Flusso dei metaboliti e l’energia libera di Gibbs

A.A. 2019-2020

Appunti del corso di

Biochimica

• Energia libera di Gibbs e vie metaboliche
• Il flusso dei metaboliti

A.A. 2019-2020

Appunti del corso di

Biochimica

• Energia libera di Gibbs e vie metaboliche
• Il flusso dei metaboliti

La variazione di energia libera (ΔG) di una reazione chimica è come una spinta o una forza che porta i reagenti verso l’equilibrio. Maggiore è la variazione di energia libera, più la reazione è lontana dall’equilibrio e più forte è la tendenza della reazione a procedere. In condizioni di equilibrio poiché i reagenti e i prodotti non subiscono variazioni nette si ha ΔG = 0.

La maggior parte degli enzimi di una determinata via metabolica opera in condizioni vicine all’equilibrio, e quindi ha velocità nette di reazione che variano in funzione delle concentrazioni dei loro substrati. Ci sono poi alcuni enzimi che agiscono in condizioni lontane dall’equilibrio e sono collocati in posizione strategica lungo le vie metaboliche. Questo ha alcune importanti conseguenze:

• Le vie metaboliche sono irreversibili

Una reazione fortemente esoergonica caratterizzata da ΔG << 0 è irreversibile, cioè tende a raggiungere il completamento. Quando una reazione irreversibile è parte di una via metabolica in più tappe, conferisce una direzione precisa a tutta la via; rendendo irreversibile l’intera via metabolica

• Ogni via metabolica ha una prima tappa di controllo

Di solito esiste una reazione irreversibile (esoergonica) nella prima parte della via anche se la maggior parte delle reazioni di una via metabolica opera in condizioni vicine all’equilibrio, questa tappa «decide» se il prodotto di reazione deve continuare lungo la via e non può tornare indietro.

• Le vie cataboliche e le vie anaboliche sono differenti

La trasformazione di un metabolita in un altro tramite un processo esoergonico, richiede di fornire energia libera per riconvertire il secondo metabolita nel primo. Essendo un processo energeticamente in salita, richiede una via diversa per almeno una delle singole tappe della reazione. Un’importante proprietà delle vie metaboliche è l’esistenza di percorsi indipendenti di interconversione, questa proprietà permette un controllo indipendente dei due processi.

Sebbene molte reazioni siano vicine all’equilibrio, un’intera via metabolica – e il metabolismo cellulare nel suo complesso – non raggiunge mai l’equilibrio. Questo perché i materiali e l’energia entrano ed escono continuamente dal sistema, che si trova in uno stato stazionario. Le vie metaboliche procedono, come se cercassero di raggiungere l’equilibrio, in virtù del principio di Le Châtelier, ma non riescono mai a raggiungerlo, perché continuano ad arrivare nuovi reagenti, mentre i prodotti non si accumulano.

Gli organismi viventi sono definiti sistemi aperti da un punto di vista termodinamico, sistemi che tendono a mantenere uno stato stazionario piuttosto che raggiungere l’equilibrio. Il flusso degli