimatica del substrato dalla sua concentrazione [[S]] è descritta dall'equazione di Michaelis-Menten:

dove KM è la costante di Michaelis che caratterizza l'attività dell'enzima, V è la velocità di reazione massima a una data concentrazione totale dell'enzima. Segue da questa equazione che a basso [[S]] la velocità di reazione aumenta in proporzione alla concentrazione del substrato. Tuttavia, con un aumento sufficientemente ampio di quest'ultimo, questa proporzionalità scompare: la velocità di reazione cessa di dipendere da [[S]] - la saturazione si verifica quando tutte le molecole enzimatiche sono occupate dal substrato. Il chiarimento dei meccanismi d'azione degli enzimi in tutti i dettagli è una questione futura, tuttavia alcune delle loro caratteristiche importanti sono già state stabilite. Ogni enzima ha uno o più siti attivi a cui si lega il substrato. Questi centri sono altamente specifici; "riconoscere" solo il "loro" substrato o composti strettamente correlati. Il centro attivo è formato da speciali gruppi chimici nella molecola dell'enzima, orientati l'uno rispetto all'altro in un certo modo. La perdita di attività enzimatica che si verifica così facilmente è associata proprio a un cambiamento nell'orientamento reciproco di questi gruppi. La molecola del substrato associata all'enzima subisce cambiamenti, a seguito dei quali alcuni legami chimici vengono rotti e si formano altri legami chimici. Perché questo processo avvenga, è necessaria energia; il ruolo dell'enzima è quello di abbassare la barriera energetica che il substrato deve superare per essere convertito in un prodotto. Come esattamente questa riduzione sia assicurata non è del tutto stabilito.
Reazioni enzimatiche ed energia. Il rilascio di energia durante il metabolismo dei nutrienti, come l'ossidazione del glucosio zucchero a sei atomi di carbonio per formare anidride carbonica e acqua, avviene come risultato di successive reazioni enzimatiche coordinate. Nelle cellule animali, 10 diversi enzimi sono coinvolti nella conversione del glucosio in acido piruvico (piruvato) o acido lattico (lattato). Questo processo è chiamato glicolisi. La prima reazione - fosforilazione del glucosio - richiede la partecipazione di ATP. La conversione di ciascuna molecola di glucosio in due molecole di acido piruvico consuma due molecole di ATP, ma allo stesso tempo, 4 molecole di ATP si formano dall'adenosina difosfato (ADP) nelle fasi intermedie, in modo che l'intero processo produca 2 molecole di ATP. Inoltre, l'acido piruvico viene ossidato in anidride carbonica e acqua con la partecipazione di enzimi associati ai mitocondri. Queste trasformazioni formano un ciclo chiamato ciclo dell'acido tricarbossilico o ciclo dell'acido citrico.
Vedi anche METABOLISMO. L'ossidazione di una sostanza è sempre associata alla riduzione di un'altra: la prima cede un atomo di idrogeno, la seconda lo aggiunge. Questi processi sono catalizzati dalle deidrogenasi, che assicurano il trasferimento di atomi di idrogeno dai substrati ai coenzimi. Nel ciclo dell'acido tricarbossilico, alcune deidrogenasi specifiche ossidano i substrati per formare la forma ridotta del coenzima (nicotinamide dinucleotide, denominato NAD), mentre altre ossidano il coenzima ridotto (NADH), ripristinando altri enzimi respiratori, inclusi i citocromi (emoproteine ​​​​contenenti ferro) , in cui l'atomo di ferro si ossidava alternativamente, quindi si riduceva. In definitiva, la forma ridotta della citocromo ossidasi, uno degli enzimi chiave contenenti ferro, viene ossidata dall'ossigeno che entra nel nostro corpo con l'aria inalata. Quando lo zucchero viene bruciato (ossidato dall'ossigeno atmosferico), i suoi atomi di carbonio interagiscono direttamente con l'ossigeno, formando anidride carbonica. A differenza della combustione, quando lo zucchero viene ossidato nel corpo, l'ossigeno ossida il ferro stesso della citocromo ossidasi, ma il suo potenziale ossidativo viene infine utilizzato per ossidare completamente gli zuccheri in un processo mediato da enzimi in più fasi. Nelle singole fasi dell'ossidazione, l'energia contenuta nei nutrienti viene rilasciata principalmente in piccole porzioni e può essere immagazzinata nei legami fosfato dell'ATP. Ciò comporta meravigliosi enzimi che accoppiano le reazioni ossidative (che producono energia) con le reazioni di formazione di ATP (che immagazzinano energia). Questo processo di accoppiamento è noto come fosforilazione ossidativa. Se non ci fossero reazioni enzimatiche accoppiate, la vita nelle forme a noi note sarebbe impossibile. Gli enzimi svolgono anche molte altre funzioni. Catalizzano una varietà di reazioni di sintesi, inclusa la formazione di proteine ​​tissutali, grassi e carboidrati. Interi sistemi enzimatici vengono utilizzati per sintetizzare la vasta gamma di composti chimici presenti negli organismi complessi. Ciò richiede energia e in tutti i casi proviene da composti fosforilati come l'ATP.

Enzimi e digestione. Gli enzimi sono partecipanti essenziali nel processo di digestione. Solo i composti a basso peso molecolare possono passare attraverso la parete intestinale ed entrare nel flusso sanguigno, quindi i componenti alimentari devono prima essere scomposti in piccole molecole. Ciò si verifica durante l'idrolisi enzimatica (decomposizione) delle proteine ​​in amminoacidi, amido in zuccheri, grassi in acidi grassi e glicerolo. L'idrolisi delle proteine ​​è catalizzata dall'enzima pepsina contenuto nello stomaco. Un certo numero di enzimi digestivi altamente efficaci sono secreti nell'intestino dal pancreas. Questi sono tripsina e chimotripsina, che idrolizzano le proteine; lipasi, che scompone i grassi; l'amilasi catalizza la rottura dell'amido. La pepsina, la tripsina e la chimotripsina sono secrete in una forma inattiva, nella forma del cosiddetto. zimogeni (proenzimi) e diventano attivi solo nello stomaco e nell'intestino. Questo spiega perché questi enzimi non distruggono le cellule del pancreas e dello stomaco. Le pareti dello stomaco e dell'intestino sono protette dagli enzimi digestivi e da uno strato di muco. Diversi importanti enzimi digestivi sono secreti dalle cellule dell'intestino tenue. La maggior parte dell'energia immagazzinata negli alimenti vegetali, come l'erba o il fieno, viene immagazzinata nella cellulosa, che viene scomposta dall'enzima cellulasi. Nel corpo degli erbivori, questo enzima non è sintetizzato e i ruminanti, come bovini e ovini, possono mangiare cibi contenenti cellulosa solo perché la cellulasi è prodotta da microrganismi che abitano la prima sezione dello stomaco: la cicatrice. Le termiti digeriscono anche il cibo con l'aiuto di microrganismi. Gli enzimi sono utilizzati nell'industria alimentare, farmaceutica, chimica e tessile. Un esempio è un enzima vegetale derivato dalla papaia e utilizzato per intenerire la carne. Gli enzimi vengono anche aggiunti ai detersivi in ​​polvere.
Enzimi in medicina e agricoltura. La consapevolezza del ruolo chiave degli enzimi in tutti i processi cellulari ha portato al loro diffuso utilizzo in medicina e agricoltura. Il normale funzionamento di qualsiasi organismo vegetale e animale dipende dal funzionamento efficiente degli enzimi. L'azione di molte sostanze tossiche (veleni) si basa sulla loro capacità di inibire gli enzimi; diversi farmaci hanno lo stesso effetto. Spesso l'effetto di un farmaco o di una sostanza tossica può essere rintracciato dal suo effetto selettivo sul lavoro di un particolare enzima nel corpo nel suo insieme o in un particolare tessuto. Ad esempio, potenti insetticidi organofosforici e agenti nervini sviluppati per scopi militari hanno il loro effetto dannoso bloccando il lavoro degli enzimi, principalmente la colinesterasi, che svolge un ruolo importante nella trasmissione degli impulsi nervosi. Per comprendere meglio il meccanismo d'azione dei farmaci sui sistemi enzimatici, è utile considerare come funzionano alcuni inibitori enzimatici. Molti inibitori si legano al sito attivo dell'enzima, quello con cui interagisce il substrato. In tali inibitori, le caratteristiche strutturali più importanti sono vicine a quelle del substrato e se sia il substrato che l'inibitore sono presenti nel mezzo di reazione, competono per legarsi all'enzima; maggiore è la concentrazione del substrato, maggiore è la competizione con l'inibitore. Gli inibitori di un altro tipo inducono cambiamenti conformazionali nella molecola dell'enzima, che coinvolgono gruppi chimici funzionalmente importanti. Lo studio del meccanismo d'azione degli inibitori aiuta i chimici a creare nuovi farmaci.

Argomento: “PROPRIETA' E CLASSIFICAZIONE DEGLI ENZIMI. INFLUENZA DELLA TEMPERATURA E DEL PH DELL'AMBIENTE SULL'ATTIVITÀ ENZIMA. SPECIFICITÀ DELL'AZIONE ENZIMA. DETERMINAZIONE DELL'ATTIVITÀ ENZIMA»

1. Natura chimica degli enzimi. L'importanza degli enzimi per la vita del corpo.

2. Proprietà di base degli enzimi. Influenza della concentrazione dell'enzima e del substrato, della temperatura e del pH del mezzo sulla velocità della reazione enzimatica. Oligodinamismo e reversibilità dell'azione enzimatica.

3. La specificità dell'azione degli enzimi (assoluta, relativa e stereochimica). Esempi.

4. La caratteristica più importante alla base della classificazione degli enzimi. Il concetto del numero di codice dell'enzima. Classi di enzimi: ossidoreduttasi, transferasi, idrolasi, liasi, isomerasi, ligasi. Tipo ed equazione generale delle reazioni catalizzate, principi di formazione delle sottoclassi.

5. La nomenclatura degli enzimi (il concetto dei nomi sistematici e operativi (consigliati) degli enzimi, il loro uso).

6. Determinazione dell'attività enzimatica. Metodi analitici utilizzati per determinare l'attività. Unità di attività totale, specifica, molecolare degli enzimi, loro utilizzo. Formula per il calcolo dell'attività enzimatica totale nel siero del sangue.

