Riassunto esame Biochimica, prof. Palestini

CINETICA ENZIMATICA

Andamento della velocità di una reazione catalizzata da un enzima.

K : costante di Michaelis (concentrazione di substrato alla quale la

m

reazione va metà della velocità massima)

[S]: concentrazione di substrato

V : velocità massima della reazione che corrisponde a una

max

concentrazione di substrato tale da saturare tutti i siti di legame

dell’enzima, ma che tuttavia non si otterrà mai

Dal grafico si può intuire che con un K piccola si ha la metà della velocità

m

massima: quindi l’enzima funziona bene. Quindi l’efficienza dell’enzima si

può descrivere facendo riferimento a questa costante: più la metà della

velocità di ottiene con una k piccola, più l’enzima funziona bene.

m

1. Un valore alto di Km indica una bassa affinità per il substrato

2. Un valore basso di Km indica un alta affinità per il substrato

INIBIZIONE ENZIMATICA

Gli inibitori enzimatici sono sostanze in grado di diminuire o annullare l'azione catalitica di un enzima. Essa puç

essere:

1) IRREVERSIBILE: impossibilità di potere ripristinare l'attività catalitica

2) REVERSIBILE: possibilità di ripristinare la funzione catalitica dell'enzima tramite aumento della concentrazione

del substrato rispetto all'inibitore NON COMPETITIVA

COMPETITIVA Gli inibitori non competitivi sono in grado di

Gli inibitori competitivi occupano il sito di legame legare siti differenti dal sito attivo. . Il loro

del substrato, impedendo al substrato di legarsi legame all'enzima genera un cambiamento

correttamente conformazionale dell'enzima stesso, che può

avere come conseguenza l'inibizione del legame

tra enzima e substrato.

N.B.

INIBIZIONE DA PRODOTTO: meccanismo molto comune di controllo dell’attività enzimatica il prodotto che

inibisce un enzima non è l’immediato prodotto dell’attività enzimatica, ma un prodotto, in eccesso rispetto alle

eccessive esigenze della cellula, più avanti nella via metabolica.

PRECURSORI INATTIVI: Alcuni enzimi vengono sintetizzati come precursori inattivi e successivamente attivati per

rottura di uno o più legami specifici (es. pancreas)

REGOLAZIONE ENZIMATICA

1) Variando il pH

2) Associazione/ Dissociazione: un complesso multienzimatico funziona meglio di subunità staccate

3) Costitutivi/induttivi: aumento della quantità di enzimi a livello genico (si opera nella trascrizione)

ISOENZIMI

sono enzimi esistenti in forme molecolari diverse, catalizzanti la stessa reazione. Un enzima molto importante è il

lattico deidrogenasi (LDH).

ENZIMI COME INDICATORI DIAGNOSTICI

1) La determinazione degli enzimi nel siero viene utilizzata come importante ausilio diagnostico

2) Il livello di attività di numerosi enzimi aumenta in differenti condizioni patologiche

E’ un processo mitocondriale in cui per sintetizzare ATP è necessario creare un legame ad alta energia tra ADP e un

fosfato inorganico. Questa energia viene fornita dall’ossidazione di nutrienti in presenza di ossigeno, cioè la molecola di

ATP, altamente energetica, viene prodotta nel momento in cui l’organismo trasforma le molecole complesse (cibi che

ingeriamo) nelle molecole semplici: H2O (in parte eliminata con l’urina e in parte riciclata), NH (eliminata

2

completamente con l’urina) e CO2 (buttata fuori con la respirazione).

La produzione di energia avviene nell’organismo grazie alle reazioni redox, reazioni in cui c’è un flusso di elettroni, e, in

questo caso anche protoni, che serviranno per produrre ATP.

