Riassunto esame Biochimica, Prof. Ammendola Rosario, libro consigliato I principi di biochimica di Lehninger, Nelson, Cox

Cinetica chimica

A differenza della bioenergetica, che si occupa dello studio quantitativo delle trasduzioni energetiche che avvengono nella cellula, la cinetica chimica si occupa dello studio della velocità con cui avviene una reazione chimica e della dipendenza di questa da vari fattori.

L'energia libera (G) è una funzione termodinamica che rappresenta una misura dell'energia utile, cioè dell'energia in grado di compiere un lavoro; quando un sistema non è all'equilibrio, la tendenza a spostarsi verso l'equilibrio diventa una forza trainante la cui intensità è espressa dalla variazione di energia libera ΔG.

La variazione di energia libera standard di una reazione chimica consente di prevedere la direzione della reazione ΔG' = -RTlnK'eq.

ΔG negativo: la reazione tende a procedere spontaneamente verso i prodotti;

ΔG positivo: la reazione tenderà a procedere nella direzione...

inversa;ΔG uguale a zero: il sistema è all’equilibrio.

La velocità V della reazione è la quantità di substrato S che reagisce nell’unità ditempo;

Per la reazione S->P l’equazione della velocità è: V=k[S] e la reazione è di primoordine perché V dipende solo dalla concentrazione di S;

Se la velocità di una reazionedipende dalla concentrazione di due composti diversi, o se nella reazione duemolecole uguali reagiscono tra loro, la reazione è di secondo ordine e K è una costantedi velocità di secondo ordine. L’equazione della velocità è: V=K[S1][S2].

Se la velocità13di una reazione è indipendente dalla concentrazione dei reagenti la reazione è diordine zero.

Stato di transizione

Perché una reazione chimica possa avvenire, si devono rompere i legami preesistenti esi devono eventualmente formare nuovi legami. E’ quindi

deve essere complementare allo stato di transizione della reazione. I gruppi catalitici di E interagendo con S lo preparano (attivano) alla reazione abbassando Ea. Tra substrato-enzima si forma il complesso ES la cui energia di legame serve per:

• ridurre l'entropia (avvicinamento e orientamento substrato);
• desolvatare il substrato;
• indurre il legame produttivo ed il raggiungimento di un corretto allineamento tra i gruppi funzionali catalitici dell'enzima (adattamento indotto).

Dall'energia del legame E-S dipendono sia la catalisi che la specificità. L'enzima, in seguito al legame con il substrato, va incontro a variazioni conformazionali, indotte dalle molteplici interazioni deboli che si instaurano tra enzima e substrato; La nuova conformazione che l'enzima viene ad acquisire possiede una maggiore capacità catalitica. (modello dell'adattamento indotto di Daniel Koshland).

Tipi di catalisi:

Catalisi acido base specifica se

Dall'enzima diminuisce in funzione della trasformazione del substrato in prodotto;

La tangente a ciascuna curva che passa per il tempo 0 definisce la velocità iniziale, V0, di ogni reazione. Se il tempo in cui si effettua la misurazione è sufficientemente breve (non più di 60 sec) e subito all'inizio della reazione, [S] resta pressoché costante.

A concentrazioni relativamente basse di S la velocità iniziale di una reazione aumenta quasi linearmente all'aumentare della concentrazione di substrato. La velocità è direttamente proporzionale alla concentrazione del substrato e la reazione è di primo ordine: V = k [S].

All'aumentare della concentrazione di substrato la proporzionalità fra V e [S] progressivamente diminuisce.

La velocità iniziale diventa indipendente dalla [substrato] e la reazione è di ordine zero rispetto al substrato.

Lo studio della cinetica enzimatica è importante per vari scopi.

motivi:

• aiutano a comprendere come lavorano gli enzimi
• le costanti cinetiche K_m e V_max, sono di estrema importanza per capire come gli enzimi si coordinano tra loro a livello metabolico;
• permettono confronti tra organi e tra specie.

La teoria di Michaelis-Menten prevede che per prima cosa il substrato si lega con l'enzima in una tappa relativamente veloce e reversibile; la seconda reazione è più lenta e quindi limita la velocità della reazione complessiva. Quando il substrato è in grande eccesso rispetto all'enzima la reazione raggiunge rapidamente lo stato stazionario. Allo stato stazionario la [ES], come quella di qualunque altro intermedio, rimane costante. La velocità iniziale massima della reazione (V_max) si osserva quando tutto l'enzima è presente sotto forma di complesso ES e la concentrazione di E libero diventa trascurabile. Questa condizione, però, esiste solo quando [S] è abbastanza elevata.

da mantenere sempre tutto l'enzima nella forma di complesso ES. L'effetto saturante del substrato è una proprietà caratteristica degli enzimi responsabili dell'appiattimento della curva. Quando il complesso ES si dissocia e si forma P, l'enzima torna libero e pronto ad iniziare un altro ciclo catalitico. In condizioni di saturazione questo processo procede molto rapidamente. La velocità della reazione complessiva, definita come moli di prodotto formate al secondo, deve quindi essere proporzionale alla concentrazione delle specie chimiche che reagiscono nella seconda tappa. La velocità viene quindi determinata dalla demolizione di ES per dare origine a P, quindi: Vo = K2[ES]. Il complesso enzima-substrato è in equilibrio con l'enzima libero ed il substrato. [P] è molto bassa e la velocità di reazione P → S (k-2) è trascurabile. Questa situazione di equilibrio non è disturbata dalla formazione del

ma queste entità non sono indicative del numero, della velocità o della natura chimica delle tappe attraverso cui avviene la reazione. Quando K2 << di K -1, Km=Kd del complesso ES, solo allora Km rappresenta una misura dell'AFFINITÀ dell'enzima per il substrato. Km bassa: l'enzima presenta alta affinità per il substrato; Km alta: l'enzima presenta bassa affinità per il substrato. Quindi la KM è la concentrazione del substrato alla quale la metà dei siti per il substrato sono saturati. Quindi KM fornisce una misura della concentrazione di substrato richiesta affinché la catalisi abbia luogo. Il numero di turnover o Kcat è una costante di velocità che descrive la tappa che limita la velocità di una reazione catalizzata da un enzima in condizioni di saturazione. Kcat o numero di turnover è un indice dell'attività catalitica, rappresenta il numero di molecole di

substrato convertite in