ENZIME

1. Generalitati
2. Structura si conformatia
3. Nomenclatura sI clasificare
4. Mecanisme de actiune
5. Factorii care influenteaza activitatea enzimatica
6. Reprezantanti mai importanti

1. Generalitati

Enzimele sunt substante care catalizeaza reactiile biochimice din organism, au un rol esential in sinteza si degradarea substantelor din materia vie. Toate transformarile biochimice au loc numai prin intermediul enzimelor de aceea se mai numesc sI biocatalizatori. Ele determina realizarea unor reactii chimice cu viteza mare, in conditii compatibile cu viata: daca ele n-ar exista reactiile chimice s-ar putea produce numai la temperaturi si presiuni ridicate, conditii deosebite de alcalinitate sI aciditate. Enzimele au un rol fundamental in reglarea proceselor metabolice si pot actiona in interiorul sau in exteriorul organismului.

Din punct de vedere chimic enzimele sunt substante proteice, cu rol functional. Sunt produse numai de organisme vii si actioneaza asupra unor substante care se numesc substrat.

In celula se gasesc in nucleu, citoplasma, adsorbite la suprafata diferitelor componente celulare sau dizolvate in protoplasma sau in sucul celular.

Fiind substante proteice isi pierd proprietatile catalitice in conditiile in care are loc denaturarea proteinelor: temperatura ridicata, mediu acid, bazic, prezenta solventilor organici.

Enzimele se gasesc in organismele vegetale cu precadere in: seminte in stare de germinatie, plante, frunze, fructe. Concentratia lor este mai mare in organismele tinere si puterea catalitica este mai mare.

Din punct de vedere fizic au proprietati asemanatoare proteinelor.

Paralela intre catalizatori si enzime

a) asemanari

- in reactii reversibile asigura ajungerea foarte rapida la echilibru;

- catalizeaza numai reactii termodinamic posibile (in sensul micsorarii energiei libere);

- nu modifica echilibrul de reactii ci numai viteza;

- nu se consuma in timpul reactiilor si nu se transforma, de aceea o cantitate foarte mica este suficienta pentru transformarea unor cantitati mari de substrat.

b) deosebiri:

- prezinta specificitate de actiune care poate fi de reactii sau de substrat;

- asigura coordonarea, reglarea si controlul proceselor biochimice fiind modulatori ai proceselor metabolice.

2. Structura si conformatia

Enzimele sunt macromolecule de natura proteica cu urmatoarele caracteristici:

a) au particularitati structurale specifice adica existenta unor situsuri (zone in care se leaga in mod specific substratul):

- situs catalitic;

- situs allosterice;

b) prezinta configuratie spatiala care asigura functionarea ca enzima

Substratul enzimelor iSs reprezinta un compus care se poate lega specific la o enzima iEs si asupra caruia enzima actioneaza transformandu-l in produs de reactie.

Substratul trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

- sa satisfaca necesitatea de specificitate a unei enzime;

- sa prezinte o dispunere spatiala care sa-i permita accesul la enzima;

- sa prezinte o complementaritate structurala si conformationala.

Situsul catalitic reprezinta o zona specifica si delimitata formata dintr-un numar mic de radicali de aminoacizi care includ grupari: -OH, - NH₂, - COOH, - SH.

Situsul catalitic ocupa o zona restransa din suprafata enzimei de aceea substratul este o molecula dimensionata pe masura situsului.

Situsul allosteric reprezinta o zona a carei activitate se bazeaza pe existenta unui efector allosteric - activator sau inhibitor - care se leaga la situsul allosteric si creaza capacitatea de modulator al reactiilor biochimice.

Centrul catalitic este reprezentat de :

- situs la enzimele holoproteice;

- situs plus cofactor la cele heteroproteice.

Enzimele heteroproteice prezinta doua parti componente active doar impreuna:

- apoenzima;

- cofactorul.