Sezione 7.1	La natura chimica degli enzimi. L'importanza degli enzimi per la vita del corpo.
7.1.1. Il corso dei processi metabolici nel corpo è determinato dall'azione di numerosi enzimi - catalizzatori biologici di natura proteica. Accelerano le reazioni chimiche e non si consumano. Termine "enzima" deriva dalla parola latina fermento - lievito madre. Insieme a questo concetto, in letteratura viene utilizzato il termine equivalente "enzima" (enzima - nel lievito) di origine greca. Quindi la branca della biochimica che studia gli enzimi è chiamata "enzimologia". Enzimologia costituisce la base della conoscenza a livello molecolare dei più importanti problemi di fisiologia e patologia umana. La digestione dei nutrienti e il loro utilizzo per la produzione di energia, la formazione di componenti strutturali e funzionali dei tessuti, la contrazione muscolare, la trasmissione di segnali elettrici lungo le fibre nervose, la percezione della luce da parte dell'occhio, la coagulazione del sangue: ciascuno di questi meccanismi fisiologici è basato sull'azione catalitica di alcuni enzimi. È stato dimostrato che numerose malattie sono direttamente interrotte dalla catalisi enzimatica; la determinazione dell'attività degli enzimi nel sangue e in altri tessuti fornisce informazioni preziose per la diagnosi medica; gli enzimi oi loro inibitori possono essere usati come sostanze medicinali. Pertanto, la conoscenza delle caratteristiche più importanti degli enzimi e delle reazioni da essi catalizzate è necessaria per un approccio razionale allo studio delle malattie umane, alla loro diagnosi e cura. 7.1.2. Si chiamano sostanze catalizzate da enzimi substrati . L'enzima si combina con il substrato per formare complesso enzima-substrato (Figura 7.1). Figura 7.1. Formazione di un complesso enzima-substrato durante la reazione catalizzata. La formazione di questo complesso aiuta a ridurre la barriera energetica che una molecola di substrato deve superare per entrare in una reazione (Figura 7.2). Al completamento della reazione, il complesso enzima-substrato si decompone in prodotto(i) ed enzima. Al termine della reazione, l'enzima ritorna al suo stato originale e può interagire con una nuova molecola di substrato. Figura 7.2. Influenza dell'enzima sulla barriera energetica della reazione. Gli enzimi, agendo come catalizzatori, riducono l'energia di attivazione richiesta per il verificarsi di una reazione. 7.1.3. Gli enzimi hanno proprietà comune a tutte le proteine. In particolare, le molecole enzimatiche, come altre proteine, sono costituite da α-amminoacidi collegati da legami peptidici. Pertanto, le soluzioni enzimatiche danno reazione positiva al biureto, e i loro idrolizzati - reazione positiva alla ninidrina. Le proprietà e le funzioni native degli enzimi sono determinate dalla presenza di una certa struttura spaziale (conformazione) della loro catena polipeptidica. Modificare questa struttura di conseguenza denaturazione termica porta alla perdita delle proprietà catalitiche. La presenza di enzimi ad alto peso molecolare li rende incapacità alla dialisi e la presenza di gruppi funzionali carichi nelle molecole - mobilità in campo elettrico. Come altre proteine, gli enzimi formano soluzioni colloidali, da cui può essere precipitato con acetone, alcool, solfato di ammonio- sostanze che contribuiscono alla distruzione del guscio di idratazione e alla neutralizzazione della carica elettrica.

Sezione 7.2	Proprietà di base degli enzimi. Oligodinamismo e reversibilità dell'azione enzimatica. Influenza della concentrazione dell'enzima e del substrato, della temperatura e del pH del mezzo sulla velocità della reazione enzimatica.
7.2.1. La natura proteica degli enzimi determina la comparsa di una serie di proprietà in essi generalmente insolite per i catalizzatori inorganici: oligodinamicità, specificità, dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura, pH del mezzo, concentrazione dell'enzima e del substrato, presenza di attivatori e inibitori. Sotto oligodinamico gli enzimi comprendono l'elevata efficienza d'azione in quantità molto piccole. Tale alta efficienza è spiegata dal fatto che le molecole enzimatiche si rigenerano continuamente durante la loro attività catalitica. Una tipica molecola enzimatica può rigenerarsi milioni di volte al minuto. Va detto che i catalizzatori inorganici sono anche in grado di accelerare la conversione di una tale quantità di sostanze, che è molte volte maggiore della loro massa. Ma nessun catalizzatore inorganico può essere paragonato agli enzimi in termini di efficienza. Un esempio è l'enzima renina, prodotto dalla mucosa gastrica dei ruminanti. Una sua molecola in 10 minuti a 37°C è in grado di provocare la coagulazione (coagulazione) di circa un milione di molecole di caseinogeno del latte. Un altro esempio dell'elevata efficienza degli enzimi è fornito dalla catalasi. Una molecola di questo enzima a 0°C scompone circa 50.000 molecole di perossido di idrogeno al secondo: 2 N 2 O2 2 H2 O + O2 L'azione della catalasi sul perossido di idrogeno consiste nel modificare l'energia di attivazione di questa reazione da circa 75 kJ/mol senza catalizzatore a 21 kJ/mol in presenza dell'enzima. Se il platino colloidale viene utilizzato come catalizzatore per questa reazione, l'energia di attivazione è di soli 50 kJ/mol. 7.2.2. Quando si studia l'influenza di qualsiasi fattore sulla velocità di una reazione enzimatica, tutti gli altri fattori dovrebbero rimanere invariati e, se possibile, avere un valore ottimale. Una misura della velocità delle reazioni enzimatiche è la quantità di substrato che ha subito una trasformazione per unità di tempo o la quantità di prodotto formato. La variazione della velocità viene effettuata nella fase iniziale della reazione, quando il prodotto è ancora praticamente assente e non si verifica la reazione inversa. Inoltre, nella fase iniziale della reazione, la concentrazione del substrato corrisponde alla sua quantità iniziale. 7.2.3. La dipendenza della velocità di reazione enzimatica ( V ) sulla concentrazione dell'enzima [E](Figura 7.3). Ad un'elevata concentrazione del substrato (molte volte superiore alla concentrazione dell'enzima) e con la costanza di altri fattori, la velocità della reazione enzimatica è proporzionale alla concentrazione dell'enzima. Pertanto, conoscendo la velocità della reazione catalizzata dall'enzima, si può trarre una conclusione sulla sua quantità nel materiale in studio. Figura 7.3. Dipendenza della velocità della reazione enzimatica dalla concentrazione dell'enzima 7.2.4. Dipendenza della velocità di reazione dalla concentrazione del substrato[S]. Il grafico delle dipendenze ha la forma di un'iperbole (Figura 7.4). A una concentrazione costante dell'enzima, la velocità della reazione catalizzata aumenta all'aumentare della concentrazione del substrato fino al valore massimo Vmax, dopodiché rimane costante. Ciò dovrebbe essere spiegato dal fatto che ad elevate concentrazioni di substrato, tutti i centri attivi delle molecole enzimatiche sono legati alle molecole di substrato. Qualsiasi substrato in eccesso può legarsi all'enzima solo dopo che il prodotto di reazione si è formato e il sito attivo è stato rilasciato. Figura 7.4. Dipendenza della velocità della reazione enzimatica dalla concentrazione del substrato. La dipendenza della velocità di reazione dalla concentrazione del substrato può essere espressa dall'equazione di Michaelis-Menten: , dove V è la velocità di reazione alla concentrazione del substrato [S], Vmax è la velocità massima e KM è la costante di Michaelis. La costante di Michaelis è uguale alla concentrazione del substrato alla quale la velocità di reazione è la metà del massimo. La determinazione di KM e Vmax è di grande importanza pratica, poiché consente di descrivere quantitativamente la maggior parte delle reazioni enzimatiche, comprese le reazioni che coinvolgono due o più substrati. Varie sostanze chimiche che modificano l'attività degli enzimi influenzano i valori di Vmax e KM in modi diversi. 7.2.5. La dipendenza della velocità di reazione da t - la temperatura alla quale procede la reazione (Figura 7.5) è complesso. Il valore di temperatura al quale la velocità di reazione è massima è la temperatura ottimale dell'enzima. La temperatura ottimale per la maggior parte degli enzimi nel corpo umano è di circa 40°C. Per la maggior parte degli enzimi, la temperatura ottimale è uguale o superiore alla temperatura alla quale vengono mantenute le cellule. Figura 7.5. La dipendenza della velocità di reazione enzimatica dalla temperatura. A temperature più basse (0° - 40°C), la velocità di reazione aumenta all'aumentare della temperatura. Quando la temperatura aumenta di 10°C, la velocità della reazione enzimatica raddoppia (il coefficiente di temperatura Q10 è pari a 2). L'aumento della velocità di reazione è spiegato dall'aumento dell'energia cinetica delle molecole. Con un ulteriore aumento della temperatura, i legami che sostengono la struttura secondaria e terziaria dell'enzima si rompono, cioè la denaturazione termica. Questo è accompagnato da una graduale perdita di attività catalitica. 7.2.6. La dipendenza della velocità di reazione dal pH del mezzo (Figura 7.6). A temperatura costante, l'enzima funziona in modo più efficiente in un intervallo di pH ristretto. Il valore di pH al quale la velocità di reazione è massima è il pH ottimale dell'enzima. La maggior parte degli enzimi nel corpo umano ha un pH ottimale nell'intervallo di pH 6-8, ma ci sono enzimi attivi a valori di pH al di fuori di questo intervallo (ad esempio, la pepsina, che è più attiva a pH 1,5-2,5) . Una variazione del pH sia sul lato acido che su quello alcalino dall'ottimo porta ad un cambiamento nel grado di ionizzazione dei gruppi acidi e basici di amminoacidi che compongono l'enzima (ad esempio, gruppi COOH di aspartato e glutammato, gruppi NH2 di lisina, ecc.). Ciò provoca un cambiamento nella conformazione dell'enzima, con conseguente cambiamento nella struttura spaziale del centro attivo e una diminuzione della sua affinità per il substrato. Inoltre, a valori di pH estremi, l'enzima viene denaturato e inattivato. Figura 7.6. Dipendenza della velocità di reazione enzimatica dal pH del mezzo. Va notato che il pH ottimale caratteristico di un enzima non coincide sempre con il pH del suo ambiente intracellulare immediato. Ciò suggerisce che l'ambiente in cui si trova l'enzima ne regola l'attività in una certa misura. 7.2.7. Dipendenza della velocità di reazione dalla presenza di attivatori e inibitori . Gli attivatori aumentano la velocità della reazione enzimatica. Gli inibitori rallentano la velocità della reazione enzimatica. Gli ioni inorganici possono agire come attivatori enzimatici. Si ritiene che questi ioni inducano l'enzima o le molecole del substrato ad adottare una conformazione che promuove la formazione di un complesso enzima-substrato. Ciò aumenta la probabilità di interazione tra l'enzima e il substrato, e quindi la velocità della reazione catalizzata dall'enzima. Ad esempio, l'attività dell'amilasi salivare è aumentata in presenza di ioni cloruro.

Sezione 7.3	La specificità dell'azione degli enzimi (assoluta, relativa e stereochimica).
7.3.1. Un'importante proprietà che distingue gli enzimi dai catalizzatori inorganici è specificità dell'azione. Come è noto, la struttura del centro attivo di un enzima è complementare alla struttura del suo substrato. Pertanto, l'enzima da tutte le sostanze presenti nella cellula seleziona e attacca solo il suo substrato. Gli enzimi sono caratterizzati da specificità non solo in relazione al substrato, ma anche in relazione alla via di trasformazione del substrato. Gli enzimi hanno specificità assoluta, relativa e stereochimica. 7.3.2. Specificità assoluta- la capacità selettiva dell'enzima di catalizzare solo una delle possibili trasformazioni di un substrato. Ciò può essere spiegato dalla complementarità conformazionale ed elettrostatica del substrato e delle molecole enzimatiche. Ad esempio, l'enzima arginasi catalizza solo l'idrolisi dell'amminoacido arginina, l'enzima ureasi catalizza solo la scissione dell'urea e non agisce su altri substrati. 7.3.3. Specificità relativa- la capacità selettiva dell'enzima di catalizzare lo stesso tipo di trasformazioni di substrati simili nella struttura. Tali enzimi agiscono sugli stessi gruppi funzionali o sullo stesso tipo di legami nelle molecole del substrato. Quindi, ad esempio, diversi enzimi idrolitici agiscono su un certo tipo di legami: amilasi - su legami glicosidici; pepsina e tripsina - sui legami peptidici; lipasi e fosfolipasi - sui legami estere. L'azione di questi enzimi si estende a un gran numero di substrati, il che consente al corpo di cavarsela con una piccola quantità di enzimi digestivi, altrimenti avrebbero bisogno di molto di più. 7.3.4. Specificità stereochimica (ottica).- capacità selettiva dell'enzima di catalizzare la conversione di uno solo dei possibili isomeri spaziali del substrato. Pertanto, la maggior parte degli enzimi dei mammiferi catalizza la conversione dei soli isomeri L degli amminoacidi, ma non degli isomeri D. gli enzimi coinvolti nello scambio dei monosaccaridi, al contrario, catalizzano la conversione dei soli D-, ma non degli L-fosfosaccaridi. Le glicosidasi sono specifiche non solo del frammento monosaccaride, ma anche della natura del legame glicosidico. Ad esempio, l'α-amilasi scinde i legami α-1,4-glicosidici nella molecola di amido, ma non agisce sui legami α-1,2-glicosidici nella molecola di saccarosio.

