Fondamenti di biochimica

La velocità di reazione diminuisce con il passare del tempo

Il substrato si consuma

La reazione è reversibile e la formazione del prodotto innesca la reazione contraria

Il prodotto di reazione può inibire l'attività dell'enzima

L'enzima può andare incontro a denaturazione

Per misurare la velocità di una reazione enzimatica conviene misurare la velocità iniziale (v₀)

Caratteristiche della catalisi enzimatica

Gli enzimi si combinano transitoriamente col substrato e ne abbassano l'energia di attivazione

Gli enzimi non modificano l'equilibrio della reazione, ma agiscono solo accelerando il raggiungimento dell'equilibrio e il modo col quale la reazione va all'equilibrio.

Gli enzimi non sono modificati nella reazione, ed al termine di una reazione sono subito disponibili per catalizzare una nuova. L'enzima infatti non viene consumato durante la reazione.

Meccanismo

d’azione degli enzimi

La reazione di catalisi enzimatica avviene all’interno di una “tasca” della proteina chiamata sito attivo.

La molecola che si lega all’enzima e su cui l’enzima opera si chiama substrato.

Gli enzimi, fondamentalmente, stabilizzano lo “stato di transizione (es)” che è la specie molecolare amaggior contenuto energetico.

Si usa indicare con s il substrato su cui l’enzima opera la trasformazione (catalisi) ed e l’enzima.

Tutto il meccanismo parte dalla formazione del complesso enzima-substrato es ed avviene secondo loschema:

Dove es è il complesso enzima-substrato ed ep il complesso enzimasubstrato modificato, ovvero ilprodotto p. La reazione è reversibile.

Come si vede l’enzima esce immodificato dalla reazione e il substrato ha invece subito latrasformazione operata dall’enzima ed è il prodotto della catalisi.

Modulatori dell’attivita’

competitiva

Si ha inibizione non competitiva quando l'inibitore si lega reversibilmente ad un radicale amminoacidico dell'enzima in un sito diverso dal sito attivo.

Deformazione del sito attivo: esso può ancora ricevere il substrato, ma non è più in grado di trasformarlo in prodotto.

Numero di turnover è solo abbassato, perché ciò che diminuisce è vmax.

3. Inibizione incompetitiva

Si ha inibizione incompetitiva quando l'inibitore si lega reversibilmente al complesso enzima-substrato durante il processo catalitico.

L'inibitore non competitivo si lega all'enzima in un sito diverso da quello del substrato, mentre l'inibitore incompetitivo si lega al complesso enzima, substrato già formato e ciò riduce significativamente le possibilità, per l'enzima, di disfarsi del prodotto.

effetto della temperatura sulle reazioni catalizzate da enzimi un eccessivo aumento della temperatura

Le condizioni che regolano l'attività degli enzimi sono:

• pH
• Temperatura

Inoltre, gli inibitori (sostanze o fattori che riducono l'attività enzimatica) sono:

• Un enzima regolatore che controlla le quantità di sostanze che devono essere trasformate in una via metabolica (catalizza la reazione più lenta)
• Enzimi allosterici che modulano la velocità dell'intero processo metabolico

Caratteristiche degli enzimi allosterici:

• Struttura quaternaria (due o più subunità proteiche)
• Possiedono più siti chimicamente attivi
• Effettore: molecola che interagendo in siti lontani dal sito attivo di un enzima, esercita un qualche effetto sulla sua attività (positivo o negativo)
• L'enzima allosterico, costituito da due subunità proteiche, esiste in due forme oscillanti fra uno stato attivo ed uno inattivo

Inibizione allosterica in alcuni casi.

sistemimultienzimatici l'enzimaregolatore viene inibito inmodo specifico dal prodottofinale della via, che siaccumula oltre le necessitàdelle cellule. In generell'enzima allosterico èil primo della via metabolica.Questa inibizione si chiamainibizione retroattivao inibizione da prodotto(meccanismo a feedback).Ulteriori fattori che regoano l'attività enzimatica

• Compartimentalizzazione: l'enzima viene prodotto in un certo tessuto o compartimento cellulare enon in un altro.
• Modificazioni covalenti: gruppi chimici modificano alcuni residui dell'enzima.
• Proteolisi limitata: l'enzima viene sintetizzato in una forma inattiva chiamata zimogeno e viene poiattivato mediante proteolisi della catena polipeptidica.
• Induzione dell'espressione genica: gli enzimi costitutivi sono sempre presenti nella stessaconcentrazione. Gli enzimi indotti vengono prodotti solo in caso di necessità.

In sintesi: l'azione degli enzimi

è caratterizzata da alcune proprietà fondamentali:

• Possono accelerare le reazioni anche più di un milione di volte.
• Escono immodificati e di nuovo efficienti alla fine della catalisi.
• Sono efficaci in piccole quantità.
• Non influenzano l’equilibrio chimico di una reazione reversibile. Essi rendono più veloce il processo inentrambe le direzioni. L’equilibrio chimico viene semplicemente raggiunto prima.
• Sono, in genere, altamente specifici.

Metabolismo

Metabolismo: sistema complesso di reazioni che consentono la vita cellulare.

Finalità:

• Ottenere energia chimica dagli alimenti
• Convertire molecole esogene in endogene
• Formare macromolecole utili alla sopravvivenza
• svolgere funzioni specializzate CATABOLISMO (reazioni esoergoniche o didegradazione delle molecole)metabolismo ANABOLISMO (reazioni endoergoniche o disintesi di nuove molecole)

Insieme di trasformazioni di materia e di energia che avvengono in un

La maggior parte dei casi da enzimi specifici che trasformano il substrato su cui agiscono, in un prodotto, utilizzato a sua volta come substrato dall'enzima del passo successivo.

Anabolismo:

• L'anabolismo o biosintesi è una delle due parti del metabolismo e comprende tutto l'insieme dei processi di sintesi o bioformazione delle molecole organiche (biomolecole) più complesse da quelle più semplici o dalle sostanze nutritive.
• Questi processi richiedono energia, al contrario del catabolismo.
• L'anabolismo è responsabile di:
• La formazione delle componenti cellulari, dei tessuti corporali e, quindi, della crescita.
• L'approvvigionamento dell'energia.
• Le cellule ottengono l'energia dall'ambiente mediante tre tipi distinti di fonti d'energia, che sono:
• La luce solare, tramite la fotosintesi nelle piante.
• Altri composti organici come succede negli organismi eterotrofi.

Catabolismo:

Con il termine catabolismo

Il catabolismo si intende l'insieme dei processi metabolici che hanno come prodotti sostanze strutturalmente più semplici e povere di energia, liberando quella in eccesso sotto forma di energia chimica (ATP) ed energia termica.

Comprende processi quali:

• L'idrolisi delle macromolecole
• La glicolisi
• La β-ossidazione degli acidi grassi
• Il ciclo dell'urea
• La respirazione cellulare, dove la molecola altamente energetica del glucosio (C6H12O6) viene scissa in molecole di acqua e ossigeno, ricavando 36 molecole di ATP.

I prodotti finali del catabolismo sono detti cataboliti. Il loro smaltimento è detto escrezione.

Nella cellula vengono accoppiate le reazioni esoergoniche con quelle endoergoniche. La molecola di scambio più distribuita in ogni forma di vita è rappresentata dall'ATP.

Metabolismo energetico