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Biochimica I - Enzimi - Riassunto esame, prof. Camici Appunti scolastici Premium

Riassunto di Biochimica I sugli Enzimi. Nello specifico gli argomenti trattati sono i seguenti: Un estratto cellulare è un omogenato, la fermentazione alcolica, reazioni della glicolisi, reazione enzimatica, equazione di Arrhenius, La riduzione dell’energia... Vedi di più

Esame di Biochimica I docente Prof. G. Camici

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ESTRATTO DOCUMENTO

L’enzima non viene modificato nel corso della reazione, e proprio per

 questo può riproporsi in un secondo ciclo. Se dividiamo in due questa

serie di due reazioni: ⇒

E + S ES

ES E + P

(si può fare la somma di due reazioni se il prodotto della prima diventa

reagente della seconda) ⇒

E + S

E S E + P

S P

Semplificando otteniamo che il substrato si trasforma in prodotto, quindi la

reazione si svolge comunque senza l’enzima che serve solo ad amplificarne

la velocità.

In una reazione chimica possiamo avere più substrati, e prima che si liberi

 il prodotto deve legarsi al sito attivo.

Se una reazione enzimatica è reversibile, quindi dobbiamo porre la freccia

inversa anche all’ultima reazione. Consideriamo le tre reazioni:

1. E + S ES con una velocità determinata dalla costante K

1

-1

2. ES E + S con la costante K

3. ES E + P con la costante K cat

La terza reazione è la tappa limitante ed è la reazione che regola l’intero

processo.

C’è una reazione che porta da E+S a ES, e due reazioni che rimuovono

 ES, dalla combinazione di queste reazioni noi abbiamo una

concentrazione di ES all’equilibrio.

V = K [E] [S]

f 1

All’equilibrio la velocità con cui si forma (in una singola reazione) ES, è

 uguale al prodotto della costate cinetica per la concentrazione dei

reagenti.

Le reazioni che portano alla scomparsa di ES sia per dissociazione che

 per decomposizione, quindi la velocità di scomparsa è il risultato di due

reazioni ognuna con la propria costante.

-1

V = (K + K ) [ES]

s cat 62

All’equilibrio V e V sono uguali e per questo possiamo uguagliare i

 f s

secondi membri: -1

(K + K ) = [E] [S]

cat

K [ES]

1

Essendo il primo membro un rapporto di costanti può essere riassunto da

 un’unica costante detta K M K = [E] [S]

M [ES]

Ricordiamo che la velocità iniziale dipende dalla tappa limitante perciò:

V = K [ES]

0 cat

Il valore massimo della velocità si ottiene quando tutte le molecole

dell’enzima sono saturate: V = K [E ]

max cat t

E = concentrazione dell’enzima totale

t

Ritornando alla reazione: K = [E] [S]

M [ES]

al numeratore abbiamo una data concentrazione dell’enzima, mentre al

denominatore una concentrazione dell’enzima legato al subtrato.

Quindi al numeratore c’è la quota di enzima libero, possiamo

 scrivere: K = ([E ] - [E ]) [S]

M t s

[ES]

Dove E è dato dalla differenza tra l’enzima totale con la quota che ha

 reagito col substrato. Risolviamo:

K = [E ] [S] - [ES] [S] ;

 M t [ES]

K = [E ] [S] - [ES] [S] ;

 M t

[ES] [ES] 63

K + S = [E ] [S] ;

 M t

[ES]

[ES] = [E ] [S]

 t

K + S

M

Dalla reazione V = K [ES] possiamo ricavare che [ES] = V

 0 cat 0 ,

K cat

Sostituiamo questo valore: V = [E ] [S]

0 , t

K K + S

cat M

Portiamo K al secondo membro:

 cat V = K [ES] [S]

0 cat

K + S

M

Dalla reazione V = K [E ] ricaviamo che:

 max cat t V = V [S]

0 max

K + S

M

Questa equazione ottenuta è quella di un iperbole equilatera.

