Secondo parziale Biochimica

Equazione di Michaelis Menten:

v= velocità [S]= concentrazione substrato [S ]

Vmax

=

v ]

Km+[ S

Inizialmente abbiamo un andamento rettilineo in quanto la concentrazione del substrato è bassa e

K è molto più grande di S che diventerà irrilevante , quindi non la considereremo al

m

denominatore. V = S

o

Quando la concentrazione del substrato è maggiore di Km , quest’ultimo diventa irrilevante ,

quindi V = V

0 max

Catalisi enzimatica: con essa si ha l’interazione tra substrati (rottura di legami) con la successiva

formazione del prodotto. In qualsiasi parte l’enzima si troverà in parte in forma libera (se la

concentrazione del substrato è bassa) e in parte in forma associata al substrato (quando la

concentrazione del substrato è alta). Successivamente all’ultimo caso l’enzima ritorna in forma

libera per formare il prodotto. Le costanti di equilibrio definiranno il valore di Km.

K = velocità di formazione o demolizione di S sia in forma libera che non libera.

m • Se un enzima ha una debole affinità per il substrato, k2 > k1 e Km è più elevato; l’enzima

è più portato a dissociarsi dal substrato;

• Se l’enzima ha alta affinità con il substrato (si raggiunge in fretta la velocità massima),

Km sarà basso perché k1 > k2 (Km è più basso in quanto k1 si trova al denominatore).

• Se v= v /2, Km sarà uguale alla concentrazione del substrato.

max

Grafico di Lineweaver-Burk: è l’equazione inversa di quella di Michaelis Menten che crea un

grafico inverso. Determina in maniera più accurata i parametri Km/Vmax (pendenza). Si ottiene

una retta che intercetta -1/Km, mentre avremo una pendenza che intercetta 1/Vmax.

Inibitori:

- Irreversibili: modificano l’attività di un enzima in maniera definitiva; es. il diisopropil

fluorososfato interferisce con l’attività di un enzima riducendo la sua capacità di catalisi

impedendo l’ingresso del substrato a cui l’enzima dovrebbe legarsi; si lega con enzimi che

presentano residui amminoacidici che contengono residui solfidrici.

Acetilcolinesterasi: degrada il neurotrasmettitore acetilcolina per impedire un’eccessiva

stimolazione nervosa.

- Reversibili: il loro effetto può essere cancellat o ; possono essere competitivi (gli effetti degli

inibitori possono essere rimossi a causa dei loro legami deboli aumentando la concentrazione del

substrato; secondo il grafico B slide 17 la velocità massima è sempre la stessa, mentre Km

aumenta perché la presenza dell’inibitore diminuisce l’affinità con il substrato) o non competitivi

(l’inibitore non compete più col substrato specifico in quanto non si lega più al sito catalitico

dell’enzima ma su un’altra porzione, modificandolo a livello conformazionale e riducendo l’attività

catalitica (inibizione alosterica); secondo il grafico B slide 18 Km non varia, ma la velocità

massima diminuisce.

Le vie cataboliche, rappresentate da diverse reazioni biochimiche, possono essere regolate

attraverso il meccanismo feedback: il prodotto finale (Z secondo grafico slide 19) può regolare

l’attività del primo enzima della via metabolica per mantenere l’equilibrio della cellula

(omeostasi, per cui tutti i composti prodotti o demoliti devono avere concentrazione equilibrata,

onde evitare patologie). Una concentrazione troppo elevata di Z blocca il primo enzima della via

metabolica (feedback negativo o meccanismo di regolazione retroattivo, l’ultimo enzima blocca il

primo enzima della via metabolica).

Via ramificata: un enzima può essere l’intermedio di due diverse vie metaboliche; il prodotto Y

cambia la conformazione agendo sull’enzima E3, mentre Z su E5.

Bioenergetica e tipi di reazioni biochimiche

Funzioni del metabolismo: tutti gli organismi cellulari devono produrre lavoro per poter svolgere

le loro funzioni e possono fatturare energia da diverse fonti (es. Fotosintesi, in cui si cattura

l’energia dal sole per modificarla e convertirla in un’altra forma di energia; degradando sostan z

e

nutrienti ricche di energia; convertendo molecole delle sostan z e nutrienti della cellula stessa ;

tramite polimerizzazione – formando proteine, acidi nucleici e polisaccaridi; sintetizzando e

degradando biomolecole che svolgono funzioni specializzate della cellula, come lipidi di

membrana, messaggeri).

Come ottengono gli atomi di carbonio gli organismi?

Essi vengono ottenuti in maniera diversa in base a organismi autotrofi (che si nutrono da sé;

organismi fotosintetici, che usano l’anidride carbonica per formare composti organici – zuccheri-

che saranno utilizzati dagli organismi eterotrofi) ed eterotrofi (ottengono gli atomi di carbonio per

formare composti con dei legami con contenuto energetico). La forza che traina il processo sarà la

luce solare.

Ciclo dell’azoto: le piante e i batteri sfruttano l’ammoniaca o i nitrati solubili mentre i vertebrati lo

ottengono sotto forma di amminoacidi o altri composti azotati.

Respirazione: process i cellular i metabolici che avvengono negli organismi eterotrofi in presenza di

ossigeno.

Vie cataboliche e anaboliche

In ogni trasformazione di energia avremo una perdita di energia chiamata energia libera e un

aumento di energia non utilizzabile che viene dispera sotto forma di calore.

