Enzimi (3)

ENZIMI

Gli enzimi, com'è noto, sono proteine presenti in tutti gli organismi viventi e sono catalizzatori biologici altamente specifici che possono essere utilizzati per aumentare la capacità della cellula di produrre determinate sostanze. In qualunque reazione chimica i catalizzatori hanno la funzione di vincere l'inerzia iniziale e di accelerare lo svolgimento della reazione, ma non si legano ai componenti della stessa e restano inalterati fino alla fine del processo chimico.

Si ricorda che gli enzimi, che controllano i processi metabolici, sono molecole complesse che differiscono dagli altri catalizzatori in quanto sono dotati delle seguenti caratteristiche:
l. Economicità, perché adeguano la temperatura e la pressione dell'ambiente vitale alle necessità del processo chimico, mentre gli altri catalizzatori richiedono una temperatura e una pressione prefissate;
2. Specificità, perché intervengono selettivamente su una delle moltissime reazioni chimiche della cellula; ogni enzima è in grado quindi di avviare una sola e determinata reazione.
La retroinibizione è il primo dei meccanismi di controllo degli enzimi e blocca l'attività nel caso non sia necessaria, evitando sprechi di energia. IL metabolismo trasforma le sostanze nutritive provenienti dall'ambiente esterno in molecole di amminoacidi che si legano fino a formare le più complesse molecole delle proteine; se tali amminoacidi sono già disponibili nelle sostanze nutritive, (l'attività degli enzimi specifici viene rallentata, per poi ricominciare a ritmo normale quando la concentrazione degli amminoacidi nella cellula si abbassa). Il verificarsi della retroinibizione indica che sulla superficie dell'enzima esiste un luogo specifico in cui si può legare l'amminoacido; quindi, modificando quello specifico tratto, l'enzima perde la sua capacità di controllo e continua a produrre amminoacidi.
La regolazione della quantità di ogni enzima presente nella cellula è il secondo meccanismo di controllo e consiste nel fatto che, verificandosi una rilevante concentrazione di amminoacidi, la cellula può bloccare la produzione dell'enzima che controlla la relativa sintesi, mentre può ricorrere all'induzione nel caso contrario, in cui la mancanza di un amminoacido solleciti la produzione di un determinato enzima.
L'analisi dei meccanismi infettivi dei virus e della ricombinazione del DNA virale con il DNA batterico ha fornito modelli per studiare la ricombinazione del DNA di specie diverse e ha consentito la scoperta di particolari enzimi in grado di catalizzare la sintesi di DNA, partendo da RNA (enzima trascrittasi inversa), nonché degli enzimi di restrizione, capaci di tagliare il DNA in punti specifici (alcuni enzimi di restrizione tagliano le due cliche alla stessa altezza, formando due estremità nette; altri le tagliano in posizione sfalsate, cosicché ciascun frammento ha un'estremità più lunga dell'altra).
Lo studio dell'Escherichia coli, infettato dal fago "lambda", evidenziò che alcuni ceppi batterici prevengono l'infezione mediante un processo di restrizione, poiché sono in grado di distinguere il DNA virale e di distruggerlo selettivamente mediante un particolare enzima chiamato di restrizione. Dopo aver isolato questo enzima, ne vennero identificati molti altri e oggi se ne conoscono circa trecento, tutti capaci di tagliare la molecola di DNA in corrispondenza di una specifica sequenza, formando un segmento palindromo, cioè leggibile indifferentemente da destra a sinistra o viceversa, e lasciando parti terminali "adesive", che si ricombineranno con qualsiasi altro DNA, purché tagliato con lo stesso enzima di restrizione. Si formerà in questo modo una molecola ibrida, cioè un DNA ricombinante, i cui legami saranno stabilizzati dalla DNA-ligasi, un enzima che salda perfettamente le estremità delle molecole di DNA.
L'enzima trascrittasi inversa è in grado di catalizzare la formazione di DNA a partire da RNA; per esempio, partendo dail'mRNA di qualsiasi proteina, se ne può sintetizzare il gene complementare. La trascrittasi inversa induce, infatti, l'mRNA a produrre un filamento complementare di DNA che, in presenza di DNA polimerasi, sintetizza un secondo filamento complementare di DNA (duplex, o cDNA), creando il gene che posto in condizione di esprimersi, produrrà la corrispondente proteina.
Le DNA-polimerasi sono, dunque, enzimi che catalizzano il processo di duplicazione del DNA, ovvero la formazione di una sequenza polinucleotidica che è la copia di un'altra. Tra le DNA polimerasi più note, si cita la DNA polimerasi I (enzima di Komberg), presente nel batteria Escherichia coli, che è costituita da una singola catena polipeptidica; per compiere la sua funzione necessita dei quattro nucleotidi, di trifosfati, di filamenti di DNA preesistenti, detti filamenti d'innesco, e di filamenti di DNA stampo da cui copiare le sequenze delle basi. Un altro enzima dello stesso tipo è la DNA polimerasi III (o E), il quale, a differenza dell'enzima di Kornberg che può solo allungare un filamento di DNA preesistente, può invece iniziare la sintesi di un nuovo filamento figlio a partire dai quattro nucleotidi e da un filamento di DNA stampo, senza la necessità di un filamento d'innesco.
Tutti gli enzimi menzionati vengono ampiamente utilizzati per la manipolazione del materiale ereditario.