Concetti Chiave
- Il metabolismo cellulare include catabolismo e anabolismo, processi rispettivamente di demolizione e sintesi di molecole, ed è regolato da enzimi.
- Gli enzimi sono proteine che catalizzano reazioni biochimiche, abbassando l'energia di attivazione e sono specifici per substrato e reazione.
- La catalisi enzimatica coinvolge il legame del substrato al sito attivo dell'enzima, favorendo la conversione in prodotti attraverso un complesso transitorio.
- Il modello chiave-serratura è stato sostituito dall'adattamento autoindotto, dove il sito attivo dell'enzima si modifica per interagire con il substrato.
- Le vie metaboliche sono controllate da regolazione enzimatica, modificazioni covalenti, inibizione competitiva e compartizione in tessuti e organi.
Indice
Il metabolismo e le vie metaboliche
L'insieme di tutte le reazioni che avvengono all'interno della cellula è detto metabolismo cellulare. Il metabolismo cellulare comprende il catabolismo, ovvero l'insieme delle reazioni che portano alla demolizione delle macromolecole, e l'anabolismo, ossia l'insieme delle reazioni che portano alla sintesi di molecole complesse a partire da molecole semplici.Le reazioni cataboliche sono generalmente eseorgoniche, mentre quelle anaboliche sono endoergoniche. Le reazioni metaboliche sono catalizzate da enzimi. Una serie di reazioni che avviene secondo una determinata sequenza prende il nome di via metabolica.
Le vie metaboliche sono strettamente correlate e costituiscono una rete integrata e finemente regolata.
Gli enzimi
Gli enzimi sono catalizzatori biologici, generalmente di natura proteica, che aumentano la velocità di una reazione biochimica, abbassandone l'energia di attivazione e restando immutati al termine di essa.Rispetto ai catalizzatori inorganici o sintetici, gli enzimi sono strettamente specifici per una determinata reazione e per un determinato substrato (la molecola su cui agiscono), sono molto efficienti, sono soggetti a regolazione e agiscono in ambiente acquoso nelle condizioni fisiologiche di pH e di temperatura.
Gli isoenzimi sono forma diverse dello stesso enzima, che agiscono sullo stesso substrato, ma differiscono per la sequenza degli amminoacidi nella catena polipeptidica. La nomenclatura in uso per gli enzimi è sia quella ufficiale (IUBMB), che classifica gli enzimi in sei classi diverse e successive sottoclassi, sia quella tradizionale, secondo la quale il nome dell'enzima è caratterizzato dal suffisso -asi.
La catalisi enzimatica
La molecola di un enzima è provvista di una piccola regione, detta sito attivo, al quale il substrato si lega in modo specifico mediante interazioni non covalenti, formando il complesso enzima-substrato.A seguito di questa interazione si ha un abbassamento dell'energia di attivazione e quindi la conversione del substrato in uno o più prodotti, che vengono rilasciati lasciando l'enzima libero per una nuova catalisi.
Il modello chiave-serratura, secondo il quale la forma tridimensionale del substrato è complementare alla forma del sito attivo (come una chiave con la sua serratura), è stato superato da quello dell'adattamento autoindotto, che prevede un adattamento del sito attivo dell'enzima in seguito all'interazione con il substrato.
Il meccanismo d'azione degli enzimi è descritto dall'equazione di Michaelis-Menten. In una reazione catalizzata da enzimi il valore massimo della velocità si ottiene quando l'enzima è saturato.
La costante KM esprime l'affinità dell'enzima per il suo substrato. La velocità di una reazione catalizzata da enzimi può essere influenzata dalla concentrazione del substrato, dal pH e dalla temperatura.
Il controllo delle vie metaboliche
La regolazione degli enzimi è un sistema di controllo delle vie metaboliche. L'attività enzimatica è modulata mediante il controllo allosterico (l'inibitore o l'attivazione si legano al sito allosterico modificando la conformazione del sito attivo), la modificazione covalente reversibile o irreversibile (si rompono o si formano legami covalenti fra gruppi chimici e gli amminoacidi dell'enzima) e l'inibizione competitiva (l'inibitore occupa il sito attivo al posto del substrato perché è strutturalmente simile ad esso).I livelli enzimatici sono modulati attraverso il controllo della biosintesi o della degradazione dell'enzima. La compartizione cellulare in tessuti e organi delle vie metaboliche è un altro meccanismo di controllo del metabolismo.
Domande da interrogazione
- Che cos'è il metabolismo cellulare?
- Qual è il ruolo degli enzimi nel metabolismo?
- Come avviene la catalisi enzimatica?
- Quali sono i meccanismi di controllo delle vie metaboliche?
- Che cosa sono gli isoenzimi?
Il metabolismo cellulare è l'insieme di tutte le reazioni che avvengono all'interno della cellula, comprendendo il catabolismo e l'anabolismo.
Gli enzimi sono catalizzatori biologici che aumentano la velocità delle reazioni biochimiche abbassando l'energia di attivazione, restando immutati al termine della reazione.
La catalisi enzimatica avviene quando il substrato si lega al sito attivo dell'enzima, formando un complesso enzima-substrato che abbassa l'energia di attivazione e converte il substrato in prodotti.
Le vie metaboliche sono controllate attraverso la regolazione enzimatica, che include il controllo allosterico, la modificazione covalente e l'inibizione competitiva, oltre al controllo della biosintesi e degradazione degli enzimi.
Gli isoenzimi sono forme diverse dello stesso enzima che agiscono sullo stesso substrato ma differiscono per la sequenza degli amminoacidi nella catena polipeptidica.
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