Comprendere l'energia: dalla termodinamica al ruolo degli enzimi

In fisica l’energia è la capacità di compiere un lavoro. Qualsiasi reazione chimica implica una trasformazione di energia. La scienza che studia le trasformazioni energetiche è la termodinamica.

Principi della termodinamica

Due sono i principi:

1 L’energia non può essere ne creata ne distrutta, solo convertita da una forma all’altra.

2 Nelle trasformazioni energetiche una parte dell’energia è sempre dissipata sotto forma di calore.

Le trasformazioni possono essere costruttive (aumentano l’ordine come la fusione nucleare e la fotosintesi necessitano di energia) o distruttive (aumento disordine, entropia, liberano energia, come il processo d’espansione dell’universo o la fotosintesi). I processi di disordine sono maggiori rispetto a quelli di ordine.

Tipi di reazioni chimiche

Le reazioni sono:

1 Esoergoniche: i prodotti hanno un’energia potenziale minore di quella dei reagenti: aumentano il disordine, liberano energia e sono spontanee;

2 Endoergoniche: i prodotti hanno un’energia maggiore rispetto ai reagenti, non sono spontanee, necessitano di un apporto di energia e aumentano l’ordine.
Si verificano trasformazioni di energia anche quando gli elettroni sono trasferiti da un atomo all’altro: questo processo è di ossidoriduzione; la perdita di elettroni prende il nome di ossidazione (compiuta dal riducente), mentre l’acquisto di elettroni è detto riduzione (compiuta dall’ossidante).

L’insieme delle relazioni chimiche che avvegono nelle cellule si chiama metabolismo:

1 Reazioni anaboliche: reazioni di sintesi, partendo da reagenti semplici si ottengono prodotti complessi. Sono reazioni endoergoniche, necessitando di energia; avvengono solo se accoppiate a reazioni esoergoniche.

2 Reazioni cataboliche: reazioni di demolizione in cui da molecole grandi si ottengono molecole più piccole e semplici, liberano energia e sono esoergoniche; avvengono insieme a quello anaboliche.

Ruolo dell'ATP nelle cellule

Nelle cellule l’energia liberata dalle reazioni cataboliche non è usata direttamente da quelle anaboliche maq trasferita dalle une alle altre da una molecola trasportatrice, l’adenosintrifosfato (ATP), costituita da adenina, ribosio e tre gruppi fosfato. L’energia è trasferita mediante esso poiché così può essere suddivisa in piccolo quantità, distribuendosi più efficacemente nella cellula. L’ATP si forma tramite la fosforilazione, aggiunta di un gruppo fosfato, dell’ADP (adenosindifosfato). La produzione di ATP avviene, sia nella respirazione cellulare che nella fotosintesi, tramite le catene di trasporto degli elettroni che sono formate da molecole che accettano elettroni dalla sostanza che le precede, si riducono e li cedono a quella che la seguono, ossidandosi.

Funzione e classificazione degli enzimi

Gli enzimi sono la classe di proteine più numerosa e altamente specializzata: hanno la proprietà di far aumentare la velocità delle reazioni.

Essi sono classificati in base alla reazione che favoriscono:

1 Ossidoriduttori: trasferiscono elettroni;

2 Transferosi: trasferimento di piccoli gruppi;

3 Idrolisosi: favoriscono l’idrolisi;

4 Liasi: formano i doppi legami;

5 Isomerosi: reazione di isomerizzazione (nel glucosio spostare OH da destra a sinistra);

6 Ligosi: formazione di legami con consumo ATP.

Fattori che influenzano gli enzimi

I fattori che favoriscono il funzionamento di un enzima sono:

7 pH: a determinati pH l’enzima assume la sua struttura terziaria;

8 Temperatura: se troppo alta rompe il legame, denaturalizzando le proteine;

9 Concentrazione substrato;
Gli enzimi hanno le seguenti caratteristiche:

1 Apoenzima: indica la porzione proteica dell’enzima;

2 Cofattore: atomo inorganico indispensabile al funzionamento dell’enzima;

3 Coenzima: molecola organica indispensabile al funzionamento dell’enzima;

4 Zimogeno o proenzima: precursore inattivo di un enzima destinato a venire attivati, tipico degli enzimi digestivi;

5 Substrato: molecole in cui l’enzima catalizza la trasformazione;