Abbiamo dimostrato il modello cinetico minimo.

La curva iperbolica ha un asindoto e raggiunge il valore max all’infinito, quindi

il valore della velocità max è un valore tendenziale e si raggiunge a

concentrazioni infinite di substrato.

K è un valore cinetico, e un’indicazione del grado di affinità tra enzima e

M

substrato. L’affinità va interpretata come concentrazione di substrato in grado

di attivare l’enzima, più bassa è la concentrazione del substrato più alta è

l’affinità.

K è la determinata concentrazione a cui si ottiene la velocità semimassimale

M

della reazione.

Questo lo possiamo dedurre dalla formula di Michaelis e Menten, quando

V = V

0 max

2

K sarà uguale a [S]:

M V = V [S]

0 max 64

K + S

M

V = V [S]

max max

2 K + [S]

M

K + [S] = 2 V [S]

M max

V max

K + [S] = 2 [S]

M K = [S]

M

Torniamo alla curva trovata sperimentalmente e troviamo il valore di K .

M

V V

0 MAX

V MAX

2 K [S]

M

Le condizioni sperimentali non consentono di avere una curva che va

visibilmente a saturazione e bisogna approssimare l’asindoto. In questa curva

non è possibile aumentare [S] fino a quando la velocità raggiunge il max

perché ci può essere una sovraconcentrazione di reagenti.

Calcolarci il V su questa curva è arbitrario per questo è necessario

max

ricorrere ad un artificio matematico detto di Darkon su Darkon.

Questo consiste nel fare il reciproco dell’equazione dell’iperbole ottenendo

l’equazione di una retta. 1 = K + [S]

M 65

V V [S]

0 max

1 = K + [S]

M

V V [S] V [S]

0 max max

Otteniamo la relazione di Lineweaever- Burk

1 = K 1 + 1

M

V V [S] V

0 max max

Questa è l’equazione di una retta del tipo y= ax + b dove a è la pendenza e

b l’intercetta sull’asse delle ordinate.

Costruiamo il nostro grafico secondo quest’equazione quindi avremo in

ascisse il reciproco delle concentrazioni e in ordinate il reciproco delle

velocità iniziali.

1 0,1

V 0 0,05 1 = 0,014

V max

- 0,033 0,06 0,16

1 1

V [S]

0

0,1 0,2

0,052 0,1

0,043 0,067

0,034 0,05

0,031 0,04

0,022 0,02 66

Estrapoliamo la retta fino a quando non incontra l’asse delle ordinate e delle

ascisse e le due intercette ci danno il valore di K e V .

M max

L’intercetta dell’asse delle ordinate è il reciproco di V , 1/V = 0,014,

max max

quindi V = 71MMmin,

max

L’enzima ha una velocità di 71 MMmin e trasporta nell’unità di tempo 71

micromoli di substrato in condizioni di saturazione.

Il prodotto K / V 1/[S], quando siamo sull’intercetta delle ordinate, e 1/

M max

[S]=0 è zero e quindi 1/V = 1/V .

0 max

L’intercetta sulle ascisse è 0 quindi 1/V = 0

0

0 = K 1 + 1

M

V [S] V

max max

K 1 = - 1

M

V [S] V

max max

1 = - 1 V max

[S] V K

max M

1 = - 1

[S] K

M

K è la concentrazione di S a cui si dà la velocità massimale. L’enzima

M

comincia a trasformare il substrato solo quando la concentrazione raggiunge

valori nell’ordine di grandezza di K .

M

La velocità semimassimale si ottiene quando il 50% dei siti è occupato dal

substrato.

La K è la concentrazione del substrato necessaria per occupare metà dei

M

siti, se il K è basso c’è alta affinità tra enzima e substrato.

M

INIBIZIONE ENZIMATICA

Gli inibitori modificano in una reazione o il K o il V .

