Appunti di Biochimica:

PROTEINE FUNZIONALI: GLI ENZIMI 
 
Hanno il ruolo funzionale di consentire trasformazioni biologiche. A volte sono semplici proteine 
(apoproteine), a volte richiedono l’intervento di strutture non di origine proteica (coenzimi), che 
derivano dalle vitamine (raggruppamento eterogeneo di sostanze con in comune l’inserimento in 
proteine enzimatiche per la trasformazione dei substrato). Molte hanno metalli (metallo-proteine) 
non di transizione che sono importanti nel consentire assestamenti tra tautomeri. 
Gli enzimi sono proteine che regolano effetti catalitici. Possono essere proteine semplici 
(apoenzimi) o avere anche componenti non proteiche (oloenzimi = apoproteine + componenti non 
proteiche), indispensabili per regolare effetti catalitici. 
 
CLASSIFICAZIONE 
La classificazione è in base alla reazione principale di riferimento. 
1) OSSIDORIDUTTASICHE:   TRASFERIMENTO DI UNITÁ RIDUCENTI (ELETTRONI, IDROGENO) 
2) TRANSFERICHE:   TRASFERIMENTO DI GRUPPI 
3) IDROLASICHE:   SCISSIONE CON L’ACQUA CHE PARTECIPA MATERIALMENTE ALLA REAZIONE, O 
FORMAZIONE DI LEGAME CON ELIMINAZIONE DI ACQUA 
4) LIASICHE:   PREVEDONO FORMAZIONE O SCISSIONE REVERSIBILE DI LEGAMI 
5) ISOMERASICHE:   ISOMERIZZAZIONE DI SUBSTRATI 
6) LIGASICHE:   SINTESI UNIDIREZIONALE DI LEGAMI (LA REAZIONE DI SINTESI HA ΔG > 0, LA 
REAZIONE ACCOPPIATA DI DEMOLIZIONE È AD ALTA ENERGIA CON ΔG < 0: 
COMPLESSIVAMENTE ΔG < 0, ED È L’UNICA REAZIONE NON REVERSIBILE) 
 
Ogni enzima è classificato con un codice a quattro cifre: a, b, c, d. 
a:   CLASSE (REAZIONE CARATTERISTICA) 
b:   SOTTOCLASSE (MODALITÁ CON CUI SI COMPIE LA REAZIONE ENZIMATICA) 
c:   SOTTO-SOTTOCLASSE (MODALITÁ CON CUI SI COMPIE LA REAZIONE ENZIMATICA) 
d:   NUMERO DI SERIE ALL’INTERNO DI OGNI SOTTO-SOTTOCLASSE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Appunti di Biochimica 1OSSIDORIDUTTASI 
 Classe 1:   trasportano e
-
, H 
 b:   indica il donatore dell’unità riducente (dall’alcol: alcoldeidrogenasi; dagli amminoacidi: 
amminoacidodeidrogenasi) 
 c:   indica l’accettore (coenzima, metallo) 
 d:   in base all’accettore 
 
Sono proteine abbastanza complesse: hanno bisogno di coenzimi. 
In genere sono ossidoriduttasi metallo-proteine. 
Il coenzima deriva dalla trasformazione di una vitamina oppure è una struttura che la cellula è in 
grado di prodursi (strutture tetrapirroliche nei citocromi). 
 
VITAMINA COENZIMA 
PP PIRIDINICO 
B
2 
FLAVINICO 
Q, K, E CHINONICO 
B
8 
PTERINICO 
 
Coenzimi piridinici 
 
Gli enzimi che si occupano della sintesi si interrompono solo se ci sono COOH. 
Prima di arrivare alla ipovitaminasi, l’organismo trasforma il triptofano in acido chinolinico da 
usare per la sintesi del coenzima. 
Nel sito catalitico hanno Mn(II) che con legame assiale riceve un doppietto da O legato in 
1
C 
(riboso-5-fosfato-1-pirofosfato). Il legame passa da dativo a covalente: i due elettroni vengono presi 
da O, 
1
C rimane cationico e subisce attacco nucleofilo da N. 
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Appunti di Biochimica 2 
Base azotata, monosaccaride (riboso), fosfato: ci sono i tre componenti di un nucleotide. 
 