Apoenzima este o componenta de natura proteica, termolabila si nedializabila, are in structura sa situsul catalitic sI pe cel allosteric; determina legarea substratului, formeaza complexul enzima - substrat si enzima - cofactor, determina specificitatea fata de substrat, manifesta grade diferite de afinitate pentru cofactor.

Cofactorul reprezinta componenta neproteica termostabila, dializabila (unele vitamine, nucleotide).

Cofactorii au urmatoarele caracteristici: sunt indispensabili pentru manifestarea activitatii catalitice sau pentru potentarea ei; unii sunt usor disociabili de apoenzima, altii nu; determina specificitatea de reactie, formeaza complexul enzima - cofactor.

Coenzimele sunt micromolecule organice care se ataseaza temporar la apoenzima ( vitamine, hemulul, NTP, NDP).

.

3. Nomenclatura si clasificarea

Nomenclatura de lucru si cea sistematica

Nomenclatura de lucru este aceea care se obtine adaugand terminatia aza la numele substratului asupra careia actioneaza enzima.

Nomenclatura sistematica include doua componente:

1) Defineste substratul sau cele doua substante asupra carora actioneaza enzima (la reactiile bimoleculare);

2) Sufixul aza - indica natura procesului pe care-l determina enzima. Ex.: glucoamilaza..1,4 glucon - glucohidrolaza (asupra leg.1,4 din glucon si actiunea se realizeaza hidrolitic cu eliminare de glucoza).

Cand avem doi componenti: transaminaza = glutamat - piruvat aminotransferaza.

(Cod)

Clasificare

Dupa locul unde actioneaza: - endoenzime

- exoenzime

M = 13000 = 35000 - numar restrans

Dupa organizarea structurala - monomere

- oligomere (majoritatea)

(disociaza in monomeri)

M = 35000 - sute de mii

- izoenzime - config. dif. dar cat. aceleasi   reactii

- complexe enzimatice

Sintetizate in celula legate una de alta si cat. r. intr-o anumita succesiune.

Dupa reactia pe care o catalizeaza:

1) Oxidoreductazele - catalizeaza transferul de e insotit de protoni sau , de la o substanta donatoare la una acceptoare.

2. Transferazele - favorizeaza transferul unei grupari chimice de la substratul donor catre cel acceptor (metil, amino, carboxil).

3. Hidrolaze - catalizeaza introducerea elementelor apei la nivelul unei legaturi specifice din substrat (favorizeaza desfacerea moleculelor prin hidroliza) - reactii reversibile.

4. Liazele - enzime care catalizeaza desfacerea substratelor sau eliberarea unor grupari chimice prin alte procese decat cele hidrolitice. Rezulta formarea de legaturi intre atomii de C, C si O, C si N, C si S, C- hal.

5. Izomeraze - catalizeaza rearanjarea atomilor in molecule. Ajuta la transformarea formelor C in D, ., transferul gr. acil, fosforul.

6. Ligaze sau sintetaze - catalizeaza reactii de sinteza, de legare a doua substrate, formeaza legaturi: C - C, C-.., C - N, C- S. Sursa de energie este o substanta macrologica asemanatoare cu ATP.

Mecanisme de actiune a catalizei enzimatice

Enzimele sunt deci substante active in cantitati foarte mici, nu modifica echilibrul de reactie ci numai viteza acestora prin scaderea .energetice (activeaza sau labilizeaza moleculele care intra in reactie). In prezenta enzimelor nivelul energetic minimul este mult coborat, moleculele reactioneaza cu viteze mari (in absenta enzimelor nu ar reactiona).

Mecanismul prin care enzimele isi exercita functia lor catalitica include ansamblul urmatoarelor procese moleculare principale:

- asocierea specifica a enzimei (E) cu substratul (S) - complex intermediar ES disociabil;

- manifestarea specificitatii enzimei in raport cu un anumit substrat sau grupe de substrat carora le confera o anumita orientare spatiala precisa;

- activarea respectiv scaderea energiei de activare a moleculelor de substrat reactant (S⁺);

- procesul catalitic efectiv prin care substratul se transforma in produs (P).