A +B ↔ A +B

rid ox ox rid

PASSAGGI FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA (mitocondri):

- Il massimo grado di ossidazione di un nutriente avviene quando tutti i carboni vengono ossidati, cioè viene a

formarsi il prodotto di scarto CO (reazioni di deidrogenazione a carico del carbonio). I lipidi vengono maggiormente

2

ossidati rispetto ai carboidrati in quanto hanno più molecole di carbonio da ossidare, di conseguenza produrranno

più ATP. +

- Due coenzimi intervengono come accettori temporanei di elettroni e protoni che prendono il nome di FAD e NAD .

Esse hanno la capacità reversibile di acquistare due elettroni e due protoni da un composto che si ossida,

diventando FAD ridotto, ossia FADH , e NAD ridotto, ossia NADH. Tuttavia, il ciclo non si ferma e questi coenzimi

2

vengono riossidati

- I due coenzimi vengono riossidati, cioè cedono a loro volta i propri elettroni e con essi una certa quantità di energia

chimica , in una successiva sequenza di reazioni biochimiche, dette nel loro complesso catena respiratoria. Durante

la riossidazione, si ha l’utilizzo dell’energia chimica liberata per la sintesi di ATP.

CATENA RESPIRATORIA (membrana interna mitocondri):

- Man mano che i FADH e NADH si riossidano, cedendo elettroni, l’ossigeno si comporta come l’accettore finale di

2

elettroni. L’ossigeno quindi accettando elettroni si riduce formando acqua.

PRODUZIONE DI ATP

- Durante questo fluire di cariche, alcuni protoni si localizzando tra la membrana mitocondriale interna e quella

esterna. Si inizia a creare un gradiente elettrochimico, in quanto le cariche nello spazio intermembrana sono in

quantità maggiore rispetto allo spazio interno.

- Il passaggio di protoni, che deve avvenire per ottenere l’equilibrio elettrochimico, non può avvenire

spontaneamente attraverso la matrice mitocondriale interna, perché questa membrana è molto selettiva. I protoni

devono obbligatoriamente passare attraverso un apposito canale nella membrana mitocondriale interna. Questo

canale è una molecola proteica, ATP sintetasi, costituita da un gambo e da una testa. Passando attraverso questo

canale, i protoni dissipano il gradiente nella testa della proteina per fornire energia sufficiente ad ADP e fosfato che

daranno origine all’ ATP.

Fonti: pane, pasta, riso

I carboidrati o zuccheri sono composti da C, H e O. Si dividono in tre classi: monosaccaridi, unità singole di carboidrati,

disaccaridi, composti da due unità di monosaccaridi e polisaccaridi, composti da migliaia di unità di monosaccaridi.

- CONCENTRAZIONE DI GLUCOSIO NEL SANGUE (GLICEMIA):

è fisiologica nei parametri 100mg/100ml.

L’organismo risente moltissimo dell’aumento dei glucosio nel sangue, dopo tre ore la glicemia ritorna fisiologica.

Questo accade perché le cellule β del pancreas endocrino rilevano l’aumento di glucosio e rilasciano l’insulina che si

lega ad alcuni recettori presenti sulla membrana citoplasmatica di organi bersaglio, come tessuto adiposo e

muscolare. In questi tessuti, entra il glucosio che verrà utilizzato o depositato, diminuendo così la concentrazione

nel sangue. Nel fegato, il glucosio entra a valanga e verrà catalizzato o usato come riserva.

↓

Il glucosio dal sistema circolatorio entra nella cellula attraverso i trasportatori, perché è idrofilico e non riesce a

passare la membrana plasmatica da solo, e successivamente viene fosforilato, cioè legato a una molecola di fosfato in

posizione sei in modo da non permetterne l’uscita. Si forma il cosiddetto il glucosio 6-fosfato. Qui, il glucosio può

andare incontro a tre possibili destini metabolici.

GLICOLISI (METABOLISMO ENERGETICO)

- Il 90% del glucosio 6-fosfato va incontro a destino glicolitico, cioè viene degradato, al fine di produrre ATP.

