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IMPERMEABILE.

La funzione è quella di creare attorno all’eme un ambiente rigorosamente

IDROFOBICO tale da preservare il ferro nello stato ridotto (fe2+) sebbene sia reversibile il

legame con l’ossigeno.

Infatti l’eme esposto all’acqua viene ossidato ad emina (fe3+) incapace di tenere legato

l’ossigeno.

All’interno il ferro è legato con uno dei 6 legami coordinativi ad un residuo di istidina (Hys F8),

chiamata ISTIDINA PROSSIMALE, l’altro legame lega una molecola di O2 nella emoglobina

OSSIGENATA, mentre rimane libero in quella NON OSSIGENATA

Emoglobina e ossigeno

Ciascun Gruppo eme dell’emoglobina è in grado di legare una molecola di O2. Quindi ogni

molecola di emoglobina può trasportare fino a 4 molecole di O2. Ogni legame di una molecola

di O2 col l’emoglobina aumenta l’affinità dell’emoglobina per l’O2 e quindi aumenta la

probabilità che altro O2 si leghi (cooperazione positiva).

Il complesso costituito da emoglobina e ossigeno è detto ossiemoglobina

Una molecola di emoglobina priva di O2 è detta desossiemoglobina.

Quando il sangue raggiunge i tessuti le molecole di O2 si dissociano dall’emoglobina e

diffondono alle cellule.

L’emoglobina presenta 4 siti di legame per l’O2, l’efficienza nel trasporto dell’ossigeno è

ottenuta attraverso il legame cooperativo positivo da parte dei 4 siti e la curva che descrive

questo tipo di legame è una curva sigmoide Vige quindi un Sistema di cooperatività positiva in

cui il legame di una molecola di O2 aumenta la probabilità di legare altro 02 alle altre

subunità della proteina.

Gli Enzimi

Sono delle proteine altamente specializzate con attività catalitica, accelerano le reazioni

chimiche rimanendo inalterate al termine della reazione stessa. La loro struttura, come quella

delle proteine, è molto complessa e caratterizzata da una ben precisa configurazione

tridimensionale con ripiegamenti, rientranze e sporgenze.

È costituito da pochi residui di amminoacidi con una configurazione spaziale ben definita,

complementare a quella del substrato con cui interagisce.

La funzione degli enzimi

Gli enzimi funzionano come catalizzatori inorganici:

abbassano l’energia di attivazione delle reazioni

attraverso la formazione di associazioni transitorie con

i reagenti (substrati). Avvicinano le molecole che

devono reagire e indeboliscono i legami chimici

esistenti.

Il sito attivo è il luogo fisico nel quale si inseriscono le molecole dei substrati e dove

avvengono le reazioni.

ENERGIA DI ATTIVAZIONE

Perché una reazione chimica possa avvenire, si devono rompere i legami preesistenti: e si

devono eventualmente formare nuovi legami.

 le molecole si urtino

 urto efficace, nel senso che le molecole che si urtano devono avere un contenuto

energetico tale da permettere loro di formare il complesso attivato ad alto contenuto

energetico e bassa stabilità.

Le reazioni chimiche consentono di immagazzinare o di liberare energia

•Le reazioni endoergoniche assorbono energia e danno origine a prodotti ricchi in

energia potenziale (con un livello di energia chimica superiore a quella delle sostanze

di partenza).

Le reazioni esoergoniche liberano energia e danno origine a prodotti che

•

contengono meno energia potenziale dei loro reagenti.

Un altro modo per accelerare una reazione è quello di aggiungere

un’enzima. Si lega alle molecole R-X per formare il complesso attivato.

Meccanismi della catalisi enzimatica:

•Gli enzimi si combinano con il substrato e abbassano l’energia di attivazione della reazione,

perché ciò avvenga si deve

formare un legame chimico fra

enzima e substrato. Solo in tal

modo l’enzima può inserire uno

o più strati di transizione

intermedi con energie di attivazione inferiori a quelle della reazione non catalizzata

• Gli enzimi non modificano l’equilibrio della reazione ma semplicemente accelerano il

raggiungimento dell’equilibrio, l’energia liberata dalla reazione non è dunque modificata dalla

presenza di enzima

• Gli enzimi non sono modifica< nella reazione e al termine di una trasformazione, sono

disponibili per catalizzarne un’altra

Catalizzatori

Una reazione si innesca quando si raggiunge una certa soglia nell’energia di

attivazione. Maggiori sono la temperatura e la concentrazione dei reagenti,

maggiore sarà la quantità di reagenti che raggiunge il valore di energia di attivazione.

Gli enzimi abbassano l’energia di attivazione.

Coenzimi e cofattori

L’attività catalitica di alcuni enzimi richiede la presenza di ulteriori sostanze:

•cofattori; sono ioni metallici o piccole molecole organiche di natura non proteica necessarie

per l’attività catalitica di alcuni enzimi.

Le molecole organiche che agiscono come cofattori vengono anche chiamate coenzimi

coenzimi.

La capacità catalitica di un enzima può essere modificata da numerosi fattori:

• Concentrazione del substrato

• Concentrazione di enzima

• Ph

• temperatura

• La concentrazione di

prodotti o di altri metaboli

• L’azione di ormoni

Concentrazione

del substrato

A parità di altre

condizioni (temperatura,

concentrazione di

enzima, pH, ecc.)

riportando in grafico la

concentrazione di

substrato in funzione della v0 si ottiene una

curva iperbolica.