E + S SP + E

sau

E + S ..ES P₁ + E P₂

EP₂ + S₁ EP₂S₁P₂S₁ + E

S = donor

S1 = acceptor

Viteza reactiilor enzimatice influentate de:

- concentratia enzimei si substratului

- temperatura

- pH

- prezenta electrolitilor

- alti factori

Cunoasterea rolului acestor factori are importanta pentru ca prin studiul lor pot fi caracterizate enzimele si se poate interveni asupra activitatii lor catalitice.

FITOHORMONI, RETARDANTI , INHIBITORI, ANTIBIOTICE

FITOHORMONII

Sunt substante organice care influenteaza procesele de crestere si dezvoltare a plantelor, regleaza procesele biochimice si fiziologice din celule, organe, tesuturi.

Fitohormonii sunt sintetizati in citoplasma celulelor tinere si se acumuleaza in zonele de crestere ale radacinilor, tulpinilor, in muguri, seminte, polen.

Se gasesc in plantele superioare dar si in ciuperci, drojdii, alge.

Din punct de vedere chimic fitohormonii sunt substante deverse;contin in molecula nuclee ciclice: indolic, gibanic, purinic, iononic, legaturi etenice si deiverse grupari functionale.

Fitohormonii influenteaza cresterea plantelor prin intensificarea diviziunii celulare sau prin alungirea celulelor existente.

In agricultura se utilizeaza fitohormoni naturali sau sintetici in cantitati foarte mici - ppm. Ei au un rol foarte pronuntat in cresterea si dezvoltarea organelor daca se aplica in timpul unor fenofaze specifice: germinare, inflorire, coacere, in perioade de seceta, umiditate excesiva etc.

Fitohormonii pot actiona astfel:

la locul biosintezei lor;

la locul de actiune - ajunsI la zona de actiune ei reactioneaza prin producerea unor schimbari la nivel biochimic, fiziologic sI morphologic.

In procesul de actiune a unui fitohormon endogen un rol insemnat il au celulele de sinteza precum si zona de reactie unde are loc decodificarea raspunsului adus de hormon, perceptia si comanda pe care o da pentru activarea, blocarea dsau deblocarea unor procese.

Fitohormonii pot actiona independent , sinergic sau antagonic cu alte substante biologic active: vitamine, acizi nucleici, enzime, antibiotice.

Auxinele

Cel mai important hormon din aceasta grupa ese Acidul 3 indolil acetic sau heteroauxina.

Raspandire: toate plantele superioare si inferioare, ciuperci; varfurile radacinilor, tulpini tinere, seminte.

Rol: influenteaza cresterea prin alungirea celulelor si in cantitati mici prin multiplicarea lor; au rol si in miscarile fototropice si geotropice ale plantelor.

Concentratia optima pemntru crestere: 10^-5 - 10^-6 moli/l.

Actiune: - actioneaza asupra membranei celulare marindu-i elasticitatea, plasticitatea si permeabilitatea;

stimuleaza biosinteza unor vitamine: C, K, unele vitamine B;

activeaza unele enzime;

franeaza caderea frunzelor si fructelor.

Utilizare in agricultura - ca stimulatori pentru inradacinarea butasilor, pentru accelerarea coacerii fructelor, pentru obtinerea fructelor fara seminte.

Giberelinele sant derivate de la giban, hidrocarbura tetraciclica.

Raspandire: plante superioare, alge, ciuperci, muschi, ferigi ;

Structura chimica : asemanatoare cu acidul giberelinic ;

Actiune : - sinergica cu auxinele ;

nu actioneaza asupra radacunilor ;

anuleaza efectul unor inhibitori;

deblocheaza genele care influenteaza cresterea si dezvoltarea;

stimuleaza reactiile de fosforilare, biosinteza acizilor grasI, acizilor nucleici, enzimelor; stimuleaza substituirea actiunii frigului si a fotoperioadelor, formarea fructelor, obtinerea de fructe fafa seminte, cresterea gazonului primavara.