- Nella glicolisi, si ossidano completamente le molecole di carbonio del glucosio

- La glicolisi avviene nel citosol di tutte le cellule e si divide in due fasi:

1) INVESTIMENTO ENERGETICO (la cellule spende due molecole d ATP): qui, si ha la modificazione della molecola di

glucosio nella molecola di fruttosio 2-6-difosfato che ha sei atomi di carbonio. Questa molecola viene scissa in due così

da ottenere due molecole ciascuna aventi tre atomi di carbonio.

2) RECUPERO ENERGETICO: queste due molecole a tre atomi di carbonio vengono modificate. Ciascuna, infatti, viene

modificata in una molecola di NADH e per ogni molecola vengono prodotte due molecole di ATP. Quindi, la resa netta

energetica è di due molecole di ATP e due molecole di NADH. Le due molecole di di 2-3-difosfato vengono

trasformate in due molecole di piruvato.

La glicolisi ha la particolarità di potere avvenire sia in presenza che in assenza di ossigeno, anche se, nel secondo caso,

viene prodotta una minore quantità di energia:

In condizioni anaerobie, il NADH viene ossidato in maniera alternativa e le molecole di acido piruvico vengono

degradate in altri composti organici, come l'acido lattico. Due distretti operano la glicolisi anaerobica:

- i globuli rossi: hanno una grande quantità O , ma non hanno i mitocondri per fare glicolisi aerobica

2

- tessuto muscolare: alcune fibre del tessuto muscolare fanno glicolisi anaerobica per convenienza, perché

preferiscono produrre una quantità limitata di ATP (2 molecole) ma in un tempo molto più veloce.

In condizioni aerobie, le molecole di acido piruvico seguono una serie di reazioni.

CICLO DI KREBS:

Le due molecole di piruvato entrano nei mitocondri e qui vengono trasformate in AcetyL-CoA, molecola in cui

confluiscono le vie di catabolismo dei carboidrati, lipidi e amminoacidi. L’ AcetyL-CoA è il primer del ciclo di Krebs,

un processo di trasformazione mitocondriale. Questo ciclo è il cuore del metabolismo, perché tutte le vie

metaboliche vi confluiscono, e porta all’ossidazione di tutti i carboni fino ad arriva a CO 2.

Ogni molecola di AcetyL-CoA si combina con una molecola a quattro atomi di carbonio e si forma un composto a sei

atomi di carbonio, l'acido citrico. Questa molecola va incontro a una serie di trasformazioni il cui scopo ultimo

ossidare i carboni a CO e produrre 3 molecole di NADH, 1 molecola di FADH e 1 molecola di GTP (uguale alla

2 2

molecola di ATP solo che al posto della adenina c’è la guanina).

RESA ENERGETICA

- Per ogni molecola di Acetyl-CoA si produce:

3 molecole di NADH = 9 ATP

1 molecola di FADH2 = 2 ATP

1 molecola di GTP = 1 ATP

Siccome entrano nel ciclo di krebs due molecole di Acetyl-CoA, si produrranno in totale 24 ATP

- Per ogni molecola di piruvato che viene trasformata in acetile si forma un NADH:

2 molecole di NADH = 6 ATP

- Nella glicolisi (nel recupero energetico )si formano due molecole di NADH:

2 molecole di NADH = 6 ATP

In totale verranno prodotte 36/38 molecole di ATP (38 se i due NADH portati nel mitocondrio vengono portati in

un modo che ha una resa alta o bassa )

SHUNT DEI PENTOSI FOSFATI

Circa il 10% del glucosio 6-fosfato non passa per una via energetica, ma produce zuccheri a 5 atomi di carbonio per il

DNA e l’RNA (ribosio e desossiribosio) e una molecola di NADPH, un importante coenzima delle vie biosintetiche (attua

la sintesi di colesterolo, acidi grassi, neurotrasmettitori.. ), che non viene mai riossidata nella catena respiratoria.

