Riassunto esame Biochimica, prof. Palestini

Biochimica

Sono trasformazioni di materia in cui sono presenti sostanze che si disfano (reagenti) e sostanze che si formano (prodotti). A ↔ Breazione chimica in cui A rappresenta i reagenti, B i prodotti.

Equilibrio di reazione

Keq ΔG

• Dipende dalla temperatura e dalla pressione a cui si svolge la reazione e indica quanto una reazione sia lontana dalla posizione di equilibrio.
• Indica i rapporti fra concentrazioni dei prodotti e concentrazioni dei reagenti all’equilibrio.

Velocizzazione delle reazioni chimiche

Una reazione chimica può essere velocizzata:

• Aumentando la temperatura
• Utilizzando i catalizzatori

- Sono catalizzatori biologici in grado di aumentare la velocità di una reazione senza alterarne l’equilibrio e consentono ai prodotti di raggiungere uno stadio attivato che da soli non raggiungerebbero.

- Sono proteine.

- Sono sensibili al pH: gli enzimi funzionano bene solo a un pH fisiologico.

- Sono sensibili alla temperatura: gli enzimi funzionano bene solo a una temperatura di 38°C.

- Per rendere possibile la reazione, gli enzimi abbassano l’energia di attivazione che si oppone alla trasformazione dei reagenti nei prodotti.

- Sono caratterizzati da un sito di substrato e da un sito catalitico (o sito attivo).

Sito di substrato e sito catalitico

Sito di substrato: conferisce la specificità di un enzima per i suoi substrati (i reagenti).

Sito catalitico:

• Può coincidere con il sito di substrato o essere in prossimità di esso.
• Grazie alla presenza di alcuni gruppi funzionali presenti nelle catene di amminoacidi che lo costituiscono, è responsabile della specificità della reazione catalizzata.
• L’interazione del substrato con il sito catalitico determina la formazione del prodotto, rilasciato successivamente dall’enzima.
• Contiene più di un gruppo funzionale, importante per la catalisi, che consente a più reazioni di avvenire contemporaneamente.

Modelli di legame enzima-substrato

- Modello chiave-serratura (modello superato): l'enzima ed il substrato possiedono una forma esattamente complementare che ne permette un incastro perfetto, ma non ne spiega la catalisi.

- Modello dell’adattamento indotto (modello attualmente vigente): il sito catalitico è speculare non al substrato, ma allo stato di transizione del substrato, quindi rompe i legami, favorendo la rottura.

Cinetica enzimatica

Andamento della velocità di una reazione catalizzata da un enzima.

• K_m: costante di Michaelis, concentrazione di substrato alla quale la reazione va a metà della velocità massima.
• [S]: concentrazione di substrato.
• V_max: velocità massima della reazione che corrisponde a una 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_m piccola si ha la metà della velocità massima: quindi l’enzima funziona bene. Quindi l’efficienza dell’enzima si può descrivere facendo riferimento a questa costante: più la metà della velocità si ottiene con una K_m piccola, più l’enzima funziona bene.

• Un valore alto di K_m indica una bassa affinità per il substrato.
• Un valore basso di K_m 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 può essere:

• Irreversibile: impossibilità di ripristinare l'attività catalitica.
• Reversibile: possibilità di ripristinare la funzione catalitica dell'enzima tramite aumento della concentrazione del substrato rispetto all'inibitore.

Non competitiva: Gli inibitori non competitivi sono in grado di legare siti differenti dal sito attivo. Il loro legame all'enzima genera un cambiamento conformazionale dell'enzima stesso, che può avere come conseguenza l'inibizione del legame tra enzima e substrato.

Competitiva: Gli inibitori competitivi occupano il sito di legame del substrato, impedendo al substrato di legarsi correttamente.

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 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

• Variando il pH
• Associazione/Dissociazione: un complesso multienzimatico funziona meglio di subunità staccate
• 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

• La determinazione degli enzimi nel siero viene utilizzata come importante ausilio diagnostico.
• Il livello di attività di numerosi enzimi aumenta in differenti condizioni patologiche.

Produzione di ATP

È 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), NH₃ (eliminata 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_rid + B_ox

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 CO₂ (reazioni di deidrogenazione a carico del carbonio). I lipidi vengono maggiormente 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⁺. Essi hanno la capacità reversibile di acquistare due elettroni e due protoni da un composto che si ossida, diventando FAD ridotto, ossia FADH₂, e NAD ridotto, ossia NADH.
• 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 FADH₂ e NADH si riossidano, cedendo elettroni, l’ossigeno si comporta come l’accettore finale di elettroni. L’ossigeno quindi accettando elettroni si riduce formando acqua.

Produzione di ATP

• Durante questo fluire di cariche, alcuni protoni si localizzano 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.

Carboidrati

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 del 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 citopl...