Specificitatea enzimelor - specificitate de reactie chimica

Inalta specificitate este una dintre caracteristicile fundamentale ale enzimelor. Consecinte ale acestei specificitati deosebite sunt atat evitarea formarii de produsi secundari in reactii, cat si, pe un plan mai general, existenta insasi a cailor metabolice (in sensul ca succesiunea reactiilor, de exemplu     intr-un compartiment celular, este impusa de enzimele existente).

Modalitatile de manifestare ale specificitatii sunt diverse. Se pot considera totusi trei variante de baza: specificitatea de reactie, specificitatea de substrat si specicificitatea stereochimica.

1 SPECIFICITATE DE REACTIE

Specificitatea de reactie consta in aceea ca fiecare enzima catalizeaza numai un singur tip particular de reactie (exceptiile sunt foarte rare). Tipul particular se incadreaza in unul din cele sase tipuri fundamentale de reactii care au loc in lumea vie: oxidoreducere, hidroliza, formare (scindare) de legaturi covalente, izomerizare, formare de legaturi covalente utilizand energia eliberata prin scindarea unor legaturi macroergice. Se va vedea mai departe in acest capitol ca in sistemul actual de clasificare sunt sase clase de enzime, corespunzator celor sase tipuri fundamentale de reactii.

Ca exemplu de tipuri particulare de reactii pot fi considerate:

hidroliza proteinelor in prezenta proteazelor;

fosforilari ale unor compusi diversi cu acid fosforic provenit din ATP, in prezenta kinazelor;

schimburi de grupari amino contra gropari carbonil intre aminoacizi si cetoacizi, catalizate de transaminaze.

O consecinta a specificitatii de substrat este aceea ca un anumit compus care poate fi transformat in mai multi produsi de reactie, necesita pentru fiecare transformare o enzima specifica; se exemplifica prin reactiile pe care le sufera in organism gglucozo-6-fosfatul (G-6-P):

2 SPECIFICITATE DE SUBSTRAT

Aceasta consta in aria mai restransa sau mai larga de actiune a fiecarei enzime cu o anumita specificitate de reactie. Ea poate fi:

absoluta, daca enzima catalizeaza un anumit tip de reactie la un singur substrat;

Referat: Tratamentul complex al luxatiei recidivante de rotula: orthopedic sau chirurgical? Lucrare: Articulatia genunchiului - meniscurile genunchiului

de grup, daca enzima catalizeaza acelasi tip de reactie la doua sau la un numar restrans de substrate;

specificitate larga, daca enzima catalizeaza acelasi tip de reactie la un numar foarte mare de substrate.

Doua dintre enzimele cu specificitate absoluta sunt anhidraza carbonica si ureaza:

Alcooldehidrogeneza este un exemplu de enzima cu specificitate de grup; ea catalizeaza transformarea prin dehidrogenare a alcoolilor monohidroxilici inferiori (si chiar a unor alcooli dihidroxilici) in aldehidele corespunzatoare:

Substratul preferat pentru alcool -DH este alcoolul etilic, actiunea catalitica fiind mult mai redusa in cazul alcoolului metilic, propilic, etilenglicolului etc.

In reactia de mai sus NAD⁺ si NADH + H⁺ sunt formele oxidata, respectiv redusa, ale coenzimei alcooldehidrogenezei.

Specificitatea larga este intalnita la mai multe enzime, dar cel mai frecvent la hidrolaze. Intre acestea sunt si proteazele digestive: pepsina, tripsina si chimotripsina. Specificitatea larga a fiecareia dintre ele consta in capacitatea de a cataliza scindarea hidrolitica a oricarei proteine din alimente. Dar actiunea hidrolitica a fiecareia in parte si chiar actiunea simultana a lor nu asigura hidroliza totala (pana la aminoacizii componenti) a vreuneia dintre proteinele din alimente.

Faptul se explica prin existenta unei 'specificitati de legatura' care consta in aceea ca fiecare dintre cele trei enzime asigura hidroliza in oricare proteina numai a anumitor legaturi peptidice. Astfel chimotripsina catalizeaza hidroliza legaturilor peptidice a caror grupare CO provine de la aminoacizii Phe, Tyr, Trp, in timp ce tripsina asigura hidroliza legaturilor peptidice a caror grupare CO deriva de la aminoacizii bazici (lizina, arginina); la fel de specific actioneaza si pepsina:

legatura scindata                                legatura scindata

in prezenta tripsinei                in prezenta chimotripsinei

Pepsina, tripsina si chimotripsina sunt endopeptidaze (actioneaza pe legaturi peptidice din interiorul proteinelor). Exista categoria de enzime proteolitice numite exopeptidaze (actioneaza pe legaturi pepditice ale aminoacizilor N - terminali sau C - terminali); si in cazul acestora exista limitari impuse de specificitajile mentionate.

3 SPECIFICITATE STEREOCHIMICA

Majoritatea substratelor, chiar dintre cele mai simple, au atomi de carbon asimetrici si deci se pot prezenta, raportat la glicerinaldehida, in configuratii absolute de tip D sau L (vezi proprietatile glucidelor sau aminoacizilor).

Stereospecificitatea consta in aceea ca, dupa caz, enzima asigura transformarea fie numai a substratului cu configuratie D, fie numai a substratului cu configuratie L. De exemplu, lactat dehidrogeneza (LDH) catalizeaza numai oxidarea acidului L lactic la acid piruvic:

Enzimele proteolitice prezentate mai inainte, dar si enzimele ce catalizeaza alte transformari ale proteinelor, sunt stereospecifice in sensul ca actioneaza strict pe compusii polipeptidici ce contin L - aminoacizi asa cum sunt proteinele naturale. Dimpotriva, majoritatea enzimelor ce catalizeaza reactii in caile metabolice ale glucidelor isi manifesta actiunea numai daca acestea au configuratie D.

Stereospecificitate au si enzimele care catalizeaza transformari in care substratul sau produsul de reactie prezinta izomeri geometrici. De exemplu, in reactia de dehidrogenare a acidului succinic (una dintre reactiile ciclului Krebs), catalizata de succinat dehidrogenaza, se obtine strict acid fumarie (nici macar urme de acid maleic):

In aceasta reactie FAD si FADH₂ sunt forma oxidata, respectiv redusa a unei alte coenzime.

Stereospecificitatile descrise, ca si altele, sunt consecinte ale interactiei substratelor cu enzi­mele corespunzatoare la nivelul centrelor active ale acestora, asa cum se va arata in continuare.