METABOLISMO DI GLICOGENO E GLUCOSIO

Tutti gli organismi animali, hanno la capacità di immagazzinare il glucosio in eccesso sotto forma di glicogeno, un

polisaccaride di riserva. L’organo principale che riesce a sintetizzare il glicogeno è il fegato. Durante la notte ad esempio

l’abbassamento della glicemia stimola le cellule α del pancreas endocrino a produrre glucagone che ha come bersaglio

principale alcune cellule del fegato stimolando la demolizione di glicogeno e la liberazione del glucosio per sistema

circolatorio per mantenere costante la glicemia.

Questa via avviene in modo cospicuo nel fegato e nel tessuto muscolare, dove il glucosio viene depositato sotto forma

di glicogeno, ma il glucosio, che non può essere liberato sotto forma di glucosio-6-fosfato, come nel fegato, funge da

riserva energetica a esclusivo consumo del tessuto muscolare. Inoltre, avviene in forma minoritaria nel rene e

nell’intestino.

Metabolismo di glicogeno

Il glicogeno è un polisaccaride di riserva presente nella cellule animali. Esso è formato da residui di glucosio uniti tra di

loro mediante legami α 1-4 e α 1-6. Il glucosio non può essere utilizzato come riserva perché, richiamando a sé troppa

acqua, farebbe scoppiare la cellula, mentre il glicogeno ha un richiamo d’acqua minore.

Sintesi glicogeno: Il glucosio 6-fosfato deve essere trasformato in glucosio 1-fosfato

Il fosfato in posizione 6 deve essere portato in posizione 1 per rendere altamente energetico il carbonio in posizione 1.

glucosio 6-fosfato → glucosio 1-fosfato

Il glucosio 1-fosfato viene convertito in UDP-glucosio

Entra in gioco una molecola al alta energia che si chiama UTP (analoga all’ATP sono che al posto dell’adenina c’è

l’uridina) reagisce con il glucosio 1-fosfato dando origine alla molecola UDP-glucosio.

Il fosfato che dalla posizione 6 è stato spostato alla posizione 1 e il fosfato che apparteneva alla molecola di UTP

formano il gruppo fosfato-fosfato, chiamato gruppo pirofosfato.

Questo è altamente instabile e immediatamente si dissocia in due molecole di fosfato. La reazione libera una quantità di

energia tale che si forma l’ UDP-glucosio molto velocemente.

glucosio 1-fosfato + UTP → UDP-glucosio

La glicogeno sintetasi: è l’enzima che fa i legami α 1-4 affinché possa iniziare la formazione di una nuova catena di

glicogeno

L’enzima ramificante: è l’enzima che fa i legami α 1-6 che non è soggetto a meccanismi di regolazione

Metabolismo di glucosio

Demolizione di glicogeno:

Il glucagone, prodotto dalle le cellule α del pancreas endocrino, attiva l’enzima glicogeno fosforilasi attraverso dei

recettori, che taglia i legami α 1-4. I legami α 1-6 vengono tagliati dall’enzima deramificante. Si libera così il glucosio.

Nel tessuto muscolare, l’adrenalina stimola la degradazione del glicogeno per liberare glucosio, quindi energia.

REGOLAZIOE GLICEMICA

INSULINA: abbassa la glicemia e stimola il fegato a sintetizzare il glicogeno. Attiva la glicogeno sintetasi e inibisce la

glicogeno fosforilasi

GLUCAGONE: alza la glicemia e stimola il fegato a secernere glucosio nel sangue. Attiva la glicogeno fosforilasi e inibisce

la glicogeno sintetasi

Fonti: grassi di origine vegetale (olio d’oliva, frutta secca..) e grassi di origine animale (formaggio, burro, strutto..)

