Biochimica

Sommario

ENZIMI................................................................................................................................................2

CINETICA...........................................................................................................................................3

METABOLISMO E BIOENERGETICA.............................................................................................8

Reazioni biochimiche più comuni......................................................................................................10

METABOLISMO GLUCIDICO........................................................................................................14

GLICOLISI.....................................................................................................................................14

Fermentazione lattica..................................................................................................................21

Ciclo di Cori...............................................................................................................................22

Fermentazione ad etanolo...........................................................................................................22

GLUCONEOGENESI........................................................................................................................23

CORPI CHETONICI..........................................................................................................................26

OSSIDAZIONE aa.............................................................................................................................29

Ciclo Glucosio-Alanina......................................................................................................................31

CICLO DELL’UREA.........................................................................................................................32

CATABOLISMO ACIDI GRASSI - B-OSSIDAZIONE...................................................................34

CICLO DI KREBS.............................................................................................................................39

Ciclo del Gliossilato...........................................................................................................................44

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA..................................................................................................45

1-Shuttle Malato-Aspartato................................................................................................................48

2-Shuttle Glicerolo3P.........................................................................................................................49

ATP SINTASI.....................................................................................................................................50

FOTOFOSFORILAZIONE e FISSAZIONE DELLA CO2...............................................................51

2-Fase luce indipendente: Ciclo di Calvin..........................................................................................52

BIOSINTESI LIPIDI → LIPONEOGENESI....................................................................................53

Biosintesi colesterolo..........................................................................................................................59

BIOSINTESI DEI NUCLEOTIDI e degli AMMINOACIDI.............................................................60

AMMINOACIDI................................................................................................................................61

Biosintesi de novo dei nucleotidi purinici GUANINA E ADENINA................................................62

Biosintesi de novo dei nucleotidi pirimidinici................................................................................63

Biosintesi dei nucleotidi tramite le vie di recupero........................................................................64

GLICOGENO.....................................................................................................................................64

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ENZIMI

Sono delle proteine altamente specializzate con attività catalitica, ovvero

accelerano le reazioni chimiche rimanendo inalterati al termine della reazione

stessa.

La loro struttura è molto complessa e caratterizzata da una ben precisa

conformazione tridimensionale con ripiegamenti, rientranze e sporgenze e

presenta un sito attivo → regione a forma di fessura o di tasca che instaura

legami con il substrato: è costituito da pochi residui di aa con una

conformazione spaziale ben definita, complementare a quella del substrato con

cui interagisce.

Schema del modello dell'adattamento indotto: l’enzima cambia conformazione

man mano che il substrato si lega. I gruppi funzionali dell’enzima si posizionano

nell’orientamento corretto affinché possa avvenire il processo catalitico.

es: HK ha una forma ad U; le estremità si avvicinano una all’altra in seguito ad

una modificazione conformazionale indotta dal legame del glucosio.

Differenze tra enzimi e catalizzatori inorganici:

Peso molecolare: peso molecolare molto alto e conformazione

• tridimensionale complessa, articolata nelle quattro strutture proprie delle

proteine (a differenza dei catalizzatori della chimica inorganica che sono

composti molto semplici spesso anche semplici atomi).

Specificità: sono altamente specifici sia verso il substrato sul quale

• agiscono, sia verso il tipo di reazione che catalizzano. La maggior parte di

enzimi agisce su di un unico substrato o su un numero molto limitato di

composti (diversamente dai catalizzatori inorganici che molto spesso si

comportano da pas-partout e catalizzano numerose reazioni anche molto

diverse tra loro).

Potere catalitico: accelerano le reazioni almeno di un milione di volte.

•

Cofattore: gruppo chimico addizionale che aiuta l’attività catalitica

dell’enzima. Può essere costituito da:

ioni inorganici come Fe2+, Mg2+, Zn2+

- molecole organiche che agiscono come trasportatori transitori di specifici

- gruppi funzionali → coenzimi

Oloenzima: enzima con legato il cofattore.

Apoproteina: solo parte proteica dell’enzima

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CINETICA

Chimica che ha per oggetto lo studio della velocità delle reazioni chimiche e dei

diversi fattori che le influenzano. Affinché una reazione avvenga:

I reagenti si devono urtare;

● L’urto deve sprigionare un’energia sufficiente a innescare la reazione:

● urto efficace;

L’urto deve avvenire con un orientamento favorevole alla reazione;

●

Il momento dell’urto viene chiamato stato di transizione o complesso

attivato.

Energia di attivazione: barriera energetica che i reagenti devono superare

per trasformarsi nei prodotti. Si passa dallo stato basale con energia libera

bassa, allo stato di transizione in cui l’energia libera è elevata fino a tornare

allo stato basale in cui l’energia libera è minore di quella iniziale.

Variazione di energia libera standard in biochimica: PH: 7.4

ΔG = ΔH -TΔS

ΔH = entalpia e ha valore negativo per reazioni che liberano calore.

ΔG è la variazione di energia libera.

Esoergonica prevede liberazione di energia e i prodotti sono meno dei

reagenti. Reazioni cataboliche. ΔG negativo.

