Appunti Biochimica - 3/5

Catalisi enzimatica acido-base: le ribonucleasi

Le ribonucleasi è un enzima che idrolizza l'RNA. Esso agisce catalizzando la seguente reazione:

Il sito attivo della ribonucleasi è composto da 3 residui catalitici: His 12, Lys 41 e His 119. Le due His si trovano in uno stato di protonazione diverso: l'His12 è deprotonato mentre l'His 119 è protonato. Questo è possibile perché le due His hanno intorni chimici diversi che possono alterare la pka. Dato che la pka dell'His è 7, essendo molto simile al pH fisiologico, piccole variazioni delle pka possono alterare il suo stato di protonazione.

L'His 12 deprotona quindi l'OH in posizione 2' e l'ossigeno deprotonato fa un attacco nucleofilo al gruppo fosfato.

L'attacco nucleofilo è facilitato dall'impoverimento di densità elettronica causato dalla formazione di legami ad idrogeno tra gli ossigeni dei fosfato e la Lys 41.

Si ha quindi la formazione del seguente stato di transizione pentacoordinato:

Lo stato di transizione deve evolvere per rottura del legame P-O con l'ossigeno in 5'.

Per facilitare questo processo si migliora la bontà del gruppo uscente per protonazione dell'ossigeno da parte della His 119.

L'uscita porta alla formazione di un intermedio 2'3' ciclico isolabile.

L'uscita della catena inferiore di RNA dal sito attivo dell'enzima porta all'entrata di molecole di acqua che protona l'His 119 ripristinandola. L'O_H^- formatosi attacca quindi il fosfato dell'intermedio ciclico che evolve rompendo il legame P-O dell'ossigeno in 2' (favorito dalla protonazione dell'His 12.

L'enzima è quindi ripristinato alle condizioni di partenza.

L’intestino è composto dai seguenti tratti: duodeno, digiuno, ileo, colon, sigma, retto.

Nell’intestino devono avvenire due processi fondamentali: il completamento della digestione e l’assorbimento dei nutrienti.

Il bolo alimentare arriva quindi nel primo tratto dell’intestino (duodeno), nel quale arriva anche il dotto pancreatico, attraverso il quale il pancreas riversa enzimi idrolitici (per completare la digestione) e HCO₃ per riportare il pH a 8. Inoltre, dalle cellule che compongono i villi intestinali vengono prodotti enzimi idrolitici come maltasi, isomaltasi, lattasi e saccarasi.

I monosaccaridi formatisi poi vengono assorbiti dall’intestino e distribuiti attraverso il sangue a tutte le cellule del corpo.

Il metabolismo del glucosio:

Il metabolismo del glucosio è governato dall’insulina e dal glucagone. L’insulina è un ormone ipoglicemizzante, il glucagone è un ormone iperglicemizzante. Questi ormoni vengono prodotti dal pancreas (nelle isole di Langerhans). Nelle isole di Langerhans sono presenti vari tipi di cellule: le cellule α producono il glucagone, le cellule β producono l’insulina. La normoglicemia è tra 60 e 110 mg/dL.

NB: Anche l’adrenalina è un ormone iperglicemizzante ed è prodotto dalle ghiandole surrenali. L’adrenalina risponde a momenti di eccitazione (paura, stress, attività fisica etc).

Dopo un pasto, il pancreas rilascia l’insulina nel sangue, la quale permettede evitare che la glicemia salga oltre un certo limite. L’insulina permette ai muscoli di assorbire il glucosio, abbassando la concentrazione di questo nel sangue. Il nostro corpo assorbe il 40-50% del glucosio nei muscoli, il 10% nel fegato, il 4-5% del tessuto adiposo e il resto da tutte le altre cellule del nostro organismo.

• 1^a Reazione: (irreversibile) Il glucosio che entra nella cellula grazie al GLUT4 diventa substrato dell'enzima esochinasi (transferasi) che utilizza ATP per trasferire un gruppo fosfato in posizione 6 al glucosio.

L'esochinasi è Mg²⁺ dipendente. Senza Mg²⁺ l'ATP inibisce il processo a causa della repulsione tra le cariche negative. Fosforilando il glucosio lo si blocca all'interno della cellula in quanto il GLUT4 non riesce più a portarlo fuori. Questa reazione è irreversibile.