Sezione 7.4	Principi di base alla base della moderna classificazione e nomenclatura degli enzimi.
7.4.1. Attualmente sono note più di duemila reazioni chimiche catalizzate da enzimi e questo numero è in costante aumento. Per navigare in una tale moltitudine di trasformazioni. era urgente una classificazione e una nomenclatura sistematiche con cui qualsiasi enzima potesse essere identificato con precisione. La nomenclatura, utilizzata fino alla metà del XX secolo, era tutt'altro che perfetta. I ricercatori, scoprendo un nuovo enzima, gli hanno dato un nome a loro scelta, che inevitabilmente ha portato a confusione e contraddizioni di ogni genere. Alcuni nomi si sono rivelati errati, altri non hanno detto nulla sulla natura della reazione catalizzata. Scienziati di scuole diverse usavano spesso nomi diversi per lo stesso enzima o, al contrario, lo stesso nome per diversi enzimi. Si decise di sviluppare una classificazione e una nomenclatura internazionale razionale degli enzimi, che potesse essere utilizzata dai biochimici di tutti i paesi. A tal fine, l'Unione Internazionale di Biochimica e Biologia Molecolare (IUBMB) ha istituito la Commissione sugli Enzimi, che ha proposto nel 1964 i principi di base di tale classificazione e nomenclatura. Viene costantemente migliorata e integrata; attualmente è già in vigore la sesta edizione di questa nomenclatura (1992), alla quale vengono pubblicati annualmente i supplementi.

7.4.2. La classificazione si basa sulla caratteristica più importante per cui un enzima differisce da un altro: questa è la reazione catalizzata da esso. Il numero di tipi di reazioni chimiche è relativamente piccolo, il che ha permesso di dividere tutti gli enzimi attualmente conosciuti nei 6 più importanti. classi a seconda del tipo di reazione da catalizzare. Queste classi sono:

• ossidoreduttasi (reazioni redox);
• transferasi (trasferimento di gruppi funzionali);
• idrolasi (reazioni di scissione che coinvolgono l'acqua);
• liasi (rottura dei legami senza la partecipazione dell'acqua);
• isomerasi (trasformazioni isomeriche);
• ligasi (sintesi con il consumo di molecole di ATP).

7.4.3. Gli enzimi di ogni classe sono divisi in sottoclassi guidato dalla struttura dei substrati. Le sottoclassi combinano enzimi che agiscono su substrati costruiti in modo simile. Le sottoclassi sono divise in sotto-sottoclassi v che affinano ancora più rigorosamente la struttura dei gruppi chimici che distinguono i substrati l'uno dall'altro. All'interno delle sottoclassi enumerare singoli enzimi. Tutte le divisioni della classifica hanno i propri numeri. Pertanto, qualsiasi enzima riceve il proprio numero di codice univoco, costituito da quattro numeri separati da punti. Il primo numero è la classe, il secondo è la sottoclasse, il terzo è la sottoclasse e il quarto è il numero dell'enzima all'interno della sottoclasse. Ad esempio, l'enzima α-amilasi, che scompone l'amido, è designato come 3.2.1.1, dove:
3 - tipo di reazione (idrolisi);
2 — tipo di legame nel substrato (glicosidico);
1 - tipo di legame (O-glicosidico);
1 è il numero dell'enzima nella sottoclasse

Il metodo di numerazione decimale sopra descritto presenta un importante vantaggio: consente di aggirare il principale inconveniente dell'enumerazione end-to-end degli enzimi, ovvero la necessità di modificare i numeri di tutti gli enzimi successivi quando un enzima appena scoperto è incluso in la lista. Un nuovo enzima può essere posizionato alla fine della sottoclasse corrispondente senza disturbare il resto della numerazione. Allo stesso modo, quando si distinguono nuove classi, sottoclassi e sottoclassi, possono essere aggiunte senza disturbare l'ordine di numerazione delle suddivisioni precedentemente stabilite. Se, dopo aver ricevuto nuove informazioni, diventa necessario modificare i numeri di alcuni enzimi, i vecchi numeri non vengono assegnati ai nuovi enzimi per evitare malintesi.

Parlando della classificazione degli enzimi, va anche notato che gli enzimi non sono classificati come singole sostanze, ma come catalizzatori di determinate trasformazioni chimiche. Gli enzimi isolati da diverse fonti biologiche e che catalizzano reazioni identiche possono differire significativamente nella loro struttura primaria. Tuttavia, nell'elenco di classificazione compaiono tutti con lo stesso numero di codice.

Quindi, conoscere il numero di codice dell'enzima consente di:

• risolvere le ambiguità se ricercatori diversi usano lo stesso nome per enzimi diversi;
• rendere più efficiente la ricerca di informazioni nelle banche dati della letteratura;
• ottenere ulteriori informazioni sulla sequenza degli amminoacidi, sulla struttura spaziale dell'enzima e sui geni che codificano per le proteine ​​enzimatiche in altri database.

sezione 7.5

Il concetto del nome sistematico e di funzionamento dell'enzima, il loro uso.

7.5.1. Il sistema di classificazione sviluppato dalla Commissione sugli enzimi comprende anche una nomenclatura degli enzimi di nuova creazione, che si basa su principi speciali. Secondo le raccomandazioni IUBMB, gli enzimi ricevono due tipi di nomi: sistematico e funzionante (consigliato).

7.5.2. Nome sistematicoè composto da due parti. La prima parte contiene il nome del substrato o dei substrati, spesso il nome del coenzima, la seconda parte indica la natura della reazione catalizzata e comprende il nome della classe a cui appartiene l'enzima. Se necessario, ulteriori informazioni sulla reazione sono fornite tra parentesi dopo la seconda parte del nome. Un nome sistematico viene assegnato solo a quegli enzimi la cui azione catalitica è pienamente compresa.

Ad esempio, il nome sistematico per l'α-amilasi è 1,4-α-D-glucano-glucanoidrolasi . Naturalmente, un nome del genere è molto scomodo per la memorizzazione e la pronuncia. Pertanto, insieme a quelli sistematici, la Commissione Enzimi IUBMB raccomanda l'uso di nomi di lavoro (semplificati) degli enzimi.

7.5.3. titolo di lavoro l'enzima deve essere abbastanza corto per essere consumato. In alcuni casi, un nome banale può essere utilizzato come nome di lavoro, se non è errato o ambiguo. In altri casi, si basa sugli stessi principi generali del nome sistematico, ma con dettagli minimi. Esempi specifici di nomi sistematici e operativi degli enzimi sono forniti nella sezione successiva di questo argomento del corso. Nelle pubblicazioni scientifiche, alla prima menzione di un enzima, è consuetudine indicarne il nome sistematico e il numero di codice, e poi utilizzarne il nome di lavoro.

7.5.4. Regole di base per la costruzione di nomi sistematici e di lavoro di diverse classi di enzimi:

Ossidoduttasi

Nome sistematico gli enzimi di questa classe sono costruiti secondo lo schema donatore: accettore - ossidoreduttasi. Secondo una banale nomenclatura, si chiamano ossidoreduttasi che assorbono atomi di idrogeno o elettroni e li trasferiscono a qualsiasi accettore diverso dall'ossigeno deidrogenasi. Si chiamano ossidoreduttasi che usano l'ossigeno come accettore di atomi di idrogeno o elettroni ossidasi. Vengono chiamati alcuni enzimi, che sono caratterizzati da un effetto prevalentemente riducente reduttasi. Tutti i nomi di cui sopra possono essere usati per costruire titolo di lavoro ossidoreduttasi.

Transferasi

Nome sistematico gli enzimi che accelerano tali reazioni sono nella forma donatore: accettore (gruppo di trasporto) transferasi. V titolo di lavoro di solito viene elencato solo un substrato o prodotto specifico insieme al nome del gruppo trasportato.

idrolasi

Nome sistematico redatto nel modulo idrolasi del substrato. Per le idrolasi che tagliano in modo specifico un determinato gruppo, questo gruppo può essere indicato come prefisso. titolo di lavoro il più delle volte costituito dal nome del substrato idrolizzabile con l'aggiunta della desinenza -aza. Tuttavia, va notato che a causa della natura piuttosto complessa e spesso non del tutto rivelata della specificità di molte idrolasi, non è sempre possibile attribuire loro un nome sistematico. In questi casi, si raccomanda di utilizzare i nomi empirici loro assegnati quando sono stati descritti per la prima volta. Pertanto, enzimi come pepsina, papaina, trombina.

Collegamento

Nome sistematico gli enzimi sono costruiti secondo lo schema: gruppo-liasi che scinde il substrato. Per specificare quale gruppo viene separato, vengono utilizzati i prefissi "carbossi-", "ammoniaca", "idro-", ecc. Come titoli di lavoro gli enzimi conservano nomi banali come "decarbossilasi", "aldolasi", "deidratasi", "desolfidrasi". Le liasi sono divise in sottoclassi a seconda della natura dei legami rotti.

isomerasi

Nome sistematico enzimi include il nome del substrato e la parola isomerasi, preceduto da un'indicazione del tipo di reazione di isomerizzazione. Titoli di lavoro sono simili (con alcune semplificazioni) ai nomi sistematici.

ligasi

Nome sistematico è formato dai nomi dei substrati da unire in combinazione con la parola ligasi. Tra parentesi è il prodotto risultante dall'idrolisi del nucleoside trifosfato (ad esempio, ADP o AMP). titolo di lavoro gli enzimi di questa classe sono solitamente formati dal nome del prodotto di reazione in combinazione con la parola sintetasi.

Raccomandazione. Quando si familiarizza con varie reazioni enzimatiche in futuro, analizzare sempre la natura dei cambiamenti che si verificano nei substrati e cercare di determinare almeno la classe dell'enzima che catalizza la reazione. Analizzare anche i nomi degli enzimi e correlarli con i processi che si verificano nelle reazioni. Ciò consentirà di memorizzare più facilmente i nomi degli enzimi e le trasformazioni da essi catalizzate e consentirà di dedicare più tempo alla comprensione del ruolo biologico dei processi oggetto di studio.

