Biochimica - Appunti

Gli enzimi

Introduzione alle proteine e agli enzimi

Le proteine possono essere, come abbiamo visto, strutturali, che hanno ruolo di supporto, per esempio quelle del corno del rinoceronte. Ci sono poi quelle con un ruolo propriamente detto, quelle funzionali, non un enzimi, ruolo meccanico. Tra queste ci sono gli enzimi, una sottoclasse ma comunque sia definibili proteine. Gli enzimi sono semplicemente quelle proteine che catalizzano una reazione chimica: un enzima lega le molecole e le fa reagire abbattendo la barriera cinetica tra i reagenti e i prodotti (catalizzatore biologico).

Se dico in generale proteina, non sto dicendo enzima, non necessariamente catalizza una reazione. Tuttavia, non è detto che una proteina per poter funzionare, non debba legare qualche molecola. L'esempio tipico sono l'emoglobina e la mioglobina, i trasportatori di ossigeno dell'organismo. Sono delle proteine globulari che hanno la funzione di trasportare un'altra molecola, ma non ne catalizzano alcuna reazione: la acchiappano, la legano, la portano da un'altra parte e la rilasciano. In ogni caso c'è un legame tra la molecola piccola (ospite) e la proteina. Tale molecola che si va a legare, si chiama ligando.

Substrato e funzione degli enzimi

Se poi parliamo di un enzima (che è sempre una proteina), la molecola si chiama substrato. Però, concettualmente è la stessa cosa: molecola che si va a legare alla proteina. Il ligando, o che sia substrato nel caso di un enzima, non è la molecola che serve alla proteina per funzionare, ma è la molecola con cui la proteina ha a che fare per quanto riguarda la sua funzione.

Molte proteine hanno bisogno di un altro gruppo per funzionare. E allora parliamo di cofattore o gruppo prostetico: il cofattore è una molecola che si lega alla proteina prima di legare il ligando. Facciamo l'esempio della mioglobina; essa è fatta da 153 amminoacidi arrangiati in un certo modo, con le sue varie strutture secondarie e la struttura terziaria. Funziona da trasportatore per l'ossigeno, quindi lo deve legare, trasportarlo e rilasciarlo. Il punto principale è che non può riuscirci di per sé, con la sua sola struttura fatta di AA: ha bisogno di un'altra molecola dentro di sé, che faccia da centro attivo dove viene legato l'ossigeno.

Se quest'ultimo si lega all'emoglobina, dopo di che arriva l'ossigeno. Se questo complesso di tre molecole si sposta, l'ossigeno viene rilasciato e poi si stacca il gruppo eme (torno a Mb da sola), allora il gruppo eme è un cofattore che si lega alla proteina solo nel momento in cui essa deve funzionare e c'è un legame reversibile. Se invece il gruppo eme è legato saldamente alla proteina (legato dopo a biosintesi e poi non si stacca più), è un gruppo prostetico (un cofattore con un legame irreversibile con la proteina).

Sito di legame e specificità

Se stiamo parlando di una proteina generica, non un enzima, il punto, la "tasca" dove si sistema il ligando, si chiama sito di legame. Se invece parliamo di un enzima, quando abbiamo a che fare con una reazione chimica, la superficie dove va il substrato, si chiama sito attivo (nel senso che catalizzerà la reazione). In ogni caso è dove si attacca la molecola alla proteina. A volte non c'è gruppo prostetico, non c'è cofattore, può essere solo una "cavità" della proteina, dipende insomma dal caso che stiamo analizzando.

Il sito di legame è specifico per il ligando. Per specificità si intende che, anche se c'è una miriade di molecole intorno alla proteina, quest'ultima ne legherà solo una di un tipo particolare o alcune molto simili. È come se la proteina riuscisse a discriminare e legare solo quella che le serve effettivamente. Questo avviene grazie all'affinità molto elevata tra il sito di legame e il ligando. Questo perché il sito di legame ha una particolare conformazione per cui è pronto (come forma e come posizione di gruppi, per esempio, polari), ad ospitare il ligando che, quando arriva, si legherà a quel sito di legame formando un'interazione elettrostatica, un legame idrogeno, un'interazione idrofobica. È come se ci fosse una complementarità quasi perfetta tra il sito di legame ed il ligando.