Biosinteza Glucoamilazei

CAPITOLUL I

Introducere. Aspecte generale legate de tema proiectului, aspecte legate de structura proiectului

1.1. Enzime. Generalităţi

În prezent se cunosc peste 3000 de enzime, dintre care aproximativ 500 s-au obţinut în stare cristalină sau sub forma unor preparate foarte pure. Numeroase enzime sunt bine caracterizate sub aspectul proprietăţilor fizico-chimice şi biologice, a conformaţiei moleculare tridimensionale realizându-se pentru unele, modele spaţiale macromoleculare. Acţiunea enzimelor în procesele de fermentaţie, germinaţie, digestie, respiraţie celulară etc., este de mult timp cunoscută, dar explicaţia mecanismului acestor procese complexe, rolul şi locul enzimelor în procesele metabolice celulare au fost mult timp necunoscute, iar unele sunt necunoscute şi astăzi.

După felul reacţiilor pe care le catalizează, enzimele se clasifică în 6 clase principale care la rândul lor se pot împărţi în subclase, pe baza specificităţii de substrat, a acceptorului utilizat. Cele 6 clase principale de enzime sunt următoarele:

I. Oxidoreductaze – catalizează reacţii de oxido-reducere prin transfer de hidrogen sau prin transfer de electroni. Transferaze - catalizează reacţii de transfer a unor grupări (resturi de molecule) de pe un substrat pe altul.

II. Hidrolaze - catalizează reacţii de hidroliză a diferitelor substanţe.

III. Liaze - catalizează reacţii de degradare, în care nu intervin procese de hidroliză sau de oxidoreducere.

IV. Izomeraze şi racemaze - catalizează reacţii de izomerizare şi racemizare.

V. Ligaze (sintetaze) - catalizează reacţii de sinteză, în care nu intervin procese de hidroliză sau de oxidoreducere.

Enzimele sunt substanţe care catalizează reacţiile chimice şi biochimice din organism. Ele au un rol esenţial în biosinteza şi degradarea substanţelor din materia vie. Se găsesc în toate organismele vegetale, animale şi în microorganisme. Toate transformările biochimice în ţesuturi şi celule sunt posibile numai prin acţiunea acestora, fiind cunoscute sub denumirea de biocatalizatori.

Enzimele determină în organism realizarea unor reacţii biochimice cu viteză mare, în condiţii compatibile cu viaţa, cu rol fundamental în reglarea proceselor metabolice din organism. Ele au însă un rol fundamental şi în industria alimentară, în procesul de păstrare a calităţii funcţionale a materiei prime şi a produselor finite. Câteva example: fabricarea alcoolului, a berii, a vinului, a ceaiului, tutunului, siropurilor şi a multor altor produse, au la bază acţiunea enzimelor. Sub aspectul compoziţiei chimice, enzimele sunt proteine sau proteide cu rol funcţional foarte important. Acestea sunt produse numai de organismele vii şi îşi pot manifesta activitatea enzimatică atât în interiorul cât şi în afara organismului. Substanţele asupra cărora acţionează enzimele în reacţiile biochimice, sunt substraturi, iar substanţele obţinute se numesc produşi de reacţie.

Enzimele sunt biomolecule proteice cu proprietăţi catalitice însemnate, care influenţează desfăşurarea, coordonarea şi autoreglarea transformărilor metabolice din organismele vii. Enzimele fiind substanţe proteice îşi pierd puterea catalitică sub acţiunea factorilor fizico-chimici, a căldurii, a acizilor sau a bazelor tari, a solvenţilor organici sau a altor substanţe chimice care denaturează structura proteinelor. Ele sunt indispensabile funcţionării normale a celulelor şi ţesuturilor din organismele animale şi vegetale, fapt pentru care se impune cunoaşterea structurii acestora, a mecanismelor de acţiune şi a proceselor metabolice în care enzimele se găsesc.