Sezione 7.6.1	OSSIDOREDUCTASI.
Alla classe ossidoreduttasi includono enzimi che catalizzano le reazioni redox. Il loro schema generale può essere rappresentato come segue: dove AH2 è un donatore di idrogeno e B è un accettore di idrogeno. Negli organismi viventi, l'ossidazione viene effettuata principalmente scindendo atomi di idrogeno o elettroni dai substrati donatori. Gli accettori di atomi di idrogeno o elettroni possono essere varie sostanze: coenzimi (NAD, NADP, FAD, FMN, glutatione, acido lipoico, ubichinone), citocromi. proteine ​​ferro-zolfo e ossigeno. Le sottoclassi di ossidoreduttasi si formano a seconda della natura del gruppo funzionale del donatore di idrogeno (elettroni). Ci sono 19 sottoclassi in totale. I principali sono i seguenti: Ossidoreduttasi che agiscono sul gruppo CH-OH dei donatori. Gli enzimi appartenenti a questa sottoclasse ossidano i gruppi alcolici in gruppi aldeidici o chetonici. Un esempio è un enzima alcol deidrogenasi (alcool: NAD-ossidoreduttasi; EC 1.1.1.1). coinvolti nel metabolismo dell'etanolo nei tessuti: Oltre all'ossidazione degli alcoli, gli enzimi di questa sottoclasse sono coinvolti nella deidrogenazione di idrossiacidi (lattico, malico, isocitrico), monosaccaridi e altri composti contenenti gruppi ossidrilici. Ossidoreduttasi che agiscono sul gruppo aldeidico o chetonico dei donatori. Questi enzimi ossidano le aldeidi e i chetoni ad acidi carbossilici. Ad esempio, un rappresentante di questa sottoclasse - gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (D-gliceraldeide-3-fosfato: NAD-ossidoreduttasi (fosforilante), EC 1.2.1.12) - catalizza una delle reazioni intermedie di scomposizione del glucosio: È importante notare che il prodotto di questa reazione contiene un legame fosfato ricco di energia nella prima posizione. Il residuo di acido fosforico che forma questo legame può essere trasferito dall'1,3-difosfoglicerato all'ADP per formare ATP (vedi sotto). Ossidoreduttasi che agiscono sul gruppo CH-CH dei donatori. Come risultato delle reazioni che catalizzano, i gruppi CH-CH vengono convertiti in gruppi C=C. cioè la formazione di composti insaturi da quelli saturi. Ad esempio, l'enzima del ciclo dell'acido tricarbossilico succinato deidrogenasi (succinato: accettore - ossidoreduttasi, EC 1.3.99.1) accelera l'ossidazione dell'acido succinico con la formazione di acido fumarico insaturo: Ossidoduttasi che agiscono CH-NH2 - gruppo di donatori. Questi enzimi catalizzano la deaminazione ossidativa degli amminoacidi e delle ammine biogene. In questo caso, le ammine vengono convertite in aldeidi o chetoni, gli amminoacidi in chetoacidi e viene rilasciata ammoniaca. Così, glutammato deidrogenasi (L-glutammato: NAD(P) - ossidoreduttasi (deaminante), EC 1.4.1.3) partecipa alla seguente trasformazione del glutammato: Ossidoreduttasi che agiscono su gruppi di donatori contenenti zolfo, catalizzare l'ossidazione dei gruppi tiolici (sulfidrile) in disolfuro e solfiti in solfati. Un esempio di enzima è diidrolipoil deidrogenasi (EC 1.8.1.4), catalizzando una delle reazioni intermedie di decarbossilazione ossidativa del piruvato: Ossidoreduttasi che agiscono sul perossido di idrogeno come accettore, sono relativamente pochi di numero e sono raggruppati in una sottoclasse separata, nota anche con il nome banale perossidasi. Un esempio di enzima è glutatione perossidasi (glutatione: H2 O2 - ossidoreduttasi. EC 1.11.1.9), coinvolto nell'inattivazione del perossido di idrogeno negli eritrociti, nel fegato e in alcuni altri tessuti: Ossidoreduttasi che agiscono su una coppia di donatori con l'inclusione di ossigeno molecolare, o monoossigenasi - enzimi che catalizzano l'ossidazione dei composti organici con ossigeno molecolare, portando all'inclusione di uno degli atomi di ossigeno nelle molecole di questi composti. In questo caso, il secondo atomo di ossigeno è incluso nella molecola d'acqua. Quindi viene catalizzata la reazione di conversione della fenilalanina in tirosina fenilalanina-4-monoossigenasi (CF 1.14.16.1): In alcune persone, un difetto genetico in questo enzima provoca una malattia chiamata fenilchetonuria. Le monoossigenasi includono anche un enzima noto come citocromo P450 (EC 1.14.14.1) È contenuto principalmente nelle cellule del fegato e svolge l'idrossilazione di composti lipofili estranei all'organismo, formati come sottoprodotti di reazioni o che entrano nell'organismo dall'esterno. Ad esempio, l'indolo, formato dal triptofano a seguito dell'attività dei microrganismi intestinali, subisce l'idrossilazione nel fegato secondo il seguente schema: La comparsa di un gruppo ossidrile aumenta l'idrofilia delle sostanze e ne facilita la successiva rimozione dall'organismo. Inoltre, il citocromo P450 è coinvolto in alcune fasi della conversione del colesterolo e degli ormoni steroidei. La presenza di un sistema del citocromo P450 altamente efficace negli organismi viventi in alcuni casi porta a conseguenze pratiche indesiderabili: riduce il tempo di permanenza dei farmaci nel corpo umano e quindi riduce il loro effetto terapeutico. Ossidoreduttasi che agiscono su un donatore con l'inclusione di ossigeno molecolare, o diossigenasi, catalizzare trasformazioni nel corso delle quali entrambi gli atomi della molecola di O2 sono inclusi nella composizione del substrato ossidato. Ad esempio, nel processo di catabolismo della fenilalanina e della tirosina, il maleilacetoacetato è formato dall'acido omogentisico, che include entrambi gli atomi di ossigeno: Si chiama l'enzima che catalizza questa reazione Omogentisato di 1,2-diossigenasi(KF 1.13.11.5). In alcuni casi, c'è una carenza congenita di questo enzima, che porta allo sviluppo di una malattia chiamata alcaptonuria.

Sezione 7.6.2	TRASFERIMENTI.
Le transferasi sono una classe di enzimi che catalizzano il trasferimento di gruppi funzionali da un composto all'altro. In generale, queste trasformazioni possono essere scritte: dove X è un gruppo funzionale portatile. AX è un donatore di raggruppamento, B è un accettore. La suddivisione in sottoclassi dipende dalla natura dei raggruppamenti trasportati. Transferasi che trasportano frammenti di un carbonio. Questa sottoclasse include enzimi che accelerano il trasferimento di metile (—CH3), metilene (—CH2 —), metilene (—CH=), formile e gruppi correlati. Sì, con la partecipazione guanidinoacetato metiltransferasi (S-adenosilmetioninguanidina acetato metiltransferasi, EC 2.1.1.2) la sostanza biologicamente attiva creatina è sintetizzata: Transferasi che trasportano residui di acido carbossilico (aciltransferasi). Catalizzano vari processi chimici associati al trasferimento di residui di vari acidi (acetico, palmitico, ecc.) principalmente dai tioesteri del coenzima A a vari accettori. Un esempio di reazione di transacetilazione può essere la formazione del mediatore acetilcolina con la partecipazione colina acetiltransferasi (acetil-CoA:colina-O-acetiltransferasi, EC 2.3.1.6): Transferasi che trasportano residui di glicosile (glicosiltransferasi) catalizzare il trasporto di residui di glicosile da molecole di esteri fosforici a molecole di monosaccaridi, polisaccaridi e altre sostanze. Questi enzimi, in particolare, svolgono un ruolo importante nella sintesi del glicogeno e dell'amido, nonché nella prima fase della loro distruzione. Un altro enzima di questa sottoclasse - UDP-glucuroniltransferasi (UDP-glucuronato-glucuronil transferasi (non specifico per l'accettore), EC 2.4.1.17) - partecipa ai processi di neutralizzazione di sostanze tossiche endogene ed estranee nel fegato: Transferasi che trasportano gruppi azotati. Questa sottoclasse include aminotransferasi, accelerando il trasferimento del gruppo α-amminico degli amminoacidi all'atomo di carbonio α dei chetoacidi. Il più importante di questi enzimi è alanina aminotransferasi (L-alanina:2-ossoglutarato aminotransferasi, EC 2.6.1.2). reazione catalizzante: Transferasi che trasportano gruppi fosfato (fosfotransferasi). Questo gruppo di enzimi catalizza i processi biochimici associati al trasporto di residui di acido fosforico su vari substrati. Questi processi sono di grande importanza per la vita dell'organismo, in quanto assicurano la conversione di un certo numero di sostanze in fosfoesteri organici, che hanno un'elevata attività chimica ed entrano facilmente nelle reazioni successive. Sono chiamate fosfotransferasi che usano l'ATP come donatore di fosfato chinasi . L'enzima più utilizzato è esochinasi (ATP: D-esoso-6-fosfotransferasi. EC 2.7.1.1.), accelerando il trasferimento del gruppo fosfato dall'ATP ai monosaccaridi: In alcuni casi, con la formazione di ATP è possibile anche il trasferimento inverso del gruppo fosfato dal substrato all'ADP. Sì, un enzima. fosfoglicerato chinasi (ATP: D-3-fosfoglicerato-1-fosfotransferasi, EC 2.7.2.3) converte il già citato (vedi "Ossidoreduttasi") 1,3-difosfoglicerato: Si chiamano reazioni simili della fosforilazione dell'ADP con la formazione di ATP, associata alla conversione del substrato (e non al trasferimento di elettroni nella catena respiratoria). reazioni di fosforilazione del substrato. Il ruolo di queste reazioni nella cellula aumenta significativamente con la mancanza di ossigeno nei tessuti.

Sezione 7.6.3	IDROLASI.
Le idrolasi sono una classe di enzimi che catalizzano le reazioni di scissione di composti organici con la partecipazione dell'acqua (reazioni di idrolisi). Queste reazioni procedono secondo il seguente schema: dove A-B è un composto complesso, A-H e B-OH sono i prodotti della sua idrolisi. Le reazioni di questo tipo procedono attivamente nel corpo; vanno con il rilascio di energia e, di regola, sono irreversibili. Le sottoclassi di idrolasi si formano a seconda del tipo di legame idrolizzabile. Le più importanti sono le seguenti sottoclassi: Idrolasi che agiscono sugli esteri (o esterasi) idrolizzare gli esteri di acidi carbossilici, fosforici, solforici e altri. L'enzima più ampiamente distribuito di questa sottoclasse è triacilglicerolipasi (idrolasi di estere di glicerolo, EC 3.1.1.3). accelerare l'idrolisi degli acilgliceroli: Altri rappresentanti delle esterasi scindono i legami esteri in acetilcolina (acetilcolinesterasi), fosfolipidi (fosfolipasi), acidi nucleici (nucleasi), esteri organofosforici (fosfatasi). Idrolasi che agiscono sui legami glicosidici (glicosidasi) accelerare le reazioni di idrolisi di oligo e polisaccaridi, nonché altri composti contenenti residui di monosaccaridi (ad esempio nucleosidi). Un tipico rappresentante è sucrasi (β-D-fruttofuranoside-fruttoidrolasi, EC 3.2.1.26). catalizzare la scomposizione del saccarosio: Idrolasi che agiscono sui legami peptidici (peptidasi) catalizzare le reazioni di idrolisi dei legami peptidici in proteine ​​e peptidi. Questo gruppo include pepsina, tripsina, chimotripsina, catepsina e altri enzimi proteolitici. L'idrolisi dei legami peptidici avviene secondo il seguente schema: Le idrolasi che agiscono sui legami C-N, diversi da quelli peptidici, - enzimi che accelerano l'idrolisi delle ammidi degli acidi organici. Membro di questa sottoclasse - glutaminasi (L-glutamil-amidoidrolasi, EC 3.5.1.2) - è coinvolto nel mantenimento dello stato acido-base del corpo, catalizzando l'idrolisi della glutammina nei reni:

Sezione 7.6.4	LIASI.
Le liasi sono una classe di enzimi che catalizzano reazioni non idrolitiche di scissione del substrato con formazione di doppi legami o, al contrario, addizione nel sito di rottura del doppio legame. Lo schema generale di queste reazioni: dove A-B è il substrato, A e B sono i prodotti di reazione. Come risultato di tali reazioni, vengono spesso rilasciate sostanze semplici, ad esempio CO2, NH3, H2 O. Liasi carbonio-carbonio catalizzare la rottura di un legame tra due atomi di carbonio. Tra questi, i più importanti sono carbossi-liasi (decarbossilasi), sotto l'influenza di cui viene effettuata la decarbossilazione di a-cheto e amminoacidi, liasi di chetoacidi , che includono citrato sintasi, aldeide liasi (aldolasi). Questi ultimi includono fruttosio difosfato aldolasi (fruttosio-1,6-difosfato-D-gliceraldeide-3-fosfato-liasi, EC 4.1.2.13), catalizzando la reazione: Liasi carbonio-ossigeno catalizzare la rottura dei legami tra carbonio e atomi di ossigeno. Questa sottoclasse include principalmente idro-liasi, coinvolti nelle reazioni di disidratazione e idratazione. Un esempio sarebbe serina disidratasi (L-serina idro-liasi (deaminante), EC 4.2.1.3), che converte: A volte un titolo provvisorio può essere basato su un contraccolpo usando il termine "idratasi". Pertanto, per l'enzima del ciclo dell'acido tricarbossilico L-malato idro-liasi (EC 4.2.1.2), il nome "fumarato idratasi": Liasi dell'azoto del carbonio partecipare all'eliminazione dei gruppi contenenti azoto. Il rappresentante di questa sottoclasse è istidina ammoniaca liasi (L-istidina-ammoniaca-liasi, EC 4.3.1.3), coinvolta nella deaminazione dell'istidina: Liasi carbonio-zolfo catalizzare l'eliminazione dei gruppi sulfidrilici. Questa sottoclasse include desolfidrasi aminoacidi contenenti zolfo, ad esempio, cisteina desolfidrasi (L-cisteina-idrogeno solforato-liasi (deaminante), EC 4.4.1.1).