CMN in presenza di Mn-proteina (riconosce se la molecola ha 2 COOH): gli O di COOH sono 
assiali rispetto a Mn, che li lega in maniera covalente e li stacca. CMN si decarbossila diventando 
NMN. 
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Appunti di Biochimica 3 
NAD
+
 + ATP → ADP + NADP
+
 
Ossidoriduttasi-NAD
+
 dipendenti nei mitocondri. 
Ossidoriduttasi-NADP
+
 dipendenti nel citoplasma. 
Il riconoscimento e il legame non è di tipo ionico. 
La struttura è ripiegata in modo che i due eterocicli si trovino su piani paralleli affacciati in modo 
che i gruppi azotati siano a breve distanza. 
Mg o Ca sono metalli-cofattori: hanno coordinazione pari a 4 con gli N, e il loro ruolo (senza cui il 
meccanismo non funziona) è quello di promuovere la transizione delle due basi azotate da forma 
lattimica a semilattamica. 
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Appunti di Biochimica 4NADP
+
 → NADPH + H
+
 
  
Il sostituente in 3 porta ad assestamento cationico in 
1
C, l’unico che può accettare o cedere unità 
riducenti: dal donatore a se stesso se funge da accettore, da se stesso all’accettore se funge da 
donatore. 
 
EFFETTO CATALITICO 
Come deidrogenasi o trans-deidrogenasi perché sono trasporti di idrogeno. 
I substrati cedono l’unità riducente alle ossidoriduttasi che le accettano grazie al coenzima. 
   
 
    
 
          
 }   
 
   { 
       
 
       
 
         
 
Il legame del coenzima con l’apoproteina è un legame ionico dovuto alle interazioni della struttura 
pirofosforica e dei residui basici degli amminoacidi del sito catalitico. 
NAD
+
 e NADP
+
 sono differenti: NADP
+
 ha un’interazione aggiuntiva con il fosforile in 3’. 
La carica netta del coenzima cambia durante il processo: nel NADP
+
 passa da -4 a -3, nel NAD
+
 
passa da -2 a -1. 
Il substrato interagisce col coenzima solo se questo si trova nella conformazione sterica appropriata 
(catalisi stereospecifica). Il cambiamento della costante di dissociazione (fino a valori di 10
3
-10
4
) 
che si crea, dà una bassa affinità per la forma ridotta del coenzima. L’apoproteina ha una grande 
affinità per la forma ossidata. 
In natura la parte proteica fa da selettore per gli effetti finali: ci sono ossidoriduttasi che fanno da 
riducenti, hanno quindi affinità per il coenzima ridotto, si legano ad esso e riducono il substrato 
rilasciando il coenzima ossidato. 
 
CARATTERISTICHE DEL SUBSTRATO 
Perché un substrato venga riconosciuto dalle ossidoriduttasi deve possedere un gruppo funzionale in 
grado di andare in redox che contiene un C (gruppo funzionale monocarbonioso). 
 ALCOL DEIDROGENASI:   NAD
+
 + >CHOH   NADH + H
+
 + >C=O 
 ALCOL DEIDROGENASI:   NAD
+
 + -CH
2
OH 
(ALCOL PRIMARIO) 
  NADH + H
+
 + -CHO 
 ALDODEIDRIGENASI:   NAD
+
 + -CHO   NADH + H
+
 + -COOH 
 CHETODEIDROGENASI:   NAD
+
 + >C=O   NADH + H
+
 + -COOH 
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Appunti di Biochimica 5
 AMMINODEIDROGENASI:   NAD
+
 + NH
2
-CH<   NADH + H
+
 + >C=NH 
(IMMINO GRUPPO) 
Le componenti redox possono essere disposte in una “serie elettrochimica dei componenti 
biologici”, ordinata secondo gradienti di potenziale. Sistema a semicelle variando le condizioni 
standard (25° C, pH = 7). 
 