Assunzione: Funzioni:

I lipidi vengono assunti sempre sotto forma di trigliceridi. I lipidi hanno funzioni:

Un trigliceride è una molecola di glicerolo a cui sono legati 1) energetiche (tranne il colesterolo): gli acidi grassi

tre acidi grassi che possono essere dei trigliceridi principalmente producono ATP

1) saturi (es. acido palmitico, lungo 16 atomi di 2) termiche: tessuti adiposi fungono da isolanti

carbonio, presente nei grassi di origine termici

animali16:0. Esistono anche oli vegetali che 3) meccaniche: i tessuti adiposi proteggono da danni

contengono un’alta percentuale di grassi saturi) meccanici

2) insaturi (es. acido oleico, lungo 18 atomi di 4) strutturali: formano le membrane biologiche che

carbonio con una insaturazione, presente sono fatte da fosfolipidi, colesterolo e glicolipidi

nell’olio d’oliva 18:1).

DIGESTIONE

Gli enzimi che consentono la digestione dei lipidi sono tre:

1) Lipasi pancreatica: forma un monogliceride più due acidi grassi

2) Fosfolipasi A2: catabolizza i fosfolipidi

3) Colesterolo esterasi: taglia l’acido grasso legato al colesterolo

I sali biliari, derivati del colesterolo, prodotti principalmente dal fegato e immagazzinati nella cistifellea, sono

fondamentali per l’emulsione dei lipidi che consente loro di essere solubili in acqua e più facilmente aggredibili dagli

enzimi che degradano queste molecole.

METABOLISMO ENERGETICO

ASSORBIMENTO

Al termine della digestione, si è ottenuto acidi grassi liberi, i monogliceridi, il colesterolo e gli isofosfolipidi, fosfolipidi a

cui manca un acido grasso. Queste molecole entrano nella cellula intestinale.

Prima che i lipidi entrino nella cellula vengono smontati e quando sono al suo interno vengono rimontati. Questo fatto

ha due funzioni:

1) Le molecole smontate sono diverse dalla molecole rimontate. Ciò serve per far mantenere la differenza di

concentrazione

2) I’ organismo ricostruisce i trigliceridi in modo specifico, diverso da quello che si introduce con la dieta

La cellula intestinale impacchetta i lipidi insieme al colesterolo e a delle proteine, sintetizzate dal reticolo

endoplasmatico, dando luogo alla formazione di chilomicroni, strutture solubili in acqua, prodotte dalla cellula

intestinale che vengono a veicolare i lipidi prima all’interno del sistema linfatico, in cui i linfonodi controllano che non

siano stati inseriti nei chilomicroni delle sostanze anomale, e poi all’interno del sistema circolatorio.

↓

Il chilomicrone viaggia nel sistema circolatorio fino ad arrivare nei piccoli vasi. Sul versante endoteliale dei capillari di

molti tessuti, è presente la lipoproteinlipasi, una proteina molto flessibile che si muove in funzione del flusso sanguigno

e che ha una testa che riconosce una proteina caratteristica del chilomicrone che è l’ APO C II.

↓

La lipoproteinlipasi riconosce l’APO C II e blocca il chilomicrone, tagliando gli acidi grassi legati al glicerolo che

compongono il cuore dei chilomicroni. ↓

Gli acidi grassi e il glicerolo entrano nei tessuti circostanti. Il colesterolo viene inviato non ai tessuti, ma al fegato che

quindi regola la glicemia e la sintesi del colesterolo.

Riassunto di Biochimica per l'esame della professoressa Palestini su: reazioni biochimiche, enzimi, cinetica enzimatica, regolazione. Bioenergetica, catena respiratoria, fosforilazione ossidativa
Glucidi. Digestione, assorbimento, glicolisi aerobia e anaerobia. Gluconeogenesi. Shunt dei pentosi fosfati. Glicogeno e regolazione della glicemia. Lipidi. Digestione, assorbimento. Lipolisi. Biosintesi. Ciclo di Krebs. Corpi che tonici. Colesterolo. Fosfolipidi. Glicolipidi. Lipoproteine.
Proteine. Digestione, assorbimento. Metabolismo. Ciclo dell’urea.
Nucleotidi. Sintesi e catabolismo. Secondi messaggeri e ormoni. Nutrizione e vitamine.