• 2^a Reazione: Conversione del glucosio 6-fosfato a fruttosio 6-fosfato. L'enzima fosfoesosio isomerasi (fosfoglucosio isomerasi) catalizza la reazione di isomerizzazione reversibile del glucosio 6-fosfato, un fosfoaldo.

La reazione procede in entrambe le direzioni, data la variazione relativamente piccola dell'energia libera standard.

• 3^a Reazione (irreversibile): Fosforilazione del fruttosio 6-fosfato. L'enzima fosfofruttochinasi (PFK-1) catalizza il trasferimento di un gruppo fosfato dall'ATP al fruttosio 6-fosfato per formare il fruttosio 1,6-bisfosfato.

Questa reazione è irreversibile in quanto si rompe un legame ad alta energia per legare PO₃^2- all'ossigeno.

• 9^a Reazione: deidratazione del 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato

L’enzima enolasi promuove la rimozione reversibile di una molecola di H₂O dal 2-fosfoglicerato per generare il fosfoenolpiruvato (PEP):

• 10^a Reazione (irreversibile): Trasferimento del PO₄^3- dal PEP all’ATP

L’ultima tappa della glicolisi è il trasferimento del gruppo fosfato dal fosfoenolpiruvato all’ADP. L’enzima è la piruvato chinasi che richiede K⁺ e Mg²⁺ o Mn²⁺.

Il piruvato prodotto compare prima nella sua forma enolica, ovviamente tautomerizza subito alla forma chetonica.

Considerando il ΔG⁰ complessivo di tutte e 10 le reazioni, si ottiene un valore negativo. Inoltre, il prodotto finale (il piruvato) viene sottratto all’ambiente di reazione, contribuendo allo spostamento a destra dell’equilibrio.

Dopo il pasto crolla la concentrazione di glucagone e aumenta la concentrazione di insulina, la quale attiva l'enzima PP2A (una fosfatasi) che rompe su dominio chinasico il legame con il fosfato che era stato precedentemente aggiunto, disattivando quindi il dominio fosfatasico e attivando il dominio chinasico.

- La decima reazione irreversibile: L'ultima reazione della glicolisi, ovvero il trasferimento del gruppo fosfato dal fosfoenolpiruvato all'ADP per ottenere piruvato e ATP, è operata dall'enzima piruvato chinasi (PK). La PK è disattivata da ATP, Acetil-CoA, LCFA (long-chain fatty acids) e dall'alanina, mentre è attivata dal fruttosio 1,6 bisfosfato.

Il F1,6BP è un potente attivatore della PK (attivatore allosterico). Questo meccanismo serve ad evitare un accumulo di F1,6BP perché, grazie al principio di Le Chatelier, se ne stimola l'ultima reazione, tutta la catena di reazioni avanza.

Sono presenti tutta una serie di segnali (molecole inibitori): ATP, Acetil-CoA e LCFA e alanina sono sinonimi di abbondanza energetica, quindi hanno senso metabolico come inibitori.

Oltre alla regolazione allosterica si sovrappone una regolazione di tipo ormonale.

fruttosio-1-fosfato, il quale però (essendo fosforilato) non può più uscire dalle cellule epatiche. L'accumulo di fruttosio-1-fosfato causa molti problemi (anche la morte), la severità di questi problemi dipende del grado di distruzione dell'enzima.

- Metabolismo del galattosio:

Il galattosio deriva dall'idrolisi del lattosio (nell'intestino) che produce una molecola di glucosio ed una di galattosio. Il lattosio è molto utilizzato dall'industria alimentare e mortadella, wurstel, salami gelati, biscotti e farmaci.

Il galattosio viene assorbito dall'intestino, riversato nel sangue e trasportato al fegato. Il galattosio viene fosforilato dalla galattochinasi che, grazie ad una molecola di ATP lo trasforma in galattosio-1-fosfato.

A questo punto l'enzima UDP-glucosio galattosio-1P transferasi, trasferisce il gruppo uridina difosfato del glucosio 1P al galattosio 1P: