1) OSSIDO-REDUTTASI: catalizzano il trasferimento di elettroni, le redox.

Meccanismo: AH + B _<==^> A + BH₂

▪ Trasportano unità riducenti

▪ Sono proteine coniugate (con i gruppi prostetici), che utilizzano derivati vitaminici o strutture prodotte dalla cellula come gli emi

Si suddividono in:

1. piridiniche: utilizzano derivati della vitamina PP

▪ il coenzima piridinico non è stabilmente legato alla apoproteina (parte proteica) ma interagisce con legami deboli ▪ esso può essere nello stato ridotto (NADH o NADPH) o ossidato (NAD⁺ o NADP⁺) ed avrà pertanto più affinità per enzimi che devono ridurre o che devono ossidare ▪ i substrati che interagiscono con questi enzimi sono unità monocarboniose o altri coenzimi di tipo flavinico oppure l’O₂

2. flaviniche: utilizzano derivati della vitamina B2, riboflavina

▪ il coenzima flavinico è stabilmente legato alla propria apoproteina con legame covalente più o meno forte e ulteriori interazioni come legami H ▪ può essere nello stato ridotto (FMNH₂ o FADH₂) o ossidato (FAD o FMN) ▪ i substrati riconosciuti sono unità bicarboniose, o altri coenzimi di tipo piridinico o chinonico, oppure l’O₂

3. chinoniche: utilizzano derivati delle vitamine E e K, coenzimi Q

▪ data la loro natura chimica parzialmente idrofobica, i chinoni si associano ad apoenzimi lipoproteici, ossia proteine enzimatiche di membrana (citoplasmatica o mitocondriale) ▪ il legame tra chinone e apoenzima è mediato da soatutuenti idrofobici che si inseriscono in domini idrofobici che formano un solco sulla superficie della proteina globulare ▪ la porzione reattiva del coenzima chinonico sporge verso l’esterno

4. pteriniche: utilizzano la pterina, precursore della vitamina B8

▪ sono ossigenasi del tipo delle monossigenasi (un solo OH nel substrato) ▪ il legame tra apoenzima e geruppo prostetico è di tipo covalente ▪ contengono un nucleo pirimidinicocondensato con un nucleo piperazinico ▪ solo vegetali e microorganismi possono sintetizzarsi la pterina, in emergenza anche gli animali eterotrofi lo fanno

5. vitamina C: in questo caso la vit. C non si rigenera

▪ la vit. C si lega covalentemente al sito attivo delle sue apoproteine, che sono sempre enzimi ossigenasici ▪ la vit. C può essere nello stato ossidato o ridotto, ma ‘in vivo’ è difficile che essa venga di nuovo ridotta (non si rigenera), per cui il fabbisogno è sempre molto alto ▪ solo i primati e le cavie non la sintetizzano, tutti gli altri organismi sì ▪ il substrato riconosciuto dalle ossido reduttasi vit C è sempre l’O₂

6. metalliche: utilizzano metalli, generalmente Fe, Cu, Mn

▪ hanno come gruppo prostetico Fe o Cu che cambia stato redox durante il processo (talvolta Mn e Co) ▪ agiscono con meccanismo ossigenasico (substrato O₂) ▪ il metallo può essere legato a residui amminoacidici quali tyr, his o cyst, o essere inserito all’interno di gabbie di zolfo dette centri-ferro-zolfo contenenti zolfo cisteinico e zolfo elementare ▪ ci sono esempi di enzimi con singolo centro metallico (1 atomo) ed esempi di enzimi con due centri metallici (due atomi) ▪ similitudine evolutiva con pigmenti respiratori (emocianine ed emoeritrine)

7. emiche: sono ossido reduttasi metalliche in cui il metallo è quasi sempre Fe, ma nei procarioti anche Ni