Le ossidoriduttasi piridiniche si inseriscono con altre ossidoriduttasi (flaviniche) a seconda della 
posizione in cui si trovano (dipende dalla proteina). 
    
 
    
 
  }     
 
 
   
   
 }        
 
  
Nelle catene respiratorie l’equilibrio è spostato verso sinistra. 
 
INTERAZIONI CON L’OSSIGENO (REAZIONI OSSIGENASICHE) 
NADPH + H
+
 + O
2
   NADP
+
 + OH
-
 + ∙OH 
Utilizzo di O
2
 come substrato da ridurre. 
Appartengono alle monoossigenasiche. La molecola viene scissa in due prodotti non equivalenti: 
OH
-
 e ∙OH. 
Le monoossigenasiche ospitano nel sito catalitico il coenzima da ossidare e O
2
, e accettano anche 
substrati di strutture modellate in modo da essere riconosciuti dai residui del sito catalitico. Il 
coenzima non viene rilasciato nell’ambiente, ma attacca il substrato dando sostituzione radicalica. 
I batteri usati per il disinquinamento trasformano gli idrocarburi in alcoli, che vengono riconosciuti 
come substrati da attaccare e metabolizzare. 
 
Coenzimi flavinici 
 
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Appunti di Biochimica 6La trasformazione nel coenzima avviene per fosforilazione. Il ribitolo si presta bene ad essere 
fosforilato: esistono enzimi in grado di mobilitare il fosforile dall’ATP all’OH in 5’ del ribitolo. 
 
È presente non un saccaride, ma un prodotto di trasformazione di un saccaride per riduzione, c’è un 
gruppo fosforico e una base azotata: quindi è un nucleotide. 
È un coenzima extramitocondriale. 
 
Il FAD occupa lo spazio intramitocondriale. Gli enzimi FAD-dipendenti hanno quindi distribuzione 
intramitocondriale. 
rF 
(RIBOFLAVINA)
 + ATP → ADP + FMN 
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Appunti di Biochimica 7www.tesionline.it MARCO LAZZARA Sezione Appunti
Appunti di Biochimica 8INTERAZIONI CON COENZIMI CHINONICI 
    
 
    
 
 }     
   
   
 }     
 
 
IN NATURA L’EQUIIBRIO È SPOSTATO VERSO DESTRA 
 
OSSIGENASI FLAVINICHE 
    
 
    
 
 }
         
  
 
 
   
   
 }
          
      
Si forma ∙OH per trasformazione del substrato legato nel sito catalitico, che acquisisce 2 ∙OH per 
mole di O
2
. 
Biorisanamento attraverso monoossigenasi piridinica: trasformazione del fenolo nell’o-difenolo. 
Ossigenasi flavinica: demolizione di un legame C-C e apertura dell’anello, si passa da un substrato 
aromatico a uno alifatico (facilmente biodegradabile). 
La proteina a cui si lega il coenzima flavinico in genere può essere un’albumina. 
 
LESIONI BIOCHIMICHE DA CARENZA DI VITAMINA B
2
 
L’alterazione dei cicli metabolici dà un effetto microscopico (alterazione della respirazione 
cellulare) che porta ad un effetto macroscopico (pellagra). 
Le flavoproteine sono coinvolte anche nei processi di biosintesi degli sfingolipidi, i fosfolipidi delle 
membrane delle cellule nervose. Ciò porta ad un’alterazione nella composizione delle membrane 
(causa di nevriti). 
  
Coenzimi chinonici 
Derivano da vitamine liposolubili (si trovano nei grassi alimentari), e hanno in prevalenza domini 
apolari. 
 
Gli O chetonici favoriscono il trasporto di H. 
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Appunti di Biochimica 9La coda (una sequenza isoprenoide polinsatura) è importante perché è responsabile dell’aggancio 
della vitamina all’apoproteina (lipoproteina) con interazione che è la somma delle interazioni 
apolari tra coda e proteina. 
 
Non ci sono reazioni per trasformare la vitamina K e la vitamina Q in coenzimi: sono coenzimi 
diretti. 
 
C’è un solo OH: si presta poco a transizioni fenolico-chinoniche, che servono per il trasporto di H. 
Quindi la vitamina E prima di associarsi all’apoproteina viene trasformata in un p-difenolo 
attraverso ossigenasi piridiniche. 
 
L’ossigenasi promuove la scissione della struttura del cromano, rendendo la molecola un difenolo 
che può transire a chinone. 
Le apoproteine che riconoscono la vitamina E come coenzima vi si legano. 
Quindi le ossidoriduttasi chinoniche possono avere struttura benzochinonica, naftochinonica o 
benzochinonica derivata dalla vitamina E. 
 
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Appunti di Biochimica 10 
Effetto redox: le ossidoriduttasi chinoniche hanno specificità di effetti, alcune si comportano come 
ossigenasi o diossigenasi, trasformando la provitamina A in vitamina A. 
VITAMINA E H 2 + O 2           VIT  I   E 
  R TE E            I L  ITR      VIT  I     
 
I coenzimi Q si inseriscono nelle catene di trasporto di unità riducenti che ottengono dai coenzimi 
riboflavinici. 
    
 
    
 
 }     
   
   
 }     
 
 
 
Possono interagire coi i citocromi cedendogli unità riducenti. 
CoQH
2
 + 2 Cyt Fe
3+
   CoQ + 2 Cyt Fe
2+
 + 2H
+ 
 
 
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Appunti di Biochimica 11Non sono più istoni (globulari), ma tipo albumine. 
 
 CITOCROMI b:   un legame Fe-N, la dipendenza da Fe porta al trasporto di unità riducenti. 
 CITOCROMI c:   due legami sono vinilici. 
 CITOCROMI d, a:   due legami tra catena isoprenoide e proteina (interazioni apolari). 
 
C’è un progressivo sganciarsi di Fe dalla proteina dovuto alla transizione Fe(III) → Fe(II). 
CoQH
2
 + 2 Cyt Fe
3+
   CoQ + 2 Cyt Fe
2+
 + 2H
+
 
Cambiando il rapporto con la proteina le citocromiche si collocano in una posizione diversa della 
serie elettrochimica; in ordine di elettropositività crescente: b, c, d (non sempre presente), a. 
Quando CoQ scaricano unità riducenti sui citocromi (generando transizione Fe(III) → Fe(II)), 
questi non accettano H, ma elettroni. L’unità riducente si scompone in elettroni trasportati e H
+
 
dissociati. 
 
Molte ossidoriduttasi vitamina k-dipendenti intervengono regolando l’attività delle proteine 
coinvolte nella coagulazione del sangue. Le prototrombine vengono prodotte in una forma non 
perfettamente avvolta; le ossidoriduttasi ossidano due residui della proteina in modo da promuovere 
la formazione di un ponte di solfuro, che completa l’avvolgimento rendendo la proteina efficace. 
VITAMINA K H
2 
+ H
3
PO
4 
→ VIAMINA K (P) 
VITAMINA K (P) + ADP → VITAMINA K + ATP 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Appunti di Biochimica 12TRASFORMAZIONE REVERSIBILE ALDEIDE/ANIDRIDE 
 
CONDENSAZIONE DI DUE GRUPPI ACIDI (ACIDO CARBOSSILICO E ACIDO ORTOFOSFORICO): 
ANIDRIDE MISTA CARBOSSIL-FOSFORICA. SI GENERA UN COMPOSTO AD ALTA ENERGIA. 
E
6
 → E
0
   (ILCICLO RIPARTE SE È PRSENTE ALTRO COENZIMA OSSIDATO) 
 
GLICOLISI/GLUCOGENESI 
  
In presenza di una transferasi chinasi (Mn-proteina) si ha una scissione eterolitica del legame O-P. P 
cationico riceve l’attacco nucleofilo da parte del fosfato dell’ADP. 
Tutto dipende dall’attività dei reagenti in soluzione e dall’attività dei coenzimi. 
EQUILIBRIO SPOSTATO VERSO DESTRA: CATABOLISMO (GLICOLISI) 
EQUILIBRIO SPOSTATO VERSO SINISRA: ANABOLISMO (GLUCOGENESI) 
 
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Appunti di Biochimica 13