Appunti di biologia - Bicocca, STP 1 Anno, prof Combi

Il concetto di energia di attivazione nelle reazioni chimiche

molecole riescono ad avere un'adeguata energia di attivazione che permette la collisione.

Per ovviare questo problema, sono stati creati gli enzimi. Si tratta di proteine (tranne alcuni RNA) responsabili di tutte le trasformazioni chimiche cellulari.

E + S → ES → EP → E

Le reazioni enzimatiche si possono riassumere con un'equazione:

E + S → ES → EP → P

L'enzima di lega al substrato (reagenti con cui l'enzima deve reagire per dar luogo alla reazione) formando il complesso enzima - substrato; con la catalisi (reazione enzimatica) si forma il complesso enzima - prodotto; il prodotto viene rilasciato e l'enzima va a catalizzare un'altra reazione.

L'enzima, infatti, non viene consumato nella reazione (lo abbiamo sia prima che dopo): serve solo per coadiuvare, facilitare l'interazione tra i reagenti per dare origine ai prodotti. Ciò fa sì che uno stesso enzima possa interagire con reagenti di reazioni diverse più volte.

Gli enzimi

presentano più siti di legame:

- Sito attivo sito efficace dell'enzima presso il quale avviene la catalisi; ha una struttura tridimensionale e una conformazione specifica che lo rende ingrado di conoscere lo specifico substrato da legare (secondo un meccanismo "chiave-serratura", dove la chiave è il substrato e la serratura è il sito attivo). Nel sito attivo, quindi, si andranno a collocare gli specifici reagenti (substrati) catalizzati da quell'enzima, andando a formare il complesso enzima-substrato; successivamente alla catalisi, e dunque alla trasformazione dei reagenti legati in un solo prodotto, si formerà il complesso enzima-prodotto; infine, il prodotto sarà rilasciato. L'enzima, con il suo sito attivo, facilita dunque il contatto tra i due reagenti (e dunque anche le reazioni chimiche). Questo fa sì che, in presenza dell'enzima, l'energia di attivazione si abbassi. In tal modo, il numero di molecole

Cuiall'aumentare dei substrati non aumentala velocità della reazione). Ciò avvienecostante di MichaelisLa (K ) per un singoloM perché nella cellula la quantità di enzimienzima rappresenta la concentrazione di è definita: quando, nella cellula, tutti glisubstrato a cui ½ dei siti attivi disponibili enzimi stanno già partecipando a unasono occupati e la velocità di reazione è reazione, i substrati non si possonopari a ½ (V )max legare ad alcun enzima, e diconseguenza la velocità della reazioneOgni enzima catalizza una reazione specifica.Caratteristiche degli enzimi:Specificità di reazione:- ogni enzima catalizza un solo tipo di reazione;Specificità di substrato:- capacità di discriminare tra molecole molto simili. Lareazione avviene a carico di un ristrettissimo numero di composti tra lorosimili, detti substrato, che riescono ad incastrarsi nel sito attivo. Nellamaggior parte dei casi,

Il substrato è rappresentato da un solo composto;

Specificità di gruppo: alcuni enzimi non identificano un substrato specifico in base alla conformazione del substrato e del sito attivo, ma in base alla presenza o meno sulla molecola di una particolare gruppo chimico. In tal senso, alcuni enzimi non sono specifici, ma riconoscono tante sostanze tra loro correlate, purché queste abbiano un gruppo chimico comune. Riguarda enzimi con funzioni più ampie, come quelli coinvolti nella sintesi o nella degradazione dei polimeri.

Gli enzimi che una cellula presenta dipendono da quali geni della stessa cellula vengono letti e trascritti. Una cellula, in particolare, contiene tanti enzimi quanti sono le reazioni da catalizzare.

Gli enzimi possono essere regolati: la loro capacità catalitica può essere aumentata (attivazione) o diminuita (inibizione).

Per ora abbiamo visto solo le regolazioni generate dalla cellula, le quali sono reversibili.

L'attività enzimatica esiste però un'inibizione irreversibile: una volta bloccata l'attività dell'enzima, quell'enzima non potrà più funzionare nella vita della cellula. Gli inibitori irreversibili sono in genere farmaci tossici per la cellula (es. penicillina).

L'inibizione reversibile, invece, può essere di due tipi:

• Inibizione non competitiva: l'inibitore allosterico non competitivo si lega al sito allosterico cambiando la conformazione dell'enzima in modo che esso, con il sito attivo, non possa più legare il substrato; non è competitivo in quanto l'inibitore si lega a un sito diverso dal sito attivo, e dunque non compete con il substrato per il sito attivo.
• Inibizione competitiva: l'inibitore allosterico competitivo si lega direttamente al sito attivo, competendo con il substrato (rispetto al quale ha una conformazione simile) per il sito attivo. Tale inibizione viene

attuatameno frequentemente nella cellula e ha la funzione di ridurre l'attività dell'enzima stesso.

IL FLUSSO DELL'ENERGIA "autos"

Si definiscono come organismi autotrofi (dal greco = da sé stesso e "trophos" = alimentazione) quelli capaci di nutrirsi utilizzando solamente semplici sostanze inorganiche, come avviene per le piante che necessitano solo di anidride carbonica ricavata dall'aria, di acqua e sali minerali assorbiti dal terreno. Esse infatti fissano l'anidride carbonica e l'acqua per produrre zuccheri (sostanze organiche). In base alla nutrizione autotrofa si può parlare di:

• Fotoautotrofia: è il caso delle piante, che utilizzano la luce del sole come fonte di energia;
• Chemioautotrofia: è il caso di alcuni batteri, che utilizzano sostanze chimiche inorganiche (che vengono ossidate) come fonte di energia;

"héteros"

Gli organismi eterotrofi (dal greco = altro, differente) si nutrono

c'è una perdita di energia utilizzabile sotto forma di calore nei vari passaggi: non si giungerà mai ad avere la stessa quantità iniziale di energia.

I processi metabolici coinvolti nel flusso di energia sono diversi:

• Fotosintesi: fissazione di anidride carbonica e acqua a dare zuccheri da parte delle piante e delle alghe (autotrofi); gli zuccheri prodotti vengono poi usati dagli eterotrofi e processati con vie metaboliche particolari (glicolisi; respirazione cellulare/fermentazione).
• Glicolisi: tipica degli organismi aerobici (cellule eucariotiche) e degli organismi anaerobici (batteri):
  • Organismi aerobici danno vita alla respirazione cellulare, dove si ha l'ossidazione completa degli zuccheri e il rilascio del maggior quantitativo possibile di energia sotto forma di ATP (36/38 ATP).
  • Organismi anaerobici danno vita alla fermentazione; l'ossidazione degli zuccheri è parziale e dunque si produce poca energia sotto forma di ATP.