Endoergonica richiede energia, caratteristica della reazioni anaboliche che

sfruttano l’energia fornita dall’ATP prodotta nelle fasi del catabolismo. I prodotti

sono maggiori dei reagenti. Finché avvenga occorre che le molecole arrivino ad

un livello energetico elevato (ovvero stato di transizione in cui il livello

energetico è alto, c’è instabilità, si devono rompere legami, barriera energetica

che bisogna superare per far procedere la reazione). ΔG positivo.

ΔG non da info su velocità di reazione —> quantità di prodotto

(µmol/minuto) che si ottiene nell’unità di tempo o quantità di reagente che

viene consumata nell’unità di tempo (µmol al minuto).

Più l’energia di attivazione è alta, più la reazione è lenta: le molecole

impiegano più tempo per raggiungere il livello energetico richiesto per

l’attivazione.

Un catalizzatore abbassa l’energia di attivazione, rende la reazione più

veloce e rende maggiore la quantità di substrato che riesce a trasformarsi in

prodotto. Es: enzimi catalizzatori inorganici che consentono di abbassare

l’energia di attivazione, facilitando quindi la formazione dello stato di

transizione. Come? L’interazione enzima-substrato tramite reazioni non

covalenti libera energia che va a soddisfare buona parte dell’energia di

attivazione. L’energia che si libera dalle interazioni è chiamata energia di

legame ΔGB.

In una reazione catalizzata, la concentrazione del substrato modifica

la velocità delle reazioni catalizzate dagli enzimi. Maggiore è la quantità

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di substrato di partenza, maggiore è la quantità di prodotto che otteniamo man

mano che passa il tempo.

Confrontando le curve di 3 reazioni con quantità di substrato differente notiamo

che c’è proporzionalità che si perde man mano che la reazione va avanti: man

mano che il substrato si trasforma in prodotto diminuisce la probabilità con cui

il substrato va ad incontrare l’enzima.

V0: primi momenti in cui abbiamo la reazione in cui c’è proporzionalità,

ovvero la probabilità che il substrato incontri l’enzima è uguale per

tutte le reazioni.

Arrivati ad un certo punto la velocità diventa massima e non aumenta più: tutti

i siti dell’enzima sono occupati, quindi sta lavorando al 100%, al massimo della

sua capacità. A questo punto pur aumentando la quantità di substrato non

aumenta la velocità perché appunto l’enzima è alla velocità massima della sua

performance.

→ Cinetica di Michelis Mentel. Ricapitolando:

Inizialmente aumentando la concentrazione di substrato aumenta la velocità di

reazione (maggiori probabilità dell’enzima di incontrare substrato). Arrivati ad

un certo punto si raggiunge Vmax in cui la velocità non aumenta più e l’enzima

lavora al massimo delle sue capacità.

V0= Vmax (s) / KM + (s)

KM: costante di michaelis-mentel, ovvero concentrazione di substrato (mM) alla

quale la velocità della reazione è 1/2 della velocità massima.

S: concentrazione substrato.

Ogni enzima ha la sua Vmax e la sua km caratteristici: i valori di km variano

moltissimo da enzima ad enzima ed esprimono l’affinità che l’enzima ha per il

substrato. Il valore di km è indipendente dalla concentrazione dell’enzima e

dalla concentrazione del substrato.

KM bassa: ae un enzima ha km molto bassa ci vorrà poco substrato per

• saturare la metà dei siti dell’enzima. Alta affinità per il substrato;

KM alta: se un enzima ha una km molto bassa ci vorrà molto substrato

• affinché l’enzima lavori con una velocità che è 1/2 di quella massima. Bassa

affinità.

Basso S: se è molto più piccola di KM e quindi trascurabile

• v0= vmax (s)/K, cioè la velocità è direttamente proporzionale alla

concentrazione di substrato.

Alto S: se è molto più grande di km, questa diventa trascurabile e si ha v0=

• vmax cioè la velocità è massima, indipendentemente dalla concentrazione

di substrato.

Esocinasi: esiste in diversi isoenzimi.

Glucocinasi: esocinasi IV. Enzima che troviamo nei tessuti che non dipendono

dal glucosio, che hanno ruolo nella omeostasi glucidica come il fegato. Affinità

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bassa per l’enzima: non si satura subito ma è in grado di modulare l’attività in

base alle quantità di glucosio. KM alta.

Esocinasi I, II, III: affinità più elevata: si satura molto velocemente

raggiungendo alta velocità in fretta. KM molto bassa e quindi un’altissima

affinità per il glucosio. Le cellule con questo enzima (HK1) dipendono

strettamente dal glucosio per la loro attività come il globulo rosso o il cervello.

per un enzima che segue la cinetica di M-M , qual’è il valore di Vmax

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Problema:

se V0 è uguale a 1 mM al minuto a 1/10 km (ovvero a questa concentrazione di

substrato).

Problema 2: un enzima che catalizza una reazione irreversibile è presente nella

miscela di reazione ad una concentrazione tale per cui Vmax= 20 mM per litro

al minuto.