Alti fitohormoni sunt: citokinetinele, acidul abscisic, etilenul, fitocromul.

RETARDANTII

Retardantii determinna o franare temporarra a cresterii organelor vegetative stimuland inflorirea si fructificarea. Se deosebesc de inhibitori prin aceea ca nu blocheaza ireversibil procesele de crestere si nu conduc la malformatii.

Retardantii actioneaza pana cand enzimele din frunze ii metabolizeaza. Unii retardanti actioneaza spre formarea gustului, aromei, culorii, maresc perioada de pastrare a fructelor, florilor si cerealelor deoarece reduc procesele de respiratie. Retardantii maresc rezistenta la substante toxice, la ger, la seceta, la arsita, la cadere.

Retardantii se folosesc in amelioarea plantelor pentru obtinerea de forme cu potential ridicat.

INHIBITORII

Inhibitorii de crestere sunt substante care inhiba cresterea tulpinilor, lastarilor, radacinilor, inhiba germinatia semintelor, cresterea si dezvoltarea mugurilor, incoltirea cartofilor. Ei au actiune mai larga decat a retardantilor, actioneaza asupra unor organe sau asupra plantelor intregi.

Inhibitorii determina inhibarea unor procese ca: biosinteza acizilor nucleici, biosinteza si degradarea proteinelor.

Inhibitorii se acumuleaza in tesuturile in care se acumuleaza si fitohormonii. La concentratii mici stimuleaza cresterea iar la concentratii mari inhiba cresterea.

Din punct de vedere chimic inhibitorii sunt : fenoli, taninuri, terpenoide, compusi cumarinici.

PIGMENTII VEGETALI

Pigmentii vegetali sunt substante vegetale care determina culoarea florilor, fructelor, frunzelor, polenului etc.

Pigmentii vegetali au un rol fiziologic si biochimic foarte important : iau parte la procesele metabolice, formeaza sisteme redox, dau gust, aroma, culoare, ajuta la polenizare (indirect).

Unii pigmenti au raspandire generala altii au raspandire mai restransa.

Din punct de vedere chimic sunt substante eterogene care se gasesc in stare libera sau sub forma de cromoproteide, glicozide, esteri.

PIGMENTI - neazotati - carotenoidici

- chinonici

- flavonoidici

- azotati - indigoul

- indirubina

- purpura antica

ANTIBIOTICELE

Antibioticele sunt substante naturale produse de unele microorganisme care distrug sau inhiba cresterea si inmultirea altor microorganisme (virusuri, ciuperci, bacterii). Ele au actiune selectiva : bacteriostatica sau bactericida.

Mecanismul de actiune este oprirea diviziunii celulare, dezechilibrarea proceselor metabolice, a celor de oxidoreducere, biosinteza acizilor nucleici, a proteinelor.

Antibioticele se obtin prin extragerea lor din mediile de cultura ale unor microorganisme sau prin sinteza. Se cunosc peste o mie de antibiotice.

Antibioticele se utilizeaza ca medicamente pentru animale si om (penicilinele, tetraciclinele, streptomicinele etc.) si pentru protectia plantelor.

FITONCIDE sau ANTIBIOTICE VEGETALE

Sunt substante antibiotice produse de plante superioare si care au actiune bacteriostatica si bactericida mai mica decat cele produse de microorganisme. Unele au efect insecticid si sunt toxice pentru animale si om.

Exemple :

usturoiul contine allicina care omoara microorganismele ;

ceapa contine dihidroaliina ;

morcovul contine acid benzoic, acid parahidroxibenzoid, acid vanilic, acid cafeic - cu rol de antihormoni ;

graul, secara, porumbul contin glicozizi benzoxazinici care distrug mucegaiul;

plantele medicinale si lichenii contin aproximativ 5o fitoncide;

leguminoasele, sfecla alba - contin insecticide vegetale.