Biologia applicata

Principi di termodinamica nelle reazioni chimiche

G=H-TS- L'energia libera diminuisce durante una reazione esoergonica- L'energia libera aumenta durante una reazione endoergonica. Una reazione può avvenire spontaneamente solo se il suo G è negativo. G fornisce la direzione del processo:

• G<0 reazione esoergonica (spontanea) ossidazione del glucosio
• G>0 reazione endoergonica sintesi del glucosio
• G=0 reazione all'equilibrio

Le reazioni che di solito non potrebbero svolgersi spontaneamente vengono accoppiate a reazioni spontanee. Nelle reazioni accoppiate, la reazione esoergonica fornisce l'energia necessaria per far avvenire la reazione endoergonica come il trasporto attivo, i movimenti cellulari e l'anabolismo.

METABOLISMO CELLULARE:

• Catabolismo
• Anabolismo

Reazione esoergonica: libera energia durante la respirazione cellulare e il catabolismo (la sintesi di ATP a partire da ADP a Pi richiede energia).

Reazione endoergonica: richiede energia per il trasporto attivo, i movimenti cellulari e l'anabolismo (l'idrolisi).

dell'ATP e Pi rilascia energia)*quanto più un atomo di carbonio è ossidato, tanto minore è la sua energia libera.

Le reazioni redox trasferiscono elettroni ed energia.

Quando elettroni vengono trasferiti da riducenti ad ossidanti si libera energia.

I coenzimi fungono da trasportatori di elettroni nelle ossidoriduzioni: NAD(nicotinammideadenindinucleotide) e FAD (flavinadenindinucleotide)

ENZIMI

Energia di attivazione: energia necessaria a indebolire i legami preesistenti e ad iniziare la formazione di nuovi legami.

Solo molecole con energia relativamente alta possono reagire, non c'è però differenza nell'energia libera in gioco tra la reazione catalizzata e non catalizzata.

La temperatura aumenta l'energia cinetica delle molecole del reagente, aumenta il numero di molecole che reagiscono, aumenta di conseguenza la velocità di reazione fino ad un valore soglia, al di sopra del quale perde questo effetto poiché

conformazione del sito attivo sono complementari- Modello adattamento indotto: l'enzima subisce una transizione conformazionale legandosi al substrato. La forma del sito attivo diventa complementare alla forma del substrato soltanto dopo che il substrato si è legato all'enzima.

- Orientamento: substrati orientati in modo da poter reagire

- Cambiamento chimico: l'enzima aggiunge cariche al substrato

- Tensione fisica: l'enzima stira il substrato

Un enzima accelera la reazione ma, in corrispondenza del valore massimo della velocità della reazione catalizzata, in ogni istante tutte le molecole dell'enzima si trovano combinate con le molecole di substrato.

In assenza di enzima, la velocità di reazione aumenta progressivamente all'aumentare della concentrazione dei reagenti.

Costante di Michaelis (Km): concentrazione del substrato a cui la velocità di reazione è la metà della velocità massima.

Numero di Turnover: numero

Di molecole di substrato che una molecola di enzima converte in prodotto nell'unità di tempo, quando l'enzima è completamente saturato. Gli enzimi sono proteine allosteriche, le sostanze che influenzano l'attività enzimatica, legandosi al sito allosterico, sono dette regolatori allosterici.

- Inibizione competitiva: l'inibitore compete con il normale substrato per il sito attivo dell'enzima. Un inibitore competitivo occupa il sito attivo solo temporaneamente. Aumenta la Km, l'inibizione può essere rimossa aumentando la concentrazione del substrato.

- Inibizione incompetitiva: l'inibitore si lega al complesso enzima-substrato e non gli lascia liberare i prodotti. Il substrato può ancora legarsi al complesso enzima-inibitore, ma il complesso enzima-inibitore-substrato non procede verso la formazione dei prodotti. La Vmax diminuisce, l'inibitore inoltre abbassa la concentrazione dell'enzima funzionale.

Lega ad un sito allosterico dell'enzima. L'inibizione a feedback tutela una cellula dallo spreco delle risorse per la produzione di composti non più richiesti. È una risposta rapida, mentre la repressione dell'espressione dei geni che codificano tutte le subunità degli enzimi del processo è una risposta a lungo termine.

- Attivazione proteolitica: zimogeni, precursori attivi di enzimi proteolitici

- Modificazioni covalenti

CENTRIFUGAZIONE

Una centrifuga è uno strumento progettato per produrre una forza centrifuga superiore alla forza di gravità terrestre.

Le particelle in soluzione se lasciate in condizioni di quiete tenderanno a sedimentare per effetto della gravità.

Per ogni particella la velocità alla quale essa sedimenta è proporzionale alla forza applicata, conseguentemente macromolecole in soluzione sedimentano più velocemente quando la forza applicata è maggiore di quella di gravità.

omogeneizzazione: disorganizzazione del tessuto e rottura di cellule -> omogenato

Fase di separazione: si crea un nuovo ordine raggruppando le componenti cellulari contenute nell'omogenato in base a uguali caratteristiche e proprietà di tipo fisico, quali dimensioni, densità centrifugazione (differenziale, in gradiente di densità) -> L'omogeneizzazione avviene in tampone solitamente ipotonico e a pH fisiologico, il tampone ipotonico facilita la rottura delle cellule. Si cerca tuttavia di mantenere condizioni in vitro non troppo drastiche, per non alterare la struttura delle proteine che vogliamo studiare.

METABOLISMO

Catabolismo e anabolismo

• Fase iniziale
• Fase intermedia
• Fase terminale

NAD+/NADH

Glicolisi

• Prima fase
• Seconda fase

Fermentazione

Ciclo di Krebs (concetti generali, non importa imparare le formule)

FOTOSINTESI

DNA

Geni:

• Elementi che contengono le informazioni che specificano le caratteristiche di un individuo
• Localizzazione sui cromosomi, fatti da

Informazione genica: istruzione per la sintesi di proteine

Identificazione del DNA come vettore genico tramite una serie di esperimenti a partire dal 1928 ad opera di Fred Griffith:

Utilizzò il Pneumococco in due forme:

• S (colonie lisce), capsulato, virulento
• R (colonie rugose), acapsulato, non-virulento

Le cellule morte del ceppo S vennero mescolate con batteri vivi e non virulenti di ceppo R.

Dimostrò l'esistenza del principio trasformante.

Successivamente per mezzo di altri esperimenti Avery, MacLeod e MacCarty mostrarono che il principio trasformante era il DNA.

Analogamente nel 1951 Herriot suggerì l'idea che solo il DNA del virus entra nella cellula batterica, nel 1952 Harshey e Chase dimostrarono sperimentalmente tale idea.

Nel 1953 Watson e Crick deducono l