La bioenergetica è lo studio quantitativo delle trasduzioni energetiche (trasformazione di energia

da una forma a un’altra che avviene all’interno della cellula) che avvengono in processi metabolici

divisibili in due vie:

- Vie cataboliche: i processi catabolici consistono nella ossidazione/demolizione di sostanze

nutrienti assunte soprattutto durante l’alimentazione (carboidrati, lipidi, proteine) in strutture più

semplici (monomeri) per ricavare energia sotto forma di molecole di ATP (molecola per eccellenza

per assunzione di energia) e trasportatori di elettroni quali NADH, NADPH e FADH2.

- Vie anaboliche: i processi anabolici (detti anche vie di sintesi) hanno meccanismo contrario, ossia

consistono nella formazione di polimeri (molecole di grandi dimensioni) a partire da piccoli

monomeri richiedendo energia.

Tra le vie cataboliche e anaboliche troviamo le vie intermedie, in cui si ritrovano i metaboliti

intermedi con un peso molecolare minore e si formano dal substrato del prodotto; queste

producono energia chimica.

Leggi della termodinamica

• a

1 legge della termodinamica: in qualsiasi modificazione fisica o chimica la quantità

totale di energia dell’universo resta costante; l’energia può cambiare forma o essere

trasferita da una zona all’altra ma non può essere n é creata n é distrutta ;

• a

2 legge della termodinamica: l’entropia tende ad aumentare e l'universo tende a essere

sempre più disordinato.

Abbiamo tre entità termodinamiche:

- energia libera di gibbs (G): variazione di energia libera che esprime la quantità di energia in

grado di compiere lavoro (trasformare una molecola in un altra molecola) durante una reazione a

temperatura e pressione costante;

-valore positivo: reazione endoergonica e il sistema guadagna energia sotto forma di ATP ;

-valore negativo: reazione eso

ergonica e la reazione rilascia energia ;

- entalpia: riflette il tipo di legami di agenti reattivi e i prodotti;

- valore positivo: reazione endotermica, assunzione di calore;

- valore negativo: reazione esotermica e rilascio di calore.

- entropia: espressione quantitativa della casualità e del disordine di un sistema

ΔG= ΔH – T x ΔS

La maggior parte di reazioni che si svolgono nella materia vivente appartiene a una delle seguenti

categorie generali:

• reazioni che formano un legame carbonio-carbonio o che lo spezzano;

• riarrangiamenti interni (un gruppo funzionale può essere spostato da un atomo all’ altro),

isomerizzazioni ed eliminazioni;

• reazioni che implicano la formazione di radicali liberi;

• trasferimenti di gruppi chimici (es. Gruppo acetilico);

• ossidoriduzioni (presenti in grandi quantità nel catabolismo).

- Legame covalente carbonio-carbonio o rottura:

Possiamo avere due situazioni: scissione omolitica (la rottura del legame comporta la condivisione

di un elettrone da parte di ciascun atomo e si formano radicale e atomo di idrogeno ) o eterolitica

(un solo atomo trattiene i due elettroni e forma carbanione e protone se è il carbonio a trattenerli,

carbocatione e ione idruro se è l’idrogeno e carbanione carbocatione se la rottura avviene tra due

atomi di carbonio.

Interazioni tra nucleofili ed elettrofili

Nucleofili: gruppi funzionali ricchi di elettroni e capaci di donarli

• l’ossigeno, carico negativamente agisce da specie nucleofila e lo ritroviamo in un ossidrile

non protonato o acido carbossilico ionizzato;

• sulfidrili;

• carbanione;

• gruppo amminico non carico;

• imidazolo;

• ione idrossido.

Elettrofili: gruppi funzionali poveri di elettroni che li attirano

• Il carbonio può agire da nucleofilo o elettrofilo a seconda dei gruppi con cui è legato ; se si

lega all’ossigeno quest’ultimo fa da nucleofilo e il carbonio da elettrofilo;

• gruppo imminico protonato: il carbonio può agire da elettrofilo in quanto gli elettroni del

doppio legame possono essere condivisi dall'azoto;

• gruppo fosfato: si lega a 4 atomi di ossigeno e subisce l’attacco nucleofilo da parte di un

gruppo r;

• protone.

Proprietà gruppi carbonilici

Il carbonio è l’elemento maggiormente presente nelle molecole;

Una sua proprietà è la risonanza: fenomeno che permette di rappresentare una molecola con più

strutture, le quali differiscono soltanto per la disposizione degli elettroni all’interno della

molecola. La capacità di una molecola di dar vita a questo fenomeno comporta la formazione di

ibridi/composti più stabili (valido anche per le immine e ioni metallici o acidi generali). Ciò si può

applicare anche a reazioni nelle vie metaboliche e in questo caso si ha la formazione di un legame

carbonio-carbonio con condensazione aldolica: il carboanione agisce da nucleofilo e attacca un

gruppo carbonilico elettrofilo;

Condensazione di claisen: al posto del gruppo R vi è un gruppo CoA-S (un coenzima A); il legame

carbonio-carbonio viene rotto con la decarbossilazione di un beta-chetoacido : si forma un

carboanione stabilizzato da un gruppo carbonilico che va incontro alla formazione di un ibrido di

risonanza.

Tutti i processi comportano allo stato di ossidazione del carbonio livelli sempr