Enzimologia

G

altrimenti avrei un che praticamente è nullo, perché nessun enzima può lavorarmi a pH =

0

0, quindi in biochimica l’H come standard non è a concentrazione 1 M, ma è a pH = 7, quindi a

+

concentrazione di 10 M.

-7

La seconda eccezione è l’acqua:

se io prendo l’acqua a 1 M, praticamente prendo una cellula in cui acqua non ce ne è, le cellule

sono fatte per il 98% di acqua, il 98% assimiliamolo al 100%, quindi che concentrazione ha

l’acqua in una cellula?

100% di acqua significa 1000 gr di acqua in un litro; 1000 gr di acqua che concentrazione

hanno?

1000 diviso il peso molecolare dell’acqua che è 18 in un litro, mi dà una concentrazione di 18

gr/l che è praticamente 55,5 M.

Quindi queste sono le uniche due eccezioni, perché sono le eccezioni che se io non le vado a

rispettare praticamente mi trovo che gli enzimi si trovano in un ambiente in cui non possono

G

lavorare, tutti gli altri reagenti che troviamo sono sempre a concentrazione 1 M nel ’.

0

Quindi in una reazione biochimica io scrivo:

G G

quindi non , ma ’.

0 0

Quindi: G

e questi vanno a finire nel ’.

0

G

Il è indipendente dal meccanismo?

Dipende soltanto da dove sono partita io, cioè da quanto reagente e quanto prodotto ho messo

all’inizio, quanto di A, quanto di B, quanto di C e quanto di D.

G.

Se parto da altre condizioni, devo ricalcolarmi il

Quindi dipende soltanto dal punto in cui io sono partita, sempre all’inizio della reazione, ve lo

sto ripetendo perché è quello che è importante, io non so quello che succederà dopo, so da dove

parto e quindi è da dove parto che devo capire se poi posso andare avanti o no.

G

Quindi quello che io so è che all’equilibrio, succede che il è uguale a zero, questa è una cosa

G

utile perché se = 0 e io mi trovo all’equilibrio, allora:

8

dove Keq è la costante di equilibrio, attenzione il rapporto diventa la costante di equilibrio, non

lo era prima, e all’equilibrio diventa la costante di equilibrio.

Quindi io posso scrivere che all’equilibrio:

quindi:

questo è molto utile perché mi permette di ragionare sulle reazioni chimiche.

Facciamo un esempio, tutto questo a cosa ci è servito?

Questa reazione la conoscete?

Di che cosa fa parte?

Della glicolisi, è l’ultima reazione della prima

fase della glicolisi.

Quindi facciamo anche un piccolo ripasso di

biochimica.

La reazione della trioso fosfato isomerasi.

Ovviamente voi sapete che le cellule la glicolisi la fanno, quindi è una reazione spontanea,

perché spontanea? Devo sapere se questa reazione è

spontanea in condizioni normali, cioè a

pH = 7 e a 25°C.

Allora io conosco la costante di equilibrio

che è 0,0475 e già questo ci dice qualcosa, che la reazione è molto spostata verso sinistra,

mentre le cellule ce la fanno verso destra, quello che va avanti nella destra della glicolisi è la

gliceraldeide-3-fosfato, ma la costante di equilibrio è molto spostata verso sinistra, perché

questo numero è molto più piccolo di 1.

Allora vediamo perché le cellule ci riescono a farla.

G

Quindi io mi posso calcolare il ’, cioè:

0

che cosa concludiamo?

G

Che ’ è positivo, non facciamo la glicolisi?

0

G

Questo ’ ci dice semplicemente che se io parto da concentrazioni 1 M all’inizio, la reazione

0

non è spontanea.

Le cellule non partono da una concentrazione 1 M di diidrossiacetone fosfato.

Ma se io partissi da una concentrazione 1 M dell’una e 1 M dell’altro, la reazione non sarebbe

G

spontanea, il ’ è la variazione di energia libera in condizioni standard, noi non stiamo

0 9

G

lavorando in condizioni standard, quindi che il ’ sia positivo, non vuol dire che la reazione

0

G.

non può avvenire, perché la reazione è data dal

Quindi io devo chiedermi da quali concentrazioni sono partita all’inizio.

Allora facciamo l’ipotesi che io parto

dal diidrossiacetone fosfato iniziale di

2x10 M e gliceraldeide-3-fosfato

-6

iniziale di 3x10 M, non sono

-4

condizioni intracellulari, sono

concentrazioni prese un pochino a

caso, però io voglio sapere se a queste

concentrazioni la reazione avviene, allora che cosa faccio?

G

Uso la formula completa e mi faccio il calcolo e viene fuori = 4,754 Kcal mole , che vuol dire?

-1

Che la reazione non è spontanea. G

La reazione è spontanea quando il è negativo.

Allora che dico, non la faccio questa reazione?

No, mai dire questo, ma vuol dire che sono partita da concentrazioni iniziali sbagliate, quindi io

provo a metterci altre concentrazioni iniziali, 2x10 M e 3x10 M, e facendomi tutti i calcoli

-4 -6

G G

stavolta il = -0,680, quindi la reazione è spontanea perché il è negativo.