M max

L’enzima può essere modificato in diversi modi, ad es. una modificazione

chimica. Quando la modificazione chimica è di tipo irreversibile porta

all’inattivazione dell’enzima. Esistono inattivazioni irreversibili destinate ad

eliminare una popolazione enzimatica che poi vengono distrutte dalla cell.

riutilizzando gli amminoacidi.

Un enzima in vivo può essere inattivato, inibito da elevata temperatura,

attraverso un processo reversibile dove la rinaturazione è possibile. Esistono

numerose situazioni che portano inibizioni reversibili ad es. l’avvelenamento

67

da metalli pesanti. Il piombo ad es. si lega ai gruppi surfidrilici dell’enizima

inibendolo, è reversibile perché basta somministrare del chelante e l’enzima

si ripara.

Inibizione competitiva

Ipotizziamo di studiare un’enzima, diamo a V e a [S] dei valori:

0

[S] V 0

- -

- -

- -

- - Riportiamo questi valori su un sistema di assi

cartesiani e otteniamo la curva iperbolica.

Riproponiamo i reciproci dei valori e otteniamo la retta e per estrapolazione ci

ricaviamo i valori di V e K .

max M

Vogliamo verificare se la presenza di una certa sostanza ha effetto sulla

nostra reazione catalitica.

Consideriamo gli stessi valori (a diverse concentrazioni di substrato) con una

concentrazione fissa della nostra sostanza.

Otteniamo una famiglia di curve e su ognuna determiniamo V e la serie di

0

valori corrispondenti.

V V

0 max

V max

2 K K K [S]

M M M

La curva si modifica :

il valore di V diminuisce sempre ad ogni concentrazione di substrato;

 0

la V non viene di molto modificata;

 modificata

max 68

K aumenta quando è presente la sostanza.

 M 1/ V

0

1/ K M 1/ [S]

Il segmento che intercetta l’asse delle ordinate nello stesso punto mentre

intercetta l’asse delle ascisse sempre più vicino all’origine degli assi.

La nostra sostanza è dunque un inibitore perché inibisce la velocità iniziale.

L’INIBIZIONE CHE PROVOCA È DI TIPO COMPETITIVA:

Nella inibizione competitiva, l’inibitore possiede una struttura chimicamente

molto vicina a quella del substrato.

La similitudine delle due strutture porta il substrato e l’inibitore a competere

per gli stessi siti attivi dell’enzima.

dell’enzima 69

Se è l’inibitore che si lega con l’enzima, si forma un complesso EI che

impegna l’enzima e non lo rende disponibile per il substrato. In questo caso la

reazione catalizzata non può avvenire. L’esito della competizione dipende

dalla concentrazione delle due molecole che si contendono il sito attivo.

La V abbiamo visto che diminuisce sempre, questa dipende, secondo il

0

modello cinetico minimo, dalla K e dalla concentrazione enzima substrato.

cat

V = K [ES]

0 cat

Quando sarà presente l’inibitore la quota di ES sarà inferiore e quindi anche

la V diminuirà.

0

La velocità massima tende a restare uguale perché si ottiene a

concentrazioni infinite di substrato.

Il K aumenta perché essendo la velocità semimassimale, quando c’è

M

l’inibitore bisognerà, per raggiungere lo stesso valore semimassimale,

aumentare la concentrazione del substrato, quindi il K sarà aumentato.

M

L’inibitore sposta la curva a dx, e la retta vicino alll’origine degli assi.

Gli inibitori agiscono in maniera dose dipendente.

Un es. di inibizione competitiva:

COOH

I

H—C

I

CH

I

COOH

ACIDO SUCCINICO ACIDO FUMARICO

Questa è una reazione del ciclo dell’acido citrico. L’ac. Succinico va incontro

ad ossidazione diventando ac. Fumario. Questa reazione è catalizzata

dall’enzima succino deidrogenasi.

Questa reazione può essere inibita da composti come:

COOH COOH

I I

CH C=O

2

I I

COOH CH 2

I

COOH 70

ACIDO MALONICO ACIDO OSSALACETICO

Sull’inibizione competitiva degli enzimi si basa una parte della chemioterapia.