Sezione 7.6.5	ISOMERASI.
Le isomerasi sono una classe di enzimi che accelerano i processi di trasformazioni intramolecolari con la formazione di isomeri. Schematicamente, reazioni di questo tipo possono essere rappresentate come segue: dove A e A" sono isomeri. Le isomerasi sono una classe relativamente piccola di enzimi, è suddivisa nelle seguenti sottoclassi a seconda del tipo di reazione di isomerizzazione catalizzata: Racemasi ed epimerasi catalizzare l'interconversione di isomeri contenenti atomi di carbonio asimmetrici. Racemazami chiamati enzimi che agiscono su substrati con un atomo asimmetrico, ad esempio convertendo gli L-amminoacidi in D-amminoacidi. Uno di questi enzimi è racemasi di alanina (alanina-racemasi. EC 5.1.1.1), catalizzando la reazione: Epimerasi chiamati enzimi che agiscono su substrati con diversi atomi di carbonio asimmetrici. Questi enzimi includono Epimerasi UDP-glucosio (UDP-glucosio-4-epimerasi, EC 5.1.3.2). partecipare ai processi di interconversione dei monosaccaridi: Cis-trans isomerasi - enzimi che provocano un cambiamento nella configurazione geometrica rispetto al doppio legame. Un esempio di un tale enzima è isomerasi di maleilacetoacetato (maleilacetoacetato-cis-trans-isomerasi, EC 5.2.1.2), coinvolto nel catabolismo della fenilalanina e della tirosina e nella conversione del maleilacetoacetato (vedi 4.6.1) in fumarylacetoacetato: Ossidoreduttasi intramolecolari - isomerasi che catalizzano le interconversioni di aldose e chetosi. In questo caso il gruppo CH-OH viene ossidato con contemporanea riduzione del vicino gruppo C=O. Così, isomerasi del trioso fosfato (D-gliceraldeide-3-fosfato-chetolo-isomerasi, EC 5.3.1.1) catalizza una delle reazioni del metabolismo dei carboidrati: Le isomerasi includono anche transferasi intramolecolari, effettuare il trasferimento di un gruppo da una parte della molecola di substrato a un'altra parte della stessa molecola, e liasi intramolecolari, catalizzare reazioni di deciclizzazione, nonché la trasformazione di un tipo di anello in un altro. Va sottolineato che non tutti i processi biochimici. risultanti in isomerizzazione sono catalizzati dalle isomerasi. Pertanto, l'isomerizzazione dell'acido citrico in isopimone avviene con la partecipazione dell'enzima aconitasi idrata (citrato (isocitrato)-idro-liasi, EC 4.2.1.3), che catalizza le reazioni di disidratazione-idratazione con formazione intermedia di acido cis-aconitico:

Sezione 7.6.6	LEGAS.
Ligasi - una classe di enzimi che catalizzano la sintesi di composti organici attivati ​​dalla scomposizione dei materiali di partenza ATP (o GTP, UTP, CTP). Per gli enzimi di questa classe, viene mantenuto anche il nome banale sintetasi. V pertanto, secondo le raccomandazioni IUBMB, il termine "sintetasi" non dovrebbe essere utilizzato per enzimi che non coinvolgono i nucleosidi trifosfati. Le reazioni catalizzate dalle ligasi (sintetasi) procedono secondo lo schema: , dove A e B sono sostanze interagenti; A-B - una sostanza formata a seguito dell'interazione. Poiché a seguito dell'azione di questi enzimi si formano nuovi legami chimici, si formano sottoclassi di classe VI a seconda della natura dei legami appena formati. Ligasi che formano legami carbonio-ossigeno. Questi includono un gruppo di enzimi noti come amminoacidi-tRNA ligasi (aminoacil-tRNA sintetasi). che catalizzano le reazioni di interazione tra gli amminoacidi ed i corrispondenti RNA di trasporto. In queste reazioni si formano forme attive di aminoacidi che possono partecipare al processo di sintesi proteica sui ribosomi. Un esempio di enzima è tirosil-tRNA sintetasi (L-tirosina: tRNA ligasi (formante AMP), EC 6.1.1.1), coinvolta nella reazione: ligasi che si formano legami carbonio-zolfo. Questa sottoclasse è rappresentata principalmente da enzimi che catalizzano la formazione di tioesteri di acidi grassi con il coenzima A. Con la partecipazione di questi enzimi viene sintetizzato l'acil-CoA: forme attive di acidi grassi che possono entrare in varie reazioni di biosintesi e decomposizione. Consideriamo una delle reazioni di attivazione degli acidi grassi che si verificano in presenza dell'enzima sintetasi acil-CoA (acido carbossilico: coenzima A-ligasi (formante AMP). EC 6.2.1.2): Ligasi che formano legami carbonio-azoto catalizzare numerose reazioni di introduzione di gruppi contenenti azoto in composti organici. Un esempio sarebbe glutammina sintetasi (L-glutammina:ammoniaca-γ-ligasi (formante ADP), EC 6.3.1.2). coinvolti nella neutralizzazione del prodotto metabolico tossico - ammoniaca - nella reazione con acido glutammico: Ligasi che formano legami carbonio-carbonio. Di questi enzimi, il più studiato carbossilasi, fornendo la carbossilazione di un certo numero di composti, con conseguente allungamento delle catene di carbonio. Il membro più importante di questa classe è piruvato carbossilasi (piruvato:CO2 ligasi (formante ADP), EC 6.4.1.1), accelerando la formazione di ossalacetato, un composto chiave nel ciclo dell'acido tricarbossilico e nella biosintesi dei carboidrati: Ricordiamo che le reazioni che coinvolgono l'ATP sono catalizzate non solo da enzimi di classe VI, ma anche da alcuni enzimi di classe II (fosfotransferasi o chinasi). È importante essere in grado di distinguere tra questi tipi di reazioni. La loro differenza sta nel fatto che nelle reazioni della transferasi, l'ATP lo è donatore di gruppo fosfato , pertanto, a seguito di queste reazioni, non vi è rilascio di H3 PO4 (vedi esempi sopra). Al contrario, nelle reazioni sintetasi, serve l'ATP fonte d'energia , rilasciato durante la sua idrolisi, quindi uno dei prodotti di tale reazione sarà l'orto- o pirofosfato inorganico.

Sezione 7.7.1	Regole per lavorare con gli enzimi
Gli enzimi, come tutte le proteine, sono sostanze relativamente instabili. Sono facilmente denaturati e inattivati. Pertanto, quando si lavora con loro, devono essere soddisfatte determinate condizioni. Quando l'oggetto di studio viene conservato per più di diverse ore a temperatura ambiente, l'enzima è quasi completamente inattivato. Pertanto, l'analisi per determinare l'attività dell'enzima dovrebbe essere eseguita il prima possibile. Se necessario, la conservazione a lungo termine è possibile se la soluzione enzimatica viene essiccata da uno stato congelato sotto vuoto spinto (liofilizzazione). In questo caso, l'enzima mantiene quasi completamente la sua attività durante l'ulteriore conservazione a temperatura ambiente. Alcuni enzimi sono ben conservati in soluzioni saline concentrate, ad esempio nel solfato di ammonio saturo (processo di salatura). Se necessario, il precipitato enzimatico può essere centrifugato e sciolto in soluzione fisiologica o in un tampone appropriato. Se necessario, il sale in eccesso può essere rimosso mediante dialisi. È necessario ricordare la sensibilità degli enzimi alle fluttuazioni del pH del mezzo. Con poche eccezioni, la maggior parte degli enzimi è inattivata in soluzioni con un pH inferiore a 5 o superiore a 9 e l'azione ottimale degli enzimi appare nell'area di diverse unità o decimi di unità di pH. Si consiglia di determinare il pH delle soluzioni tampone utilizzate quando si lavora con gli enzimi in modo molto accurato utilizzando un pHmetro. Gli enzimi vengono facilmente distrutti da potenti reagenti: acidi, alcali, agenti ossidanti, sali di metalli pesanti. È necessario lavorare con reagenti chimicamente puri e acqua bidistillata, poiché anche una leggera contaminazione dei reagenti, in particolare con una miscela di metalli, che possono fungere da modulatori, porta a un cambiamento nell'attività dell'enzima. Quando si lavora con gli enzimi, più che altrove, è obbligatoria la stretta osservanza della standardizzazione delle condizioni di ricerca: mantenimento preciso dei regimi di temperatura e tempo, utilizzo di reagenti dello stesso lotto e quando si cambiano i reagenti, è necessario calibrare i dati ottenuto di nuovo. Se il colore in via di sviluppo nella reazione cromatica è instabile nel tempo, è necessario osservare rigorosamente i tempi della fotometria. Si consiglia di lavorare in condizioni di sufficiente grado di saturazione dell'enzima con il substrato, poiché questa circostanza influisce notevolmente sul risultato finale, la mancanza del substrato livella le differenze tra le varianti. Quando si lavora con gli enzimi, è necessario tenere conto dello spettro isoenzimatico organo-specifico. Spesso questa specificità influisce sulle condizioni in cui agisce l'enzima. L'andamento della reazione può essere influenzato da una diversa affinità con il substrato, da una diversa sensibilità al pH, caratteristica degli isoenzimi di un particolare organo o tessuto. È necessario trasferire il metodo di studio dell'attività enzimatica da un oggetto all'altro (ad esempio, dal siero al tessuto o da un organo all'altro) con estrema cautela, tenendo conto di tutti i dati noti sull'enzima e sulle sue molteplici forme, poiché oltre a controllare attentamente i risultati. Per l'ampia introduzione di varie reazioni biochimiche (enzimatiche), viene introdotta l'automazione delle analisi più generalmente riconosciute e necessarie, nonché l'unificazione e la standardizzazione delle prove di laboratorio. Ciò è razionale e necessario sia per migliorare l'accuratezza e la qualità del campionamento, sia per confrontare i dati ottenuti in diversi laboratori. È anche generalmente accettato che, insieme alla patologia studiata, sia richiesto uno studio parallelo del controllo fisiologico: un gruppo di persone praticamente sane per stabilire fluttuazioni fisiologiche normali. Comprendendo la relatività del concetto di “valore normale”, si dovrebbe accettare che per identificare differenze patologiche e valutare un segno patologico, la “norma” è solitamente assunta come media aritmetica M ± 1σ o 2σ (con un valore normale distribuzione gaussiana), a seconda del grado di fluttuazione dell'indicatore.

Sezione 7.7.2	Principi per la determinazione dell'attività degli enzimi nel materiale biologico.
5.6.2. La proprietà unica degli enzimi di accelerare le reazioni chimiche può essere utilizzata per quantificare il contenuto di questi biocatalizzatori nel materiale biologico (estratto di tessuto, siero di sangue, ecc.). In condizioni sperimentali correttamente selezionate, c'è quasi sempre una proporzionalità tra la quantità dell'enzima e la velocità della reazione catalizzata; pertanto, l'attività dell'enzima può essere utilizzata per giudicare il suo contenuto quantitativo nel campione di prova. La misurazione dell'attività enzimatica si basa sul confronto della velocità di una reazione chimica in presenza di un biocatalizzatore attivo con la velocità di reazione in una soluzione di controllo in cui l'enzima è assente o inattivato. Il materiale di prova viene posto in un mezzo di incubazione, dove vengono creati la temperatura ottimale, il pH del mezzo, le concentrazioni di attivatori e substrati. Allo stesso tempo, viene posizionato un campione di controllo, in cui non viene aggiunto l'enzima. Dopo qualche tempo, la reazione viene interrotta aggiungendo vari reagenti (cambiando il pH del mezzo, provocando la denaturazione delle proteine, ecc.) e analizzando i campioni. Per determinare la velocità di una reazione enzimatica, è necessario sapere: la differenza nelle concentrazioni del substrato o del prodotto di reazione prima e dopo l'incubazione; tempo di incubazione; quantità di materiale prelevato per l'analisi. L'attività di un enzima è più spesso valutata dalla quantità del prodotto di reazione risultante. Questo viene fatto, ad esempio, quando si determina l'attività dell'alanina aminotransferasi, che catalizza la seguente reazione: L'attività enzimatica può anche essere calcolata in base alla quantità di substrato consumato. Un esempio è un metodo per determinare l'attività dell'α-amilasi, un enzima che scompone l'amido. Misurando il contenuto di amido nel campione prima e dopo l'incubazione e calcolando la differenza, si trova la quantità di spaccatura del substrato durante l'incubazione.

Sezione 7.7.3	Metodi per misurare l'attività enzimatica
Esistono numerosi metodi per misurare l'attività enzimatica, che differiscono per tecnica, specificità e sensibilità. Il più delle volte usato per determinare metodi fotoelettrocolorimetrici . Questi metodi si basano su reazioni di colore con uno dei prodotti ad azione enzimatica. In questo caso, l'intensità del colore delle soluzioni risultanti (misurata su un colorimetro fotoelettrico) è proporzionale alla quantità di prodotto risultante. Ad esempio, nel corso delle reazioni catalizzate dalle aminotransferasi, si accumulano α-chetoacidi, che danno composti rosso-marroni con 2,4-dinitrofenilidrazina: Se il biocatalizzatore studiato ha una bassa specificità d'azione, allora è possibile scegliere un tale substrato, a seguito della reazione con cui si forma un prodotto colorato. Un esempio è la determinazione della fosfatasi alcalina, enzima diffuso nei tessuti umani; la sua attività nel plasma sanguigno cambia significativamente nelle malattie del fegato e del sistema scheletrico. Questo enzima in un ambiente alcalino idrolizza un grande gruppo di esteri fosfatici, sia naturali che sintetici. Uno dei substrati sintetici è il paranitrofenilfosfato (incolore), che in un ambiente alcalino si divide in ortofosfato e paranitrofenolo (giallo). L'andamento della reazione può essere osservato misurando l'intensità del colore gradualmente crescente della soluzione: Per gli enzimi con un'elevata specificità d'azione, una tale selezione di substrati è, di regola, impossibile. Metodi spettrofotometrici si basano sul cambiamento nello spettro ultravioletto delle sostanze chimiche coinvolte nella reazione. La maggior parte dei composti assorbe i raggi ultravioletti e le lunghezze d'onda assorbite sono caratteristiche di alcuni gruppi di atomi presenti nelle molecole di queste sostanze. Le reazioni enzimatiche causano riarrangiamenti intramolecolari, a seguito dei quali lo spettro ultravioletto cambia. Questi cambiamenti possono essere registrati su uno spettrofotometro. I metodi spettrofotometrici, ad esempio, determinano l'attività degli enzimi redox contenenti NAD o NADP come coenzimi. Questi coenzimi agiscono come accettori o donatori di atomi di idrogeno e sono quindi ridotti o ossidati nei processi metabolici. Le forme ridotte di questi coenzimi hanno uno spettro ultravioletto con un massimo di assorbimento a 340 nm, le forme ossidate non hanno questo massimo. Quindi, sotto l'azione della lattato deidrogenasi sull'acido lattico, l'idrogeno viene trasferito al NAD, il che porta ad un aumento dell'assorbimento di NADH a 340 nm. Il valore di tale assorbimento in unità ottiche è proporzionale alla quantità della forma ridotta del coenzima risultante. Modificando il contenuto della forma ridotta del coenzima, si può determinare l'attività dell'enzima. Metodi fluorometrici. Questi metodi si basano sul fenomeno della fluorescenza, che sta nel fatto che l'oggetto in studio sotto l'influenza dell'irradiazione emette luce con una lunghezza d'onda più corta. I metodi fluorometrici per determinare l'attività enzimatica sono più sensibili dei metodi spettrofotometrici. Relativamente nuovi e anche più sensibili lo sono metodi chemiluminescenti utilizzando il sistema luciferina-luciferasi. Tali metodi consentono di determinare la velocità delle reazioni che procedono alla formazione di ATP. Quando la luciferina (un acido carbossilico complesso) interagisce con l'ATP, si forma luciferil adenilato. Questo composto viene ossidato con la partecipazione dell'enzima luciferasi, che è accompagnato da un lampo di luce. Misurando l'intensità dei lampi di luce, è possibile determinare la quantità di ATP nell'ordine di più picomol (10-12 mol). Metodi titolimetrici . Numerose reazioni enzimatiche sono accompagnate da una variazione del pH della miscela di incubazione. Un esempio di tale enzima è la lipasi pancreatica. La lipasi catalizza la reazione: Gli acidi grassi risultanti possono essere titolati e la quantità di alcali utilizzata per la titolazione sarà proporzionale alla quantità di acidi grassi rilasciati e, di conseguenza, all'attività della lipasi. Determinare l'attività di questo enzima è di importanza clinica. Metodi di misurazione si basano sulla misurazione in un recipiente di reazione chiuso del volume di gas rilasciato (o assorbito) durante la reazione enzimatica. Con l'aiuto di tali metodi sono state scoperte e studiate le reazioni di decarbossilazione ossidativa degli acidi piruvico e α-chetoglutarico, che procedono con il rilascio di CO2. Attualmente, questi metodi sono usati raramente.

Sezione 7.7.4	Unità di attività enzimatica e loro applicazione.
Lo ha proposto la Commissione Internazionale per gli Enzimi unità di attività di qualsiasi enzima per accettare una tale quantità di enzima che, in determinate condizioni, catalizza la conversione di una micromole (10-6 mol) del substrato per unità di tempo (1 min, 1 ora) o un microequivalente del gruppo interessato nei casi dove viene attaccato più di un gruppo in ciascuna molecola di substrato (proteine, polisaccaridi e altri). Deve essere indicata la temperatura alla quale si effettua la reazione. I risultati delle misurazioni dell'attività enzimatica possono essere espressi in unità attività totale, specifica e molecolare. Per un'unità attività enzimatica totale in base alla quantità di materiale prelevato per la ricerca. Pertanto, l'attività dell'alanina aminotransferasi nel fegato dei ratti è di 1670 μmol di piruvato all'ora per 1 g di tessuto; l'attività della colinesterasi nel siero umano è di 250 μmol di acido acetico all'ora per 1 ml di siero a 37°C. Particolare attenzione del ricercatore è richiesta da alti valori di attività enzimatica sia in condizioni normali che patologiche. Si raccomanda di lavorare con bassi livelli di attività enzimatica. Per fare ciò, la fonte dell'enzima viene assunta in una quantità minore (il siero viene diluito più volte con soluzione salina e viene preparata una percentuale di omogeneizzato più piccola per il tessuto). In relazione all'enzima, in questo caso, si creano condizioni di saturazione con il substrato, che contribuisce alla manifestazione della sua vera attività. L'attività enzimatica totale è calcolata utilizzando la formula: dove un- attività enzimatica (totale), ∆C- la differenza nelle concentrazioni del substrato prima e dopo l'incubazione; V- la quantità di materiale prelevato per l'analisi, T- tempo di incubazione; n- allevamento. Va tenuto presente che gli indicatori dell'attività degli enzimi nel siero del sangue e nelle urine esaminati a fini diagnostici sono espressi in unità di attività totale. Poiché gli enzimi sono proteine, è importante conoscere non solo l'attività totale dell'enzima nel materiale di prova, ma anche l'attività enzimatica della proteina presente nel campione. Per un'unità attività specifica prendere una tale quantità di enzima che catalizza la conversione di 1 μmol del substrato per unità di tempo per 1 mg di proteina campione. Per calcolare l'attività specifica di un enzima, è necessario dividere l'attività totale per il contenuto proteico nel campione: Quanto peggiore è la purificazione dell'enzima, tanto più estranee sono le proteine ​​di zavorra nel campione, tanto minore è l'attività specifica. Durante la purificazione, la quantità di tali proteine ​​diminuisce e, di conseguenza, aumenta l'attività specifica dell'enzima. Supponiamo che nel materiale biologico originale, che è la fonte dell'enzima (fegato sminuzzato, pappa dal tessuto vegetale), l'attività specifica fosse 0,5 µmol/(mg di proteine ​​× min). Dopo precipitazione frazionata con solfato di ammonio e filtrazione su gel attraverso Sephadex, è aumentato a 25 µmol/(mg di proteine ​​× min), cioè aumentato di 50 volte. La valutazione dell'efficienza della purificazione dei preparati enzimatici viene utilizzata nella produzione di medicinali di natura enzimatica. L'attività specifica è determinata quando è necessario confrontare l'attività di diverse preparazioni dello stesso enzima. Se è necessario confrontare l'attività di diversi enzimi, viene calcolata l'attività molecolare. Attività molecolare (o il numero di giri dell'enzima) è il numero di moli del substrato che subiscono la conversione sotto l'azione di 1 mole dell'enzima per unità di tempo (normalmente 1 minuto). Enzimi diversi hanno attività molecolari diverse. La diminuzione del numero di turnover enzimatici avviene sotto l'azione di inibitori non competitivi. Modificando la conformazione del centro catalitico dell'enzima, queste sostanze riducono l'affinità dell'enzima per il substrato, il che porta a una diminuzione del numero di molecole di substrato che reagiscono con una molecola enzimatica per unità di tempo.