G

Tutto questo per farvi capire che è importante conoscere il valore del ’ perché ci serve nella

0

G

formula finale, ma il ’ non è un’indicazione della spontaneità di una reazione, perché ci dice

0

qual è la variazione di energia libera nelle condizioni standard, cioè quando tutto è a

G

concentrazione 1 M, tranne quelle due eccezioni, poi quello che io devo valutare è il all’inizio

della reazione con le concentrazioni dei reagenti che io ho e quindi devo mettere nella mia

G

equazione il ’ che mi sono calcolata in qualche modo o lo trovo tabulato e le concentrazioni

0

dei reagenti che ho a quella temperatura e a quel punto vado a valutare se la reazione è

spontanea, se non è spontanea gioco un po’ con le concentrazioni dei reagenti fino a che non

riesco a trovare quali sono le concentrazioni in cui la reazione può avvenire.

Questo è il concetto che vi deve rimanere. G, G

Quindi la spontaneità di una reazione è stabilita dal valore del non da quello di ’.

0

E sono importanti le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti all’inizio della reazione, perché

sono quelli che vanno messi nella formula.

G

Allora, facciamo un miracolo, se è positivo la reazione non avviene, ma questo è quello che

vi dicono tutti, io vi dico che sono in grado di farvi avvenire qualunque reazione, come?

Basta giocare un po’ con la matematica, cioè noi la matematica in questo corso la usiamo a

nostro vantaggio, come ci pare, senza stravolgere niente dei principi, perché se io parto che la

A, la B, la C e la D all’inizio della reazione sono un certo valore, allora posso giocare sulle

G

concentrazioni dei reagenti, ma se io non trovo nessuna concentrazione che mi dà un < 0

che faccio?

E quella reazione la voglio fare per forza.

Elimino uno dei prodotti, non ce li metto dentro la reazione, metto soltanto A e B o soltanto A,

B e C, D non ce lo metto, perché?

Perché se io non ci metto D, allora mettiamo qui dentro:

10

la concentrazione di D è zero, tutto il prodotto è zero, e logaritmo di zero quant’è?

È - nella funzione del logaritmo a zero ho - quindi se ln0 = - da qualunque cosa io parta

∞, ∞, ∞,

come altre concentrazioni ho che questo è - - per una cosa positiva, perché R e T sono

∞, ∞ G

positivi, essendo - può essere positivo quanto vi pare il ’, il risultato è sempre -

0

∞, ∞

quindi la reazione è spontanea.

Quindi io posso dirvi che una reazione chimica può procedere praticamente sempre, basta che

all’inizio della reazione uno dei prodotti non sia presente.

Questo a volte lo si usa in biotecnologie, per aumentare la spontaneità di una reazione uno

mette il substrato, ma non il prodotto.

Ecco perché dico sono cose che hanno una base teorica, ma che poi dopo hanno un riscontro

pratico e noi dobbiamo vederci il riscontro pratico di tutto quello che vi dico, vi assicuro che

non vi dico nulla di inutile, tutto quello che vi dico è perché ha qualche utilità pratica, quindi voi

cercate quello, perché sto studiando questa cosa? Che utilità mi dà? C’è sempre un motivo,

primo o poi lo trovate.

Quindi una reazione chimica può avvenire in qualunque momento, basta che uno dei prodotti

G

all’inizio non sia presente, perché in questo modo io ho un che è sicuramente negativo, anzi

G

molto negativo, perché ho un logaritmo di zero che è - indipendentemente dal valore di ’

0

∞,

io posso ottenere la spontaneità di una reazione.

Quindi so benissimo che posso fare qualunque reazione voglio, siamo arrivati a questo.

Quindi possiamo fare tutto quello che ci pare?

Fino ad un certo punto, perché adesso io so che una reazione può avvenire

termodinamicamente, so come mettermi in condizioni per far avvenire la reazione dal punto di

vista termodinamico, ma quanto tempo ci metto a far avvenire questa reazione?

La termodinamica non ce lo dice e non ce lo dirà mai, ci dice soltanto che la reazione avviene,

ma non in quanto tempo.

Facciamo un esempio: questa molecola è il normale zucchero che abbiamo a casa, il

saccarosio, disaccaride glucosio-fruttosio, se vi dico che il

saccarosio + l’ossigeno viene metabolizzato dalle cellule in 12

molecole di anidride carbonica e 12 molecole di acqua alla fine del

ciclo di Krebs, della catena di trasporto degli elettroni e così via,

G

e che il ’ di questa reazione è:

0

voi che mi dite?

Questa reazione è spontanea?

Sì? 11

Allora spiegatemi perché a casa ci avete lo zucchero dentro al barattolo e il giorno dopo ci

ritrovate ancora lo zucchero e non ci trovate acqua con le bollicine, e ce lo trovate anche dopo

una settimana lo zucchero dentro al barattolo e se siete a dieta e ce lo lasciate ancora per un

mese ce lo trovate anche dopo un mese.

Perché la reazione è spontanea, ma non vi ha detto in quanto tempo, se gli lasciate abbastanza

tempo magari succederà, ma avete tempo di morire voi, i vostri nipoti, i vostri pronipoti e così

via, sarà sempre lì.

G

Quindi ’ se io parto che nel barattolo non ci metto né CO , né H O, la reazione è ancora più

0 2 2 G

spontanea, perché parto dalla condizione in cui uno dei due prodotti è zero,