E’ inoltre coinvolta nel metabolismo.

Inibizione acompetitiva o incompetitiva

Sempre con la nostra reazione e il nostro enzima analizziamo l’effetto di

un’altra sostanza. 71

V 1/V I

0 0 C

C 1/K M

I

K K [S] [S]

M M

La V diminuisce ;

 0

La V diminuisce , all’infinito le curve non si incontreranno mai;

 max

K sembra diminuisca

.

 M

Nella inibizione non competitiva, l’inibitore si lega all’enzima in una zona

diversa da quella del sito attivo dando luogo al complesso EI. L’inibitore si

lega solo quando si forma il complesso enzima substrato formando il

complesso enzima-substrato- inibitore che può solo tornare indietro.

La V diminuirà perchè diminuirà la [ES], a causa dell’inibitore.

0

La V diminuisce perché l’inibitore è in grado di sottrarre una quota del

max

complesso ES anche quando tutto l’enzima è saturato e si sarebbe dovuta

raggiungere la V .

max 72

K diminuisce perché essendo V molto bassa basteranno basse [S] per

M max

raggiungere la velocità semimassimale.

Inibizione non competitiva pura

Facciamo sempre la solita sperimentazione:

V 1/V

0 0 1/ V max

[S] 1/K 1/ [S]

M

V diminuisce;

 0

V diminuisce;

 max

K coincide, non varia.

 M

L’inibitore ha accesso sia all’enzima libero siche sia complessato con il

substrato. L’inibitore è ugualmente affine sia all’enzima libero sia al

complesso ES, sottrae quindi uguali quantità dell’enzima libero sia

dell’enzima complessato. 73

CLASSIFICAZIONE DEGLI ENZIMI

La nomenclatura e la classificazione degli enzimi si basa sul tipo di reazione

catalizzata e sul nome del substrato specifico di ciascun enzima. Si

raccolgono in sei classi, ognuna suddivisa in sottoclassi e queste, a loro

volta, in sottosottoclassi.

C

LASSI

Ossidoreduttasi : catalizzano le reazioni di ossidoriduzioni

Transferasi : catalizzano il trasferimento di gruppi

Idrolasi : catalizzano la rottura dei legami con aggiunta di H2O

Liasi : catalizzano l’addizione ai doppi legami

Isomerasi : catalizzano le reazioni di isomerizzazione

Ligasi : catalizzano la formazione di legami.

LA REGOLAZIONE ENZIMATICA

Osserviamo con maggire attenzione la curva che ricaviamo dall’equazione di

MIchealis e Menten:

V Dal punto di vista dell’ordine della

0 reazione possiamo individuare tre

fasi:

Nel primo tratto possiamo

A considerare la reazione come una

di I° ORDINE, in quanto c’è una

quasi diretta proporzionalità tra

velocità e [S].

Procedendo la curva si

A approssima ad ORDINE 0, dove la

velocità è indipendente dalla [S].

K [S]

M Il tratto di connessione in ci c’è il

A transito tra pseudo-prim’ordine e

pseudo-ordine 0.

La dipendenza della velocita dal substrato e quindi il controllo della reazione

operato dal substrato avviene solo se la cinetica si approssima al prim’ordine.

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flaviael

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DESCRIZIONE APPUNTO

Riassunto di Biochimica I sugli Enzimi. Nello specifico gli argomenti trattati sono i seguenti: Un estratto cellulare è un omogenato, la fermentazione alcolica, reazioni della glicolisi, reazione enzimatica, equazione di Arrhenius, La riduzione dell’energia di attivazione da parte di un enzima, ecc.


DETTAGLI
Esame: Biochimica I
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Biotecnologie mediche e farmaceutiche
SSD:
Università: Firenze - Unifi
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher flaviael di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biochimica I e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Firenze - Unifi o del prof Camici Guido.

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