Esempi	Compiti di apprendimento e standard per la loro soluzione.
1. Compiti 1. Quali enzimi sono chiamati racemi? 2. Decifra il nome sistematico dell'enzima (separatamente per ciascuno degli elementi evidenziati con colori diversi): S-adenosilmetionina: guanidinoacetato-metiltransferasi? Definire: a) tipo di reazione; b) classe enzimatica; c) sottoclasse. 2. Standard decisionali 1. Le racemi sono enzimi che catalizzano l'interconversione di isomeri ottici contenenti un singolo atomo di carbonio asimmetrico (vedi Sezione 2.3). 2. Il nome sistematico dell'enzima viene letto dalla fine. L'enzima appartiene alla classe transferasi, catalizza la reazione di trasferimento gruppo metilico sul acetato di guanidina (accettore di gruppi metilici) con S-adenosilmetionina (donatore del gruppo metile) (vedere paragrafi 2.2 - 2.3). 3. a) In questa reazione, scissione di una sostanza senza la partecipazione di molecole d'acqua b) Viene catalizzata la scissione non idrolitica del substrato con la formazione di due prodotti enzimi appartenenti alla quarta classe (liasi) c) Il legame tra il primo e il secondo atomo di carbonio è rotto, il che porta all'eliminazione del gruppo carbossilico sotto forma di CO2. Quindi, sottoclasse enzimatica - liasi carbonio-carbonio(vedi sezione 2.3).

Milioni di reazioni chimiche hanno luogo nella cellula di qualsiasi organismo vivente. Ognuno di essi è di grande importanza, quindi è importante mantenere la velocità dei processi biologici ad un livello elevato. Quasi ogni reazione è catalizzata dal proprio enzima. Cosa sono gli enzimi? Qual è il loro ruolo nella cellula?

Enzimi. Definizione

Il termine "enzima" deriva dal latino fermentum - lievito. Possono anche essere chiamati enzimi, dal greco enzima, "nel lievito".

Gli enzimi sono sostanze biologicamente attive, quindi qualsiasi reazione che si verifica in una cellula non può fare a meno della loro partecipazione. Queste sostanze agiscono come catalizzatori. Di conseguenza, qualsiasi enzima ha due proprietà principali:

1) L'enzima accelera la reazione biochimica, ma non viene consumato.

2) Il valore della costante di equilibrio non cambia, ma accelera solo il raggiungimento di tale valore.

Gli enzimi accelerano le reazioni biochimiche di mille e in alcuni casi di un milione di volte. Ciò significa che in assenza di un apparato enzimatico, tutti i processi intracellulari si fermeranno praticamente e la cellula stessa morirà. Pertanto, il ruolo degli enzimi come sostanze biologicamente attive è grande.

Una varietà di enzimi consente di diversificare la regolazione del metabolismo cellulare. In qualsiasi cascata di reazioni, prendono parte molti enzimi di varie classi. I catalizzatori biologici sono altamente selettivi per la specifica conformazione della molecola. Poiché gli enzimi nella maggior parte dei casi sono di natura proteica, si trovano in una struttura terziaria o quaternaria. Questo è ancora una volta spiegato dalla specificità della molecola.

Funzioni degli enzimi nella cellula

Il compito principale dell'enzima è accelerare la reazione corrispondente. Qualsiasi cascata di processi, dalla decomposizione del perossido di idrogeno alla glicolisi, richiede la presenza di un catalizzatore biologico.

Il corretto funzionamento degli enzimi è ottenuto da un'elevata specificità per un particolare substrato. Ciò significa che un catalizzatore può solo accelerare una certa reazione e nessun altro, anche molto simile. In base al grado di specificità, si distinguono i seguenti gruppi di enzimi:

1) Enzimi a specificità assoluta, quando viene catalizzata una sola singola reazione. Ad esempio, la collagenasi scompone il collagene e la maltasi scompone il maltosio.

2) Enzimi con specificità relativa. Ciò include sostanze che possono catalizzare una certa classe di reazioni, come la scissione idrolitica.

Il lavoro di un biocatalizzatore inizia dal momento dell'attacco del suo sito attivo al substrato. In questo caso si parla di un'interazione complementare come una serratura e una chiave. Qui si intende la completa coincidenza della forma del centro attivo con il substrato, che consente di accelerare la reazione.

Il passo successivo è la reazione stessa. La sua velocità aumenta grazie all'azione del complesso enzimatico. Alla fine, otteniamo un enzima che è associato ai prodotti della reazione.

Lo stadio finale è il distacco dei prodotti di reazione dall'enzima, dopodiché il centro attivo diventa nuovamente libero per il lavoro successivo.

Schematicamente, il lavoro dell'enzima in ogni fase può essere scritto come segue:

1) S + E ——> SE

2) SE ——> SP

3) SP ——> S + P, dove S è il substrato, E è l'enzima e P è il prodotto.

Classificazione degli enzimi

Nel corpo umano puoi trovare un numero enorme di enzimi. Tutte le conoscenze sulle loro funzioni e sul loro lavoro sono state sistematizzate e, di conseguenza, è apparsa un'unica classificazione, grazie alla quale è facile determinare a cosa è destinato questo o quel catalizzatore. Ecco le 6 classi principali di enzimi, nonché esempi di alcuni sottogruppi.

1. Ossidoduttasi.

Gli enzimi di questa classe catalizzano le reazioni redox. Ci sono 17 sottogruppi in totale. Le ossidoreduttasi di solito hanno una parte non proteica, rappresentata da una vitamina o un eme.

Tra le ossidoreduttasi, si trovano spesso i seguenti sottogruppi:

a) Deidrogenasi. La biochimica degli enzimi deidrogenasi consiste nell'eliminazione degli atomi di idrogeno e nel loro trasferimento su un altro substrato. Questo sottogruppo si trova più spesso nelle reazioni di respirazione, fotosintesi. La composizione delle deidrogenasi contiene necessariamente un coenzima sotto forma di NAD/NADP o flavoproteine ​​FAD/FMN. Spesso ci sono ioni metallici. Esempi sono enzimi come la citocromo reduttasi, la piruvato deidrogenasi, l'isocitrato deidrogenasi e molti enzimi epatici (lattato deidrogenasi, glutammato deidrogenasi, ecc.).

b) Ossidasi. Un certo numero di enzimi catalizza l'aggiunta di ossigeno all'idrogeno, a seguito della quale i prodotti di reazione possono essere acqua o perossido di idrogeno (H 2 0, H 2 0 2). Esempi di enzimi: citocromo ossidasi, tirosinasi.

c) Le perossidasi e le catalasi sono enzimi che catalizzano la scomposizione di H 2 O 2 in ossigeno e acqua.

d) ossigenasi. Questi biocatalizzatori accelerano l'aggiunta di ossigeno al substrato. La dopamina idrossilasi è un esempio di tali enzimi.

2. Trasferimenti.

Il compito degli enzimi di questo gruppo è trasferire i radicali dalla sostanza donatrice alla sostanza ricevente.

a) metiltransferasi. Le DNA metiltransferasi, i principali enzimi che controllano il processo di replicazione dei nucleotidi, svolgono un ruolo importante nella regolazione dell'acido nucleico.

b) Aciltransferasi. Gli enzimi di questo sottogruppo trasportano il gruppo acile da una molecola all'altra. Esempi di aciltransferasi: lecitincolesterolo aciltransferasi (trasferisce un gruppo funzionale da un acido grasso al colesterolo), lisofosfatidilcolina aciltransferasi (un gruppo acilico viene trasferito alla lisofosfatidilcolina).

c) Aminotransferasi - enzimi coinvolti nella conversione degli amminoacidi. Esempi di enzimi: alanina aminotransferasi, che catalizza la sintesi di alanina da piruvato e glutammato mediante trasferimento di gruppi amminici.

d) Fosfotransferasi. Gli enzimi di questo sottogruppo catalizzano l'aggiunta di un gruppo fosfato. Un altro nome per fosfotransferasi, chinasi, è molto più comune. Esempi sono enzimi come esochinasi e aspartato chinasi, che aggiungono residui di fosforo rispettivamente agli esosi (il più delle volte glucosio) e all'acido aspartico.

3. Idrolasi - una classe di enzimi che catalizzano la scissione dei legami in una molecola, seguita dall'aggiunta di acqua. Le sostanze che appartengono a questo gruppo sono i principali enzimi digestivi.

a) Esteras - rompe i legami esteri. Un esempio sono le lipasi, che scompongono i grassi.

b) Glicosidasi. La biochimica degli enzimi di questa serie consiste nella distruzione dei legami glicosidici dei polimeri (polisaccaridi e oligosaccaridi). Esempi: amilasi, sucrasi, maltasi.

c) Le peptidasi sono enzimi che catalizzano la scomposizione delle proteine ​​in amminoacidi. Le peptidasi includono enzimi come pepsine, tripsina, chimotripsina, carbossipeptidasi.

d) Amidasi - fendono i legami ammidici. Esempi: arginasi, ureasi, glutaminasi, ecc. Molti enzimi amidasici si trovano in

4. Liasi - enzimi simili in funzione alle idrolasi, tuttavia, quando si scindono i legami nelle molecole, l'acqua non viene consumata. Gli enzimi di questa classe contengono sempre una parte non proteica, ad esempio sotto forma di vitamine B1 o B6.

a) Decarbossilasi. Questi enzimi agiscono sul legame CC. Esempi sono la glutammato decarbossilasi o la piruvato decarbossilasi.

b) Idratasi e disidratasi - enzimi che catalizzano la reazione di scissione dei legami CO.

c) Amidina-liasi: distruggono i legami C-N. Esempio: arginina succinato liasi.

d) liasi PO. Tali enzimi, di regola, staccano il gruppo fosfato dalla sostanza del substrato. Esempio: adenilato ciclasi.

La biochimica degli enzimi si basa sulla loro struttura

Le capacità di ciascun enzima sono determinate dalla sua struttura individuale e unica. Qualsiasi enzima è prima di tutto una proteina e la sua struttura e il grado di ripiegamento giocano un ruolo decisivo nel determinarne la funzione.

Ogni biocatalizzatore è caratterizzato dalla presenza di un centro attivo, il quale, a sua volta, è suddiviso in più aree funzionali indipendenti:

1) Il centro catalitico è una regione speciale della proteina, lungo la quale l'enzima è attaccato al substrato. A seconda della conformazione della molecola proteica, il centro catalitico può assumere una varietà di forme, che devono adattarsi al substrato allo stesso modo di un lucchetto a una chiave. Una struttura così complessa spiega cosa si trova nello stato terziario o quaternario.

2) Centro di adsorbimento - funge da "titolare". Qui, prima di tutto, c'è una connessione tra la molecola dell'enzima e la molecola del substrato. Tuttavia, i legami formati dal centro di adsorbimento sono molto deboli, il che significa che la reazione catalitica in questa fase è reversibile.

3) I centri allosterici possono essere localizzati sia nel centro attivo che sull'intera superficie dell'enzima nel suo insieme. La loro funzione è di regolare il funzionamento dell'enzima. La regolazione avviene con l'aiuto di molecole inibitorie e molecole attivatrici.

Le proteine ​​attivatrici, legandosi alla molecola enzimatica, ne accelerano il lavoro. Gli inibitori, al contrario, inibiscono l'attività catalitica, e ciò può avvenire in due modi: o la molecola si lega al sito allosterico nella regione del sito attivo dell'enzima (inibizione competitiva), oppure si lega ad un'altra regione della proteina (inibizione non competitiva). considerato più efficiente. Dopotutto, questo chiude il posto per il legame del substrato con l'enzima, e questo processo è possibile solo nel caso di una coincidenza quasi completa della forma della molecola dell'inibitore e del centro attivo.

Un enzima spesso è costituito non solo da amminoacidi, ma anche da altre sostanze organiche e inorganiche. Di conseguenza, l'apoenzima viene isolato - la parte proteica, il coenzima - la parte organica e il cofattore - la parte inorganica. Il coenzima può essere rappresentato da carboidrati, grassi, acidi nucleici, vitamine. A sua volta, il cofattore è il più delle volte ioni metallici ausiliari. L'attività degli enzimi è determinata dalla sua struttura: sostanze aggiuntive che compongono la composizione modificano le proprietà catalitiche. Vari tipi di enzimi sono il risultato di una combinazione di tutti i fattori elencati di formazione complessa.

Regolazione enzimatica

Gli enzimi come sostanze biologicamente attive non sono sempre necessari per il corpo. La biochimica degli enzimi è tale che possono danneggiare una cellula vivente in caso di eccessiva catalisi. Per prevenire gli effetti dannosi degli enzimi sul corpo, è necessario in qualche modo regolare il loro lavoro.

Poiché gli enzimi sono di natura proteica, vengono facilmente distrutti alle alte temperature. Il processo di denaturazione è reversibile, ma può influire in modo significativo sul lavoro delle sostanze.

Anche il pH gioca un ruolo importante nella regolazione. La più grande attività degli enzimi, di regola, si osserva a valori di pH neutri (7,0-7,2). Esistono anche enzimi che funzionano solo in ambiente acido o solo in ambiente alcalino. Quindi, nei lisosomi cellulari, viene mantenuto un pH basso, al quale l'attività degli enzimi idrolitici è massima. Se entrano accidentalmente nel citoplasma, dove l'ambiente è già più vicino al neutro, la loro attività diminuirà. Tale protezione contro "auto-mangiare" si basa sulle caratteristiche del lavoro delle idrolasi.

Vale la pena ricordare l'importanza del coenzima e del cofattore nella composizione degli enzimi. La presenza di vitamine o ioni metallici influisce in modo significativo sul funzionamento di alcuni enzimi specifici.

Nomenclatura degli enzimi

Tutti gli enzimi del corpo sono generalmente denominati in base alla loro appartenenza a una qualsiasi delle classi, nonché al substrato con cui reagiscono. A volte, non uno, ma due substrati vengono utilizzati nel nome.

Esempi dei nomi di alcuni enzimi:

1. Enzimi epatici: lattato deidrogenasi, glutammato deidrogenasi.
2. Nome sistematico completo dell'enzima: lattato-NAD+-ossidoreduttasi.

Ci sono anche nomi banali che non rispettano le regole della nomenclatura. Esempi sono gli enzimi digestivi: tripsina, chimotripsina, pepsina.

Processo di sintesi enzimatica

Le funzioni degli enzimi sono determinate a livello genetico. Poiché una molecola è nel complesso una proteina, la sua sintesi ripete esattamente i processi di trascrizione e traduzione.

La sintesi degli enzimi avviene secondo il seguente schema. Innanzitutto, le informazioni sull'enzima desiderato vengono lette dal DNA, a seguito del quale si forma l'mRNA. L'RNA messaggero codifica per tutti gli amminoacidi che compongono l'enzima. La regolazione enzimatica può avvenire anche a livello del DNA: se il prodotto della reazione catalizzata è sufficiente, la trascrizione genica si interrompe e viceversa, se c'è bisogno di un prodotto, si attiva il processo di trascrizione.

Dopo che l'mRNA è entrato nel citoplasma della cellula, inizia la fase successiva: la traduzione. Sui ribosomi del reticolo endoplasmatico viene sintetizzata una catena primaria, costituita da amminoacidi collegati da legami peptidici. Tuttavia, la molecola proteica nella struttura primaria non può ancora svolgere le sue funzioni enzimatiche.

L'attività degli enzimi dipende dalla struttura della proteina. Sulla stessa ER si verifica la torsione delle proteine, a seguito della quale si formano prima le strutture secondarie e poi terziarie. La sintesi di alcuni enzimi si interrompe già in questa fase, tuttavia, per attivare l'attività catalitica, spesso è necessario aggiungere un coenzima e un cofattore.

In alcune aree del reticolo endoplasmatico sono attaccati i componenti organici dell'enzima: monosaccaridi, acidi nucleici, grassi, vitamine. Alcuni enzimi non possono funzionare senza la presenza di un coenzima.

Il cofattore gioca un ruolo decisivo nella formazione. Alcune delle funzioni degli enzimi sono disponibili solo quando la proteina raggiunge l'organizzazione del dominio. Pertanto, per loro è molto importante la presenza di una struttura quaternaria, in cui il collegamento di collegamento tra diversi globuli proteici è uno ione metallico.

Molteplici forme di enzimi

Ci sono situazioni in cui è necessario avere più enzimi che catalizzano la stessa reazione, ma differiscono tra loro per alcuni parametri. Ad esempio un enzima può lavorare a 20 gradi, ma a 0 gradi non sarà più in grado di svolgere le sue funzioni. Cosa dovrebbe fare un organismo vivente in una situazione del genere a basse temperature ambiente?

Questo problema è facilmente risolvibile dalla presenza di più enzimi contemporaneamente, catalizzando la stessa reazione, ma operando in condizioni diverse. Esistono due tipi di forme multiple di enzimi:

1. Isoenzimi. Tali proteine ​​sono codificate da geni diversi, sono costituite da diversi amminoacidi, ma catalizzano la stessa reazione.
2. Vere forme plurali. Queste proteine ​​sono trascritte dallo stesso gene, ma i peptidi sono modificati sui ribosomi. Di conseguenza, si ottengono diverse forme dello stesso enzima.

Di conseguenza, il primo tipo di forme multiple si forma a livello genetico, mentre il secondo tipo si forma a livello post-traduzionale.

Importanza degli enzimi

In medicina si tratta del rilascio di nuovi farmaci, in cui le sostanze sono già nelle giuste quantità. Gli scienziati non hanno ancora trovato un modo per stimolare la sintesi degli enzimi mancanti nel corpo, ma oggi sono ampiamente utilizzati farmaci che possono compensare temporaneamente la loro carenza.

Vari enzimi nella cellula catalizzano un'ampia varietà di reazioni di sostegno vitale. Uno di questi enismi sono rappresentanti del gruppo delle nucleasi: endonucleasi ed esonucleasi. Il loro compito è mantenere un livello costante di acidi nucleici nella cellula, rimuovendo il DNA e l'RNA danneggiati.

Non dimenticare un fenomeno come la coagulazione del sangue. Essendo un'efficace misura di protezione, questo processo è sotto il controllo di numerosi enzimi. Il principale è la trombina, che converte il fibrinogeno proteico inattivo in fibrina attiva. I suoi fili creano una sorta di rete che ostruisce il sito del danno alla nave, prevenendo così un'eccessiva perdita di sangue.

Gli enzimi sono usati nella vinificazione, nella produzione della birra, nell'ottenimento di molti prodotti a base di latte fermentato. Il lievito può essere utilizzato per produrre alcol dal glucosio, ma un loro estratto è sufficiente per il corretto svolgimento di questo processo.

Fatti interessanti che non sapevi

Tutti gli enzimi del corpo hanno una massa enorme, da 5.000 a 1.000.000 di Da. Ciò è dovuto alla presenza di proteine ​​nella molecola. Per fare un confronto: il peso molecolare del glucosio è 180 Da e l'anidride carbonica è solo 44 Da.

Ad oggi sono stati scoperti più di 2.000 enzimi che sono stati trovati nelle cellule di vari organismi. Tuttavia, la maggior parte di queste sostanze non è ancora completamente compresa.

L'attività enzimatica viene utilizzata per produrre detersivi per bucato efficaci. Qui, gli enzimi svolgono lo stesso ruolo che nel corpo: scompongono la materia organica e questa proprietà aiuta nella lotta contro le macchie. Si consiglia di utilizzare un detersivo simile a una temperatura non superiore a 50 gradi, altrimenti potrebbe verificarsi il processo di denaturazione.

Secondo le statistiche, il 20% delle persone in tutto il mondo soffre della mancanza di uno qualsiasi degli enzimi.

Le proprietà degli enzimi sono note da molto tempo, ma solo nel 1897 le persone si resero conto che non il lievito stesso, ma un estratto dalle loro cellule, poteva essere usato per fermentare lo zucchero in alcol.

ENZIMI, sostanze organiche di natura proteica, che vengono sintetizzate nelle cellule e molte volte accelerano le reazioni che avvengono in esse, senza subire trasformazioni chimiche. Sostanze che hanno un effetto simile esistono in natura inanimata e sono chiamate catalizzatori.

Gli enzimi (dal latino fermentum - fermentazione, lievito) sono talvolta chiamati enzimi (dal greco en - dentro, zyme - lievito). Tutte le cellule viventi contengono un insieme molto ampio di enzimi, dall'attività catalitica da cui dipende il funzionamento delle cellule. Quasi ciascuna delle molte reazioni differenti che si verificano nella cellula richiede la partecipazione di un enzima specifico. Lo studio delle proprietà chimiche degli enzimi e delle reazioni che catalizzano è un'area speciale e molto importante della biochimica - enzimatica.

Molti enzimi sono nella cellula allo stato libero, essendo semplicemente disciolti nel citoplasma; altri sono associati a strutture complesse altamente organizzate. Ci sono anche enzimi che sono normalmente al di fuori della cellula; quindi, gli enzimi che catalizzano la scomposizione dell'amido e delle proteine ​​vengono secreti dal pancreas nell'intestino. Secernono enzimi e molti microrganismi.

L'azione degli enzimi

Gli enzimi coinvolti nei processi fondamentali di conversione dell'energia, come la scomposizione degli zuccheri, la formazione e l'idrolisi del composto ad alta energia adenosina trifosfato (ATP), sono presenti in tutti i tipi di cellule: animali, vegetali, batteriche. Tuttavia, ci sono enzimi che vengono prodotti solo nei tessuti di determinati organismi.

Pertanto, gli enzimi coinvolti nella sintesi della cellulosa si trovano nelle cellule vegetali, ma non nelle cellule animali. Pertanto, è importante distinguere tra enzimi "universali" ed enzimi specifici per determinati tipi di cellule. In generale, più una cellula è specializzata, più è probabile che sintetizzi l'insieme di enzimi necessari per svolgere una particolare funzione cellulare.

Una caratteristica degli enzimi è che hanno un'elevata specificità, cioè possono accelerare solo una reazione o reazioni di un tipo.

Nel 1890, EG Fisher suggerì che questa specificità fosse dovuta alla forma speciale della molecola dell'enzima, che corrisponde esattamente alla forma della molecola del substrato. Questa ipotesi è chiamata "chiave e serratura", dove la chiave viene confrontata con il substrato e la serratura - con l'enzima. L'ipotesi è che il substrato si adatti all'enzima come una chiave si adatta a una serratura. La selettività dell'azione dell'enzima è correlata alla struttura del suo centro attivo.

Attività enzimatica

Innanzitutto, la temperatura influisce sull'attività dell'enzima. All'aumentare della temperatura, la velocità di una reazione chimica aumenta. La velocità delle molecole aumenta, hanno più possibilità di scontrarsi tra loro. Pertanto, aumenta la probabilità che si verifichi una reazione tra di loro. La temperatura che fornisce la maggiore attività dell'enzima è ottimale.

Al di fuori della temperatura ottimale, la velocità di reazione diminuisce a causa della denaturazione delle proteine. Quando la temperatura diminuisce, diminuisce anche la velocità di una reazione chimica. Nel momento in cui la temperatura raggiunge il punto di congelamento, l'enzima è inattivato, ma non si denatura.

Classificazione degli enzimi

Nel 1961 fu proposta una classificazione sistematica degli enzimi in 6 gruppi. Ma i nomi degli enzimi si sono rivelati molto lunghi e difficili da pronunciare, quindi ora è consuetudine nominare gli enzimi usando nomi di lavoro. Il nome di lavorazione è costituito dal nome del substrato su cui agisce l'enzima, seguito dalla desinenza "aza". Ad esempio, se la sostanza è il lattosio, cioè lo zucchero del latte, la lattasi è l'enzima che lo converte. Se il saccarosio (zucchero normale), l'enzima che lo scompone è il sucrasi. Di conseguenza, gli enzimi che scompongono le proteine ​​sono chiamati proteinasi.