Si osserva che, nel primo tratto della curva

(rettilineo) la v0 è direttamente

proporzionale alla concentrazione di

substrato (aumentando la concentrazione di

S aumenta proporzionalmente il numero di

molecole che formano il complesso ES).

Una volta raggiunta una certa concentrazione

di S la v0 cresce più lentamente fino a

raggiungere un valore massimo quando

tutto l’enzima è saturato dal substrato e

pur continuando ad aumentare la

concentrazione di S la v0 rimane costante (Vmax). È

possibile risalire alla velocità di una reazione

enzimatica dall’equazione v0= Vmax [S] / [S].

La concentrazione del substrato e Km è la costante

di Michaelis-Menten.

La temperatura e il pH

La velocità di una reazione aumenta all’aumentare della temperatura fino a una certa soglia.

Ogni enzima raggiunge inoltre il massimo della sua attività a un determinato valore di pH.

L’inibizione enzimatica

La cellula può regolare l’attività degli enzimi con inibitori che riducono la velocità delle

reazioni catalizzate dagli enzimi. Questa inibizione può essere:

•competitiva (reversibile);

•non competitiva (reversibile);

•irreversibile. l’inibitore si lega sempre al sito attivo dell’enzima in modo talmente stabile

(spesso covalente) che l’enzima non può piùù̀ tornare alle condizioni di partenza, perdendo in

modo definivo la sua capacità di legare il substrato o di catalizzarne la trasformazione.

La regolazione allosterica

La regolazione allosterica si verifica

quando, legandosi in corrispondenza di un

sito di regolazione, una molecola chiamata

effettore induce l’enzima a cambiare

forma. Tale cambiamento altera l’affinità

del sito attivo per il substrato e influenza

la velocità della reazione.

La cooperatività positiva è rappresentata

da un tipico grafico a S (andamento

sigmoide)

Vie metaboliche ed effetto

allosterico

Ogni via metabolica è costituita da

una serie di reazioni, ciascuna

catalizzata da un enzima diverso e

porta a uno specifico prodotto intermedio. Tramite l’effetto allosterico è possibile

fare in modo che il prodotto finale della via metabolica si comporti da inibitore per

l’enzima che catalizza il passaggio obbligato (prima tappa della via metabolica).

Metabolismo

I sistemi viventi trasformano le biomolecole presenti nei nutrienti al fine di:

• ricavare energia e ricavare precursori per la biosintesi di macromolecole.

L'attività di trasformazione delle molecole da parte degli organismi viventi è detta

metabolismo.

Le vie metaboliche

Sono sequenze di reazioni catalizzate da enzimi, dove i prodotti di una reazione fanno da

substrati per la reazione successiva. Le vie metaboliche procedono in due sensi:

 Le vie metaboliche di tipo degradativo sono dette vie cataboliche.

 Le vie metaboliche di tipo sintetico sono dette vie anaboliche.

 Le vie metaboliche che funzionano sia in senso catabolico sia anabolico sono dette

anfiboliche .

Il metabolismo è costituito da due fasi distinte ma interconnesse:

• il catabolismo libera energia degradando carboidrati, acidi grassi e amminoacidi e porta

alla formazione di prodotti di rifiuto (CO2, H2O, scorie azotate)

• l’anabolismo assorbe energia per svolgere reazioni di sintesi e condensazione all’interno

delle cellule

Molte reazioni cataboliche sono reazioni

esoergoniche che possono avvenire

spontaneamente (ΔG < 0). Molte reazioni

anaboliche sono endoergoniche (ΔG > 0) e possono

svolgersi perché sono accoppiate a reazioni fortemente

reazione di idrolisi dell’ATP.

esoergoniche, come la

Le vie cataboliche sono energeticamente favorite,

mentre le vie anaboliche richiedono dispendio di

energia, per cui non possono procedere insieme. Il

catabolismo ha carattere principalmente ossidativo,

mentre per l’anabolismo è richiesto molto potere

riducente.

Catabolismo e anabolismo sono interconnessi e

possono essere suddivisi in stadi principali.

Le vie cataboliche intermedie implicano

l’ossidazione del substrato mediante

sottrazioni di atomi di idrogeno che vengono

legati ai trasportatori di idrogeno.

Questi sono i coenzimi NAD+, FAD e NADP+ che

legando l’idrogeno si riducono a NADH+H+, FADH2, NADPH+H+.

Questi cofattori funzionano legati a specifici enzimi chiamati deidrogenasi proprio

perché catalizzano l’ossidazione del substrato tramite rimozione di idrogeno.

La riossidazione di NADH+H+ e FADH2 avviene a livello della membrana interna del

mitocondrio ad opera dell’ossigeno. Questa via metabolica è chiamata catena di

trasporto degli elettroni o catena respiratoria.

La reazione con l’ossigeno porta alla produzione di H2O ed energia (ATP). Il processo

di sintesi dell ’ATP accoppiato alla riossidazione del NADH+H+ e del FADH2 nella .

catena di trasporto degli elettroni prende il nome di fosforilazione ossidativa La

fosforilazione ossidativa è la principale fonte di ATP negli organismi aerobici.

L'energia è resa disponibile grazie all'ATP e ai coenzimi NAD