KM dell’enzima per il substrato S è pari a 10 20 mM

Se la concentrazione iniziale di S è pari a 500 µmol, qual’è la sua

concentrazione residua dopo 300 min di reazione?

Grafico di Lineweaver Burk: consente di avere un calcolo più accurato di

Vmax e Km. Quando creo il grafico dell’andamento della reazione, ovvero di

come varia la velocità al variare del suo substrato, posso creare anche il grafico

dei doppi reciproci in cui invece di una curva troviamo una retta. Per crearlo

uso i reciproci ovvero 1/S con 1/V.

Le zone in cui troviamo le intersezioni corrispondono a 1/Vmax e -1/Km.

Reciproci:

1/ V0 = Km / vmax * S + S /vmax * S

Regolazione dell’attività enzimatica

Le vie metaboliche devono agire di concerto in moto tale che l’organismo

risponda a delle esigenze: modulazione delle vie metaboliche com gli enzimi.

Regolazione a lungo termine: necessita di più tempo. La regolazione

dell’enzima riguarda la sintesi o degradazione della proteina.

Regolazione a breve termine: richiede solo secondi o frazioni di secondi.

ENZIMI REGOLATORI: regolano la velocità delle reazioni metaboliche, sono

capaci quindi di modulare l’attività catalitica . Non subiscono la cinetica di M-M:

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presentano una curva sigmoidale in cui c’è una crescita repentina che mostra

cooperatività. La curva sigmoidale è una curva ibrida in cui l’enzima a bassa

concentrazione di substrato è presente principalmente nello stato T

(relativamente inattivo) e ad alte concentrazioni di substrato nello stato R

(rilassato e più attivo). RICORDA: non si può parlare di KM in quanto non segue

la cinetica di M-M: si parla di K 0.5: concentrazione di substrato alla quale la

velocità è 1/2 della velocità massima. Es: emoglobina. Nel momento in cui l’O si

lega ad una subunità, il cambio di conformazione di questa subunità induce un

cambio di conformazione delle altre subunità che diventano più affini al legame

con l’O. La sua capacità di legame con l’O aumenta in maniera esponenziale.

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Le vie metaboliche sono vie MULTI-ENZIMATICHE: gruppi di enzimi lavorano

insieme per produrre una via metabolica in cui il prodotto del primo enzima

diventa il substrato del secondo e così via. Almeno un enzima è regolatorio,

ovvero è in grado di modulare l’attività catalitica in risposta a determinati

segnali. Nella maggior parte dei caso l’enzima regolatore è quello che catalizza

la prima reazione. Due tipi di enzimi regolatori e di modulazione:

Enzimi con Modulazione allosterica non covalente (reversibile):

regolazione rapidissima (secondi) dovuta all’attacco non covalente di un

enzima regolatore sul sito allosterico di un enzima allosterico . L’enzima altera

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la struttura dell’enzima che nella nuova conformazione ha proprietà cinetiche

differenti: si crea una variazione della forma del sito catalitico. - Inibitore

allosterico: favorisce la forma dell’enzima con minore affinità per il substrato:

stabilizza la forma T, quella dello stato inattivo (si rallenta la via metabolica). -

Attivatore allosterico: stabilizza la forma con il sito catalitico attivo in grado

di avere maggiore affinità con il substrato.

Un effettore allosterico può essere:

Substrato stesso: enzima omotropico;

Altre molecole: enzima eterotropico.

Modulatori positivi (k0,5 più bassa, aumenta l’affinità);-

- Modulatori negativi (k 0,5 più alta, meno affinità).

-

A seconda della presenza di modulatori positivi o negativi la curva sigmoidale si

sposta rispettivamente verso sinistra o verso destra. Es: glicogenofosforilasi

è formato da due subunità in cui ognuna presenta 1 sito catalitico e 1 sito di

regolazione. Normalmente si trova nella conformazione T (meno attiva) ma

quando aumenta nella cellula la concentrazione di AMP , questa si va a legare

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sul sito di regolazione generando cambio di conformazione (R) per cui il sito

diventa in grado di liberare il suo substrato. Nel momento in cui non serve più il

lavoro dell’enzima l’ ATP che si lega al siti specifico generando di nuovo cambio

conformazionale che diminuisce affinità dell’enzima per il substrato e si avrà

rallentamento della reazione.

1. Enzimi con Modulazione covalente. Può essere reversibile e

irreversibile. E’ una regolazione lenta che richiede qualche minuto. Es:

fosforilazione ad opera delle cinasi .

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Glicogenofosforilasi (descritta in precedenza) può essere regolata anche

dalla fosforilazione su un residuo di serina . Altri esempi sono:

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adenilazione, acetilazione, ubiquitinazione etc.

Inibizione Enzimatica: da non confondere con la regolazione negativa degli

enzimi regolatori). Può essere:

Reversibile: l’inibitore può legarsi a diversi siti e possiamo avere:

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- In . competitiva: l’inibitore ha una struttura molto simile a quella del substrato

e questa similitudine porta il substrato e l’inibitore a competere per lo stesso

sito attivo dell’enzima. Chi la vince tra i due? Dipende dalla concentrazione e

dall’affinità . Un ini