Biochimica - modulo 1

STRUTTURA QUATERNARIA.

La struttura IV è l’ultimo livello di struttura delle proteine è costituita da più di una catena

polipeptidica, ogni carena è chiamata subunità che possono essere uguali o diverse tra loro, le

catene interagiscono tra loro in modo non covalente. I legami sono gli stessi della struttura

terziaria (idrogeno idrofobiche disolfuro elettromagnetico), ma avvengono tra due subunità

diverse sono detti legami intermolecolari/intercatena. Le proteine si legano in struttura

quaternaria perché, svolgono funzioni impossibili da svolgere singolarmente, per rendere

fisicamente connesse diverse attività biologiche, per rendere intercambiabili le diverse

subunità.

MIOGLOBINA (esempio struttura quaternaria)

La mioglobina è la proteina che trasporta l’ossigeno nelle cellule. È formata da una struttura

terziaria possiede un gruppo eme che contiene ferro che fa legame con 4 atomi di azoto, dato

che il ferro può fare 6 legami e 4 li sta facendo con l’azoto ha la possibilità di farne ancora due

uno sarà fatto con l’ossigeno che deve legare per portarlo in giro nell’ organismo e l’ultimo

legame lo fa con l’azoto del gruppo laterale r dell’istidina. È presente un’altra istidina detta

distale sull’altra faccia del gruppo eme che serve ad abbassare l’affinità gruppo eme per

sostanze come il cianuro e il monossido di carbonio si leghino con il gruppo causando

soffocamento, l’affinità del monossido di carbonio al gruppo eme è molto maggiore rispetto a

quella dell’O2.

EMOGLOBINA

L’emoglobina è la proteina che troviamo nei globuli rossi e trasporta l’O2 dai polmoni ai

tessuti attraverso il sangue e poi lo cede alla mioglobina è una proteina con struttura

quaternaria è composta da 4 subunità alfa e beta legate tra loro attraverso legami non

covalenti, ogni subunità contiene un gruppo eme al centro. Le catene alfa e beta

dell’emoglobina sono simili alla catena della mioglobina. Una molecola di emoglobina lega 4

molecole di O2 invece una molecola di mioglobina lega una molecola di O2. Quando queste

proteine si legano all’O2 subiscono un lieve cambio conformazionale, perché l’istidina fa

flettere il gruppo eme e fa muovere l’istidina distale sull’altra faccia del gruppo eme, questa

tira tutta la struttura. Quando l’O2 si lega, il gruppo eme tira il ferro e torna ad essere planare.

Inizialmente la mioglobina lega molto velocemente l’ossigeno, al contrario dell’emoglobina

che inizialmente fa più fatica, questo perché: l’emoglobina ha quattro subunità, la prima

subunità in cui si lega l’ossigeno fa più fatica poiché una volta legato deve cambiare la

conformazione di tutte e 4 le subunità. Man mano che si alza la concentrazione, la seconda

unità farà meno fatica e così via. Questo è chiamato l’effetto allosterico, si ha quando c’è un

cambio di conformazione che va a modulare la funzione della proteina. Quando si ha questo

cambio di conformazione si vanno a rompere anche i legami ionici che coinvolgono i riducenti

c-terminali.

ENZIMI.

Gli enzimi sono proteine globulari con funzioni catalitiche e sono dei veri e propri catalizzatori

biologici, cioè in grado di velocizzare tutte le reazioni metaboliche. La velocità di reazione non

riguarda la spontaneità di una generica reazione. Gli enzimi cercano di abbassare il livello

energetico o energia di attivazione così da rendere la reazione più veloce. Gli enzimi

aumentano la velocità delle reazioni, ma non possono rendere spontanea una reazione che

non lo è. La velocità di reazione dipende dall’energia di attivazione, cioè la quantità di energia

richiesta perché la reazione possa iniziare una reazione che non è catalizzata richiede più

energia per iniziare quindi è più lenta. L’enzima quindi diminuisce l’energia di attivazione

facendo si che la reazione sia più veloce.

ENZIMA SUBSTRATO.

L’enzima è un catalizzatore biologico, non cambia la sua struttura alla fine del processo. I

reagenti sul quale reagisce l’enzima viene chiamato substrato. L’enzima si lega al substrato

per formare un complesso che poiporterà alla formazione di un prodotto. E+S ESE+P



enzima + substrato enzima-substrato finale. L’enzima e il

-->complesso prodotto

substrato si legano in un punto specifico che è il sito attivo. Il sito attivo è la parte di enzima

che lega i substrati e catalizza la reazione. Il sito attivo riconosce un substrato specifico quindi

gl enzimi sono specifici. Ci sono due modelli per spiegare la specificità di substrato e sono il

modello a chiave-serratura che riconosce un solo tipo di substrato e il modello

dell’adattamento indotto il quale prevede che il sito attivo non abbia proprio la forma perfetta

del substrato, ma l’enzima dovrà adattarsi indotto dal substrato e alla fine l’enzima torna alla

sua conformazione naturale. Dopo che il substrato si è legato può avvenire la catalisi, questa

fa in modo che i legami si riorganizzino, quindi non appena i legami vengono rotti de ne

formano di nuovi e il substrato si trasforma in prodotto

MISURARE LA VELOCITÀ DI UNA REAZIONE.

