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COENZIMI
Molti enzimi richiedono l’associazione con particolari cofattori per poter esplicare la
loro attività catalitica.
Ioni essenziali
Ioni attivatori, Mg2+,
K+, Ca2+
(legati debolmente)
Coenzimi
Cosubstrati
(legati debolmente)
Gruppi prostetici
(legati fortemente)
Ioni metallici di metalloenzimi,
Zn2+, Cu2+…
(legati fortemente)
Sono temporaneamente modificati ma
ritornano nella forma originaria alla fine del
processo.
Trasferiscono gruppi in modo specifico
attraverso il loro CENTRO REATTIVO
Molti coenzimi hanno come precursori vitamine idrosolubili. Gli organismi animali devono
assumerle con la dieta in piccole quantità giornalmente, perché non sono capaci né di
sintetizzarle né di accumularle.
Coenzimi nicotinammidici
NAD+ (NICOTINAMMIDE ADENINA DINUCLEOTIDE)
NADP+ (NICOTINAMMIDE ADENINA DINUCLEOTIDE FOSFATO)
Derivano dall’acido nicotinico (niacina) o dalla nicotinammide (vitamina B3)
Niacina
Ac. nicotinico
Sono coinvolti nelle reazioni di ossido-riduzione catalizzate dalle DEIDROGENASI,
trasferiscono 2 elettroni e 1 protone dal o al substrato sottoforma di ione idruro
:H-
Sono associati al sito attivo dell’enzima attraverso interazioni elettrostatiche
(debolmente)
NAD+ (ossidato)
4
:H- + H+
+
NADH (NADPH) (ridotto)
+ H+
(OPO32-)
NADP+
ossidato
fosfato in posizione 2
Attacco dello ione idruro può
avvenire sopra (A) o sotto (B) il
piano dell’anello nicotinammidico
SPETTRO DI ASSORBIMENTO DEL NAD
OSSIDATO
RIDOTTO
La misura dell’assorbimento a 340 nm consente di seguire il decorso di molte reazioni
catalizzate dalle deidrogenasi NAD(P)+ dipendenti e costituisce la base per la determinazione
di molti enzimi.
Uno ione idruro :H- è trasferito dal C-4
del NADH al C-2 del piruvato
+
Lattato
deidrogenasi
Piruvato
L-lattato
Uno ione H+ è trasferito da un residuo di His del sito
attivo dell’enzima sull’ossigeno carbonilico che
diventa un ossidrile
COENZIMI FLAVINICI
FAD (FLAVINA ADENINA DINUCLEOTIDE)
FMN (FLAVINA MONONUCLEOTIDE)
Derivano dalla riboflavina (vitamina B2)
7
7,8-dimetil-isoallossazina
8
10
Ribitolo legato in N-10
Sono saldamente associati (in qualche caso anche covalentemente) al
sito attivo di deidrogenasi chiamate flavoproteine.
Partecipano a reazioni di ossidoriduzione in cui possono accettare o
rilasciare 2 elettroni e 2 protoni (due atomi di idrogeno)
Forma completamente ossidata
5
+H+
+
e-
1
Centri reattivi:
N-5 e N-1
.+
-
+H+ + e-
Semichinone
Forma completamente
ridotta
+ H+ + H:Accetta 1 atomo di idrogeno alla
volta oppure 2 insieme
COENZIMA A (HS-CoA)
Deriva dalla vitamina B3
(ac. pantotenico)
Trasferimento di gruppi acilici in reazioni di ossidazione
di molecole energetiche e di biosintesi di carboidrati e
lipidi.
β-mercaptoetilammina
Centro reattivo: gruppo tiolico –SH con cui
forma il legame tioestere con i gruppi
acilici che trasferisce.
O
ll
H3C―C―S―CoA Acetil-CoA
3’-P-ADP (3’-fosfoadenosinadifosfato)
TIAMINA PIROFOSFATO (TPP)
Deriva dalla tiamina (vitamina B1)
È il gruppo prostetico delle decarbossilasi (decarbossilazione degli α-chetoacidi). È
anche il gruppo prostetico delle transchetolasi (trafserimento di gruppi a 2 atomi di
Carbonio contenenti una funzione C=O)
Protone dissociabile
Centro reattivo: C-2 dell’anello
tiazolico
2
+
Il carbonio 2 dell’anello tiazolico è molto acido a
causa dell’effetto elettronattrativo esercitato dall’N
con carica positiva e dallo zolfo in 1
R3
2
R1
+
R2
Piruvato
α-chetoacido
H+ rimosso da un
residuo basico
dell’enzima Enz-B:
TPP
(carbanione
dipolare)
Idrossietil-TPP
Enz-B―H
+
carbanione stabilizzato da
risonanza
BIOTINA
Sintetizzata dai batteri intestinali e poi assorbita
H 1 3 H
Centro
reattivo
H
-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH
Biotina
Lys-Enz.