▪ hanno come gruppo prostetico un eme, ossia Fe inserito in una struttura tetrapirrolica ▪ il Fe, a differenza di quanto avviene nei pigmenti respiratori (Hb e Mb), può cambiare stato di ossidazione ▪ Il Fe non partecipa mai al legame con la proteina (unica eccezion il cyt B) ▪ esempi di tali enzimi sono: citocromi, catalasi, perossidasi; sono sempre lipoproteine

2) TRANSFERASI: catalizzano il trasferimento di gruppi

Meccanismo: A + BC _<==^> AB + C

Possono essere:

1. senza gruppo prostetico :

▪ i residui aacidici del sito attivo svolgono funzione catalitica comportandosi da coenzimi ▪ essi destabilizzano i legami del substrato mediante meccanismi di protonazione e deprotonazione ▪ gli aa coinvolti sono:

2. con metallo come gruppo prostetico (spesso Mn):

▪ interagiscono con composti ad alta E riconoscendo legami anidridici (tra diversi fosforili) ▪ il loro intervento serve ad aumentare il potenziale energetico di varie molecole (es. glucosio)

3. con vitamine B come gruppo prostetico (B₁, B₃, B₆, B₈, B₁₂) e un catione divalente:

■ transf. Vit. B₃: ▪ hanno come substrati sempre acili ▪ il legame tra apoproteine e coenzima è di tipo salino (col P), quindi labile ▪ interessano il metabolismo lipidico (biosintesi e catabolismo) ed energetico (ciclo di Krebs) ▪ utilizzano cofattori metallici.

■ transf. Vit. B₁: ▪ hanno nel gruppo prostetico oltr alla vitamina, Mn o Mg o Ca ▪ catalizzano reazioni transchetolasiche

■ transf. Vit. B₆: ▪ trasferiscono gruppi NH₂ ▪ i loro substrati sono: - αaa - α-chetoacidi ▪ hanno nel sito attivo anche un metallo di transizione ▪ catalizzano transaminazione e transdesaminazioni ▪ il coenzima è un derivato attovato della vit. B₆

■ transf. Vit. B₁₂: ▪ hanno come gruppo prostetico una struttura corrinica in cui il Co è legato ai pirroli con: 2 legami covalenti e due legami dativi. Quando l’enzima è a riposo esistono 2 ulteriori legami dativi con un nucleotide e con l’H₂O. E’ possibile una terza covalenza per cui, quando l’enzima catalizza trasferimento di gruppi, il substrato da trasferire si lega covalentemente al Co spostando l’H₂O.

■ transf. Vit. B₈: ▪ trasportano gruppi: ―CH₃, ―CH ═ NH, ― CHO, ―CH₂―,

―CH═ ▪ hanno come coenzima il FH₄ (tetraidrofolato) derivato dalla vit. B₈ ▪ agiscono su accettori che sono essenzialmente gli acidi nucleici

3) IDROLASI: catalizzano le reazioni di idrolisi (scissione dei legami tramite l’acqua). Evolutivamente sono i più semplici perché i più antichi; sono presenti nello stomaco e permettono la digestione, scindendo lunghe catene; servono a demolire le macromolecole in frammentini maggiormente utilizzabili.

Meccanismo: AB + H₂O _<==^> A + B

Tale reazione sebbene reversibile, è spostata verso destra, poichè i prodotti sono utilizzati, quindi sottratti all’ambiente di reazione.

▪ sono privi di gruppo prostetico o hanno al massimo un metallo ▪ in base al tipo di legame che viene idrolizzato avremo, (utili a scindere i principali costituenti biologici):

1. peptidasi

2. esterasi (- lipasi - nucleasi - fosfatasi)

3. glicosidasi

▪ catalizzano reazioni di pseudo I ordine ▪ possono avere sede endocellulare, generalmente in vescicole lisosomiali, o extracellulare, per digerire sostanze nutritizie (macromolecole) o per eliminare tessuti vecchi e malati ▪ possono esistere in forma attiva o mascherata, quest’ultima attivabile solo in determinate condizioni (protezione dell’organismo produttore). Un enzima mascherato si chiama anche proenzima:

struttura in cui il sito attivo è coperto da un segmento peptidico, di varia lunghezza, che viene rimosso a determinati pH o per intervento di altri enzimi (inattivo → attivo).

4) LIASI: catalizzano la formazione o la scissione di un legame, che può essere:

C―C, C―O, C―N, C―S.

Meccanismo: AB _<==^> A + B

Essendo la reazione reversibile l’equilibrio sarà spostato in un senso o nell’altro in base alle necessità metaboliche del momento.

Possono essere:

1. senza gruppo prostetico : ▪ hanno nel sito attivo un residuo di Lys adiacente ad un residuo di His (centro catalitico) ▪ riconoscono chetosi marcati in 1 con fosfato, ed aventi C3 in configurazione L.

2. liasi metalliche: ▪ riconoscono legami: C―C (Fe), C―S (diversi metalli), C―N (Cu), C―O (Mn)

3. liasi a coenzima vitaminico:

■ liasi a vit. B₆: ▪ sono C―C liasi ▪ hanno sempre come substrati aa ▪ hanno funzione decarbossilante ▪ è il tipo di metallo a determinare la funzione

■ liasi a vit. B₁: ▪ sono C―C liasi ▪ hanno funzione decarbossilante ▪ hanno come substrati unicamente α-chetoacidi ▪ possono essere enzimi solubili o legati a membrane

5) ISOMERASI: catalizzano l’isomerizzazione, ossia il trasferimento di gruppi all’interno delle molecole, formando isomeri. Possono trasformare reversibilmente un isomero nell’altro:

Meccanismo: A _<==^> B

▪ operano con: - residui aacidici del sito attivo - metalli - vit PP (coenzimi piridinici) - vit B₆ -vit B₁₂ ▪ agiscono su: glicidi, aa, glicoli, acidi bicarbossilici

Possono essere:

1. senza gruppo prostetico : ▪ realizzano l’equilibrio tra aldosi e chetosi (es. G6P _<==^> F6P) ▪ operano con aa del centro catalitico atti alla protonazione-deprotonazione

2. isomerasi metalliche: ▪ metallo e residuo aacidico cooperano nel sito attivo alla catalisi ▪ sono anche dette mutasi, perchè agiscono in punti di discriminazione metabolica a seconda delle esigenze dell’organismo

3. liasi a coenzima vitaminico:

■ isomerasi piridiniche: ▪ riconoscono monosaccaridi veicolati su nucleotidi difosfati ▪ operano la conversione reversibile ad es. di glucosio in galattosio

■ isomerasi a vit. B₆: ▪ agiscono sugli aa D --> L

■ isomerasi a vit. B₁₂: ▪ agiscono su glicoli e metil malonil CoA ▪ funzione: linearizzare catene ramificate, trasformare glicoli in aldeidi ▪ i glicoli sono strutture non metabolizzabili, le aldeidi vengono ossidate ad acidi, i quali entrano nella β ox (procarioti)

6) SINTETASI (LIGASI): catalizzano le reazioni di formazione di legame, con dispendio energetico e termodinamicamente irreversibili. Alle reazioni partecipano composti ad alta energia (es. ATP, o NAD o altri), che vengono scissi (X •) e catalizzano le reazioni endoergoniche.

Meccanismo: A + B + X --> AB + X •

Si consuma una mole di ATP per mole di legame sintetizzato.

▪ hanno sempre un metallo nel sito attivo (Mn o Fe) che può funzionare da solo o in associazione a coenzimi:

- coenzimi a legame transitorio --> CoA

- coenzimi a legame permanente --> Biotina

▪ esistono:

1. C―C ligasi

2. C―N ligasi

3. C―S ligasi

4. C―O ligasi

5. P―O ligasi