În celulă, enzimele nu se găsesc izolate de componenţii celulari, nucleu, citoplasmă,ci se găsesc fie absorbite sau adsorbite pe anumite formaţiuni celulare (plastide, mitocondrii, etc.), fie dizolvate în protoplasmă sau în sucul celular. Prin această distribuţie, enzimele din celule vin în contact cu o cantitate mai mare de substanţe.

După locul unde enzimele îşi manifestă activitatea, acestea se pot clasifica în exoenzime şi endoenzime, cu acţiune diferenţiată.

- Exoenzimele, după formarea lor în celule, sunt eliminate în lichidele din organism, unde îşi exercita activitatea catalitică.

- Endoenzimele, numite şi enzime intracelulare, îşi exercită actiunea în celulele în care s-au format. Ele sunt lioenzime, legate mai slab în celulă şi desmoenzime, legate mai puternic în celule.

1.2. Proprietăţile fizico-chimice şi catalitice ale enzimelor

Enzimele au în general proprietăţi fizice şi chimice asemănătoare cu proprietăţile substanţelor proteice. În stare pură enzimele se pot obţine sub formă cristalină, sunt solubile în apă şi insolubile în solvenţi organici. Cu apa formează soluţii coloidale, se pot separa prin electroforeză şi ultracentrifugare.

După structura moleculară, enzimele se pot clasifica în enzime monomere, oligomere, izoenzime şi sistemele multienzimatice.

Sub aspect fizico-chimic enzimele prezintă însuşiri calitative asemănătoare proteinelor, reacţii de culoare şi precipitare.

Sub aspectul activităţii catalitice, enzimele prezintă proprietăţi asemănătoare catalizatorilor chimici, modifică viteza reacţiilor chimice, iau parte activă la mecanismul de transformare a substanţelor, nu se consumă în timpul reacţiilor biochimice.

Enzimele şi catalizatorii chimici au o acţiune reversibilă asupra reacţiilor care sunt la echilibru. Ele nu modifică echilibrul chimic, modifică numai viteza cu care se realizează acest echilibru, prin micşorarea energiei de activare a reactanţilor; măresc viteza reacţiilor chimice din organism, fac posibilă efectuarea simultană a mai multor reacţii în celule, precum şi cuplarea diferitelor reacţii.

Enzimele au o putere catalitică mult mai mare decât catalizatorii chimici de natură organică şi anorganică. Viteza reacţiilor catalizate de enzime este de 103-106, iar în unele cazuri poate ajunge în limitele de 109-1011 mai mare, dacă se compară cu condiţiile reacţiilor corespunzătoare necatalizate.

Enzimele, spre deosebire de catalizatorii chimici, prezintă o mare specificitate de substrat şi specificitate de aţiune. Specificitatea enzimelor este una din trăsăturile fundamentale şi reprezintă proprietatea de a acţiona numai asupra unui singur substrat sau asupra unui grup de substraturi cu caractere chimice comune.

Enzimele pot cataliza numai anumite reacţii chimice sau un grup de reacţii chimice asemănătoare.

Există enzime cu funcţiuni mixte care catalizează două sau mai multe reacţii chimice diferite, întrucât posedă centre active pentru fiecare tip de reacţie.

În cazul enzimelor se poate stabili o specificitate absolută şi o specificitate relativă. Astfel, o enzimă actionează asupra unui singur substrat şi catalizează o singură reacţie chimică, specificitatea fiind strictă sau absolută.

Daca o enzimă poate acţiona asupra mai multor substraturi înrudite sub aspect chimic,

specificitatea sa este relativă. De exemplu, amilazele catalizează reacţii ale diferitelor tipuri de oligo şi poliglucide, proteazele catalizează hidroliza unor substanţe proteice din diferite plante, lipazele catalizează hidroliza diferitelor tipuri de grăsimi etc.

În cazul specificităţii absolute, un rol însemnat revine specificităţii stereochimice, astfel, glicozidaza, determină numai hidroliza α-glicozidelor, dar nu şi a β-glicozidelor, iar unele enzime acţionează numai asupra izomerilor trans, dar nu şi asupra izomerilor cis.