Per misurare la velocità di una reazione si misura quanto velocemente si forma il prodotto. V

= d[P]/dt = -d[s]/dt Questa velocità è correlata in base a come cambia la concentrazione del

prodotto. La velocità di una reazione enzimatica è direttamente proporzionale alla quantità di

complesso attivo tra enzima e substrato. V = d[P]/dt = kcat [ES] Il primo step della reazione,

essendo reversibile, avrà una costante di dissociazione [kd], mentre il secondo step, che non

la kcat è

è reversibile (processo a senso univoco) è generato da una costante cinetica [kcat](

la costante cinetica intrinseca nell’enzima, cioè la sua capacità di fare il passaggio

ESEP ). La concentrazione del complesso enzima substrato dipende dalla concentrazione di

S e dall’affinità di E per S. Etot = ES + E Quando tutto l’enzima presente è sotto forma di

enzima substrato ([ES]) quella è la maggiore concentrazione. Vmax = Kcat [Etot] La velocità

con la quale si forma il prodotto rallenta fino a non variare più perché il substrato finisce. La

reazione inizia veloce poi rallenta perché la concentrazione del substrato diminuisce fino ad

arrivare a 0 (s=0).

ENZIMI NON COOPERATIVI.

Gli enzimi non cooperativi sono descritti dall’equazione di Michaelis-Menten, la relazione fra

velocità iniziale di una reazione enzimatica e la concentrazione del substrato.

V=(Vmax*[S])/KM+[s]. KM= costante di Michaelis-Menten, esprime l’affinità che ha un enzima

per il substrato. ci dice qual è la concentrazione di substrato nella quale la reazione è

esattamente la metà della velocità massima raggiungibile. Più la KM ha un valore maggiore,

minore sarà l’affinità E per S, più la KM ha un valore minore , più ci sarà affinità tra E per S.

INIBIZIONE ENZIMATICA.

Un inibitore è una sostanza che interferisce con l’azione di un enzima e rallenta la velocità di

reazione. Ci sono inibitori reversibili cioè che si legano all’enzima e poi lo lasciano, oppure

irreversibili che si legano all’enzima formando una proteina non più enzimaticamente uguale

all’originale e dalla quale non è possibile rigenerare l’enzima originario. Le inibizioni reversibili

possono essere competitive dove una molecola si può legare nel sito attivo al posto del

substrato, perché possiede una struttura chimica simile al substrato la KM sarà più grande

quindi la reazione sarà più lenta perché l’enzima sarà meno affine al substrato. Possono

essere anche non competitive una molecola lega all’enzima in un sito differente dal sito

attivo, perciò non compete col substrato per legarsi al sito attivo riducendo la velocità

massima e l’efficienza catalitica.

ENZIMI ALLOSTERICI.

Gli enzimi allosterici mostrano effetti cooperativi dovuti a lievi cambiamenti nella struttura

quaternaria. Sono in grado di comportarsi in modo diverso in presenza di effettori allosterici,

che sono molecole che sono capaci di modulare l’attività di questi enzimi. Gli enzimi allosterici

hanno oltre al sito attivo dei siti specifici per gli effettori allosterici, gli effettori possono

rendere il legame ES più complesso o più semplice. Abbiamo effettori positivi che aumentano

l’efficienza e effettori negativi che diminuiscono l’efficienza.

INIBIZIONE A FEEDBACK.

Il prodotto finale di una via metabolica quando si accumula inibisce il primo enzima della via

metabolica stessa. Questo è un meccanismo di controllo perché in presenza di un eccesso del

prodotto finale l’intera serie di reazioni può essere inibita, prevenendo l’accumulo di

intermedi.

Regolare un enzima in vivo significa effettuare dei tagli proteolitici che alterano la struttura in

vitro invece si cambiano le condizioni attraverso la temperatura la forza ionica e chelanti.

CLASSIFICAZIONE ENZIMI

Per definizione l’attività enzimatica viene espressa in unità di attività UA e UI. La U.A.

corrisponde alla quantità di enzima che riesce a convertire una micromolecola di substrato in

prodotto in un millimetro. L’attività specifica di una preparazione enzimatica sono le U.A.

presenti in ogni milligrammo della preparazione.

METABOLISMO.

Si divide in catabolismo cioè una via degradativa di macromolecole complesse e ricche di

energia in molecole più semplici e povere di energia, attraverso un processo ossidativo che

libera energia e anabolismo nel quale le molecole più piccole e semplici vengono utilizzate

come punto di partenza per ottenere molecole più complesse, questa via di sintesi richiede

energia, infatti le vie anaboliche sono vie riduttive. L’energia chimica viene trasportata grazie

a cofattori, molecole che trasferiscono energia chimica da un processo all’altro ma anche

trasferire elettroni derivanti dalle redox. Questi cofattori sono ATP, NAD e FAD.

COENZIMI NELLE REDOX.

NAD (nicotinammide adenina di nucleotide) è una molecola che contiene due nucleotidi legati

tra loro grazie a un gruppo P. Al secondo nucleotide è legato l’anello nicotinammide mentre al

primo è legata un’adenina. Questo cofattore ha il compito di trasferire elettroni, riduc