È il gruppo prostetico di enzimi che catalizzano reazioni di carbossilazione ATPdipendenti.
Si lega al sito attivo attraverso un legame carboammidico con un residuo di Lys
dell’enzima.
ADP
ATP + HCO3¯
carbossifosfato
O
O
ll
ll
¯O—C—O—P—O¯
l
O¯
PO431 3 H
..
H
H 1 3 H
H
Enz
Enz
carbossibiotina
Piruvato-carbossilasi
CH2
O
ll
¯O—C—
1 3 H
Piruvato
(forma enolica)
H
Enz
..
H+
+
2
|
COOOssalacetato
H 1 3 H
H
Enz
PIRIDOSSALE-FOSFATO (PLP)
Deriva dalla famiglia delle Vitamine B6 (piridossale, piridossina)
Il PLP è il gruppo prostetico di enzimi che catalizzano transamminazione,
decarbossilazione, racemizzazione (L→D) che coinvolgono amminoacidi.
Centro
reattivo
Centro
reattivo
Piridossalfosfato
Piridossammina
fosfato
Quando l’enzima è “a riposo” Il PLP è legato
all’enzima mediante un Base di Shiff che si forma fra
il gruppo aldeidico del PLP e l’ε-amminogruppo di
un residuo di Lys del sito attivo (Aldimmina interna)
Il passaggio iniziale di tutte le reazioni enzimatiche PLPdipendenti che coinvolgono gli aminoacidi prevede
l’ingresso dell’amminoacido nel sito attivo dell’enzima e la
formazione di un’aldimmina esterna (1a base di Schiff).
Il gruppo aldeidico del PLP si lega al gruppo α-amminico
dell’amminoacido.
α
Aldimmina
interna
+
aldimmina esterna - 1a base di Schiff
Nelle reazioni di
TRANSAMMINAZIONE
catalizzate dalle
transamminasi o amminotransferasi il gruppo
α-chetoglutarato
amminico di un
amminoacido è trasferito su
un α-cheto acido
α-amminoacido
L-glutammato
α-chetoacido
Le transamminasi rimuovono il protone H+ dal C-α per mezzo di un residuo di Lys
del sito attivo dell’enzima.
Si forma un Carbanione
Enz
ˡ
Lys
l
..NH2
stabilizzato per risonanza
..
L’Enz. rilascia un
H+ al C del centro
reattivo del PLP
+H
H-N—Lys-Enz
H
riarrangiamento
+
Aldimmina esterna
1a base di Schiff
L’anello piridinico positivo funziona
da trappola di elettroni e stabilizza il
carbanione che si forma.
Chetimmina
2a base di Schiff
Idrolisi della 2a
base di Shiff
Chetimmina
α-cheto acido
che si dissocia
Piridossamminafosfato
Il gruppo amminico della piridossammina-fosfato viene trasferito
in una seconda fase su un secondo α-cheto acido attraverso una
serie di passaggi inversi a quelli visti sinora: si ottiene un nuovo
aminoacido e si rigenera il PLP
COBALAMMINA
Vitamina B12
Sintetizzata da alcune specie di batteri e
assunta dall’uomo con alimenti di origine
animale. È assorbita dalla mucosa intestinale
grazie ad un fattore intrinseco.
Prende parte a reazioni di ri-arrangiamento
intramolecolare di tipo radicalico, catalizzate
da mutasi o transferasi
cobalammina
Mutasi
LIPOAMMIDE
Forma
Acido LIPOICO: acido carbossilico a ossidata
8 atomi di carbonio con due
gruppi tiolici in C-6 e C-8.
Viene sintetizzato dagli
animali.
Si lega con legame ammidico all’εamminogruppo di una Lys del sito
attivo.
È il gruppo prostetico delle
diidrolipoammidi acetiltransferasi,
enzimi che fanno parte di
complessi multienzimatici
(piruvato-deidrogenasi,
α-chetoglutarato deidrogenasi)
Forma
ridotta
Funziona come un
braccio oscillante
che trasferisce
gruppi acilici
Forma
acetilata
VITAMINE
idrosolubili
Vitamina C
Vit. Complesso B
Tiamina (B1)
Riboflavina (B2)
Niacina (B4)
Biotina
Ac. Pantotenico (B5)
Ac. Folico
Piridossina (B6)
Cobalamina (B12)
Ac. Lipoico
liposolubili
Vitamina A (retinolo, β-carotene)
Vitamina D (colecalciferolo)
Vitamina K (fillochinone)
Vitamina E (tocoferolo)
Coenzima Q (Ubichinone)
Altamente idrofobiche, contengono anelli e lunghe
catene alifatiche (costituite dal ripetersi di unità
isoprenoidi).
Sono assunte con la dieta
Sono modificate e attivate nell’organismo
VITAMINA A (retinolo): lipide a 20 atomi di carbonio con una catena poliinsatura
a doppi legami coniugati, ottenuto direttamente dalla dieta o tramite il β-carotene.
Taglio
ossidativo
Ossidazione (alcool >
aldeide) in C-15
-retinolo deidrogenasi-
Impulso nervoso
al cervello >
visione
tutto-trans-
luce
buio
È il gruppo prostetico delle opsine con cui costituisce le
rodopsine, proteine dei fotorecettori della retina;
l’assorbimento della luce converte il retinale cis in retinale
tutto-trans
RETINOLO
Retinolo deidrogenasi
RETINALE
Retinale deidrogenasi
AC. RETINOICO
tutto-trans-
Ossidazione (aldeide
> acido) in C-15
Segnale ormonale che modula la trascrizione genica
(cellule epiteliali) e controlla la differenziazione cellulare.
VITAMINE D: gruppo di lipidi correlati.
D3 (colecalciferolo): si forma in modo non-enzimatico nella pelle in presenza della luce solare a
partire dal 7-deidrocolesterolo,
D2: derivato metilato della D3, attivata in modo simile
2 reazioni di
idrossilazione
7-deidrocolesterolo
Colecalciferolo (D3)
1,25-diidrossicolecalciferolo
Azione ormonale nel controllo dell’omeostasi del calcio
(assorbimento intestinale, deposizione nelle ossa)
Attivazione fotosensibile
nella pelle
D3 aumenta i livelli plasmatici
di Ca2+ favorendo la
decalcificazione dell’osso e
l’assorbimento intestinale di
Ca2+.
Promuove la sintesi di proteine
che trasportano il calcio.
La sua azione sul tessuto osseo
è finemente bilanciata da due
altri ormoni: paratormone
(agonista) e calcitonina
(antagonista).
2a idrossilazione
nel rene
1a
idrossilazione
nel fegato
D3 attiva
VITAMINA K (fillochinone).
Richiesta per la sintesi di proteine coinvolte nella coagulazione del sangue. Nei mammiferi
agisce da coenzima della CARBOSSILASI che catalizza la carbossilazione di residui di
glutammato dei fattori di coagulazione.
Carbossilasi
Vit. K
CO2
H+
P. Champe, R.Harvey, D.R. Ferrier, Le basi della
biochimica, Zanichelli Ed. S.p.A. Copyright ©
2006
UBICHINONE (COENZIMA Q): benzochinone con 4 sostituenti uno dei quali è una
lunga catena isoprenoide (6-10 unità).
Si solubilizza nel doppio strato lipidico delle membrane e essendo un forte agente ossidante ha
un ruolo chiave nel trasporto di elettroni attraverso i complessi della catena respiratoria
mitocondriale.
O
e
2)nH
CH3O
CH3
2H ,
2e-
CH
3 2 CH
(CH
O
OH
O
CH3
O
CH
O
CH
+33O
1H+, 1eCH2)nH CH3O


C
coenzymeCHQ •
CH3
e
semichinone
CH3
3
CH
e3O+
2 H+
O
OH
CH3O
(CH2 CH
C
CH2)nH
CH3O
O
coenzyme Q
1H+, 1e

CH3
(CH2 CH
OH
C
CH2)nH
coenzyme Q •
e + 2 H+
CH3
CH3O
(CH2 CH
C
CH2)nH CH3O
coenzyme QH2
OH
Ossido-riduzione in 2 tappe
CH3
oppure
in un’unica tappa
CH
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