Vol. 2° -  I.9.2.

Specificità enzimatica

La specificità d’azione degli enzimi è diretta sia verso il tipo di reazione che verso il substrato. Ciò significa che ciascun enzima si lega a una sola o a poche specie molecolari e catalizza un solo tipo di reazione biochimica.

Per esempio, lo stesso aminoacido può legarsi a enzimi diversi che ne catalizzano la deaminazione, o la decarbossilazione, o la transaminazione. D’altra parte, uno stesso tipo di reazione catalitica, per esempio la rottura del legame peptidico, può essere mediata da enzimi diversi che però riconoscono, ciascuno, solo legami peptidici tra particolari residui aminoacidici.

Per esempio, la pepsina scinde soltanto i legami del lato aminico del residuo di tirosina o di fenilalanina, mentre la chimotripsina agisce sul lato carbossilico; la tripsina scinde il legame tra i residui di lisina e arginina agendo sul gruppo carbossilico; le aminopeptidasi e le carbossipeptidasi sono invece specifiche per i residui aminoacidici terminali alle due opposte estremità (aminica e carbossilica) di una sequenza di aminoacidi.

In base al tipo di reazione catalizzata, gli enzimi vengono così classificati:

q Ossidoreduttasi: ossidazione, deidrogenazione e riduzione in presenza di coenzimi o accettori di idrogeno

q  Transferasi: trasferimento di radicali (aminici, carbossilici, ecc.)

q  Idrolasi: idrolisi di legami peptidici (proteasi), esterici (esterasi, fosfatasi, nucleotidasi) e glucosidici (glucosidasi, glucuronidasi)

q  Sintetasi: reazioni di sintesi di due o più molecole con l’ausilio di energia fornita da nucleotidi trifosfati

q  Isomerasi: interconversione di isomeri

q  Liasi: rottura di un legame C ¾ C, C ¾ O, C ¾ N, C ¾ S con formazione di un doppio legame; saturazione di un doppio legame per introduzione di H20, H2S, NH3.

La cinetica enzimatica, cioè la velocità con cui un enzima catalizza una reazione, è influenzata dall’affinità dell’enzima per il substrato ed è espressa dalla costante di Michaelis (Km) e da fattori esterni, quali il pH e la temperatura. Entro certi limiti (in genere tra 10 e 50-60°C) la velocità di reazione aumenta con la temperatura; tuttavia, oltre i 60°C, molti enzimi vengono inattivati in quanto le loro proteine costitutive vanno incontro a denaturazione.

Ogni enzima svolge inoltre la propria funzione in misura ottimale a certi valori di pH che possono influire sulla struttura dei gruppi polari dell’enzima stesso e del substrato. In genere i valori ottimali sono attorno alla neutralità o lieve basicità; numerosi enzimi, tra i quali le idrolasi, necessitano invece di valori di pH assai bassi (fino a 2) o elevati (fino a 10, come la fosfatasi alcalina).

L’aumento della temperatura porta all’inattivazione degli enzimi, non attraverso l’inattivazione della struttura primaria della molecola proteica, ma provocando modificazioni della configurazione secondaria e terziaria della proteina enzimatica attraverso la rottura di legami deboli (a idrogeno, forze di Van der Waals e interazioni elettrostatiche). L’attività e la specificità d’azione dell’enzima sono infatti legate alla sua configurazione spaziale e non soltanto alla sua composizione (numero e natura dei gruppi chimici).

In genere lo stesso enzima presenta, nelle varie specie, variazioni nel tipo e nel numero degli aminoacidi, pur mantenendo la stessa attività catalitica. Quest’attività è possibile in quanto tali modificazioni non influenzano le strutture di quelle parti della superficie dell’enzima, i siti attivi, cui si legano i substrati.

Le interazioni tra sito attivo e substrato sono di tipo debole, soprattutto apolari o tramite forze di Van der Waals, ma molto numerose e distribuite su superfici abbastanza ampie. La complementarità sterica tra sito attivo e substrato è analoga a quella esistente fra chiave e serratura. In realtà si ritiene che la complementarità sterica non sia statica, ma piuttosto indotta dal legame tra substrato e gruppi reattivi del sito attivo, detto incastro indotto.