Principi di biochimica delle macromolecole e metabolismo

S

presenterà la già citata triade catalitica.

Questi tre residui amminoacidici interagiscono tra loro formando ponti a idrogeno e portano

– alla formazione di uno ione alcossido,sulla serina, carico negativamente;

lo ione alcossido fa attacco nucleofilo sul carbonio carbonilico del peptide substrato;

– a

Un ossigeno, tramite legame idrogeno, lega con il gruppo ammidico e si forma un

– intermedio tetraedrico in cui l'ossigeno è carico negativamente;

L'intermedio tetraedrico si rompe velocemente per espellere il prodotto amminico;

– uc

nel sito attivo rimarrà un pezzo della proteina ancora legato alla serina; a questo punto

– entrerà una molecola di acqua che donerà un protone all'istidina;

si formerà nuovamente un intermedio tetraedrico, sempre instabile, che si romperà liberando

– la serina come secondo prodotto di reazione;

successivamente si riformeranno i legami ad idrogeno.

– INIBIZIONE ENZIMATICA

L

Gli enzimi hanno una caratteristica fondamentale, ovvero quella di poter essere regolati.

Il processo di regolazione di un enzima prende il nome di inibizione enzimatica e può avvenire in

diversi modi:

INIBIZIONE REVERSIBILE: a

Molte sostanze, come ad esempio alcuni farmaci, riescono a combinarsi reversibilmente con un

enzima e inibiscono la sua attività.Alcuni inibitori possono agire modificando la Vmax di una

reazione enzimatica, altri possono agire sulla Km (costante di Michaelis Menten), altri ancora

d

possono influenzare entrambi i fattori.

L'inibizione reversibile può essere di tre tipologie:

1) Inibizione competitiva:

L'inibitore è molto simile al substrato che lega il sito attivo, quindi legherà facilmente con

ti

l'enzima inibendo la sua attività.

Dal punto di vista sperimentale, questa tipologia di inibizione porta alla diminuzione

dell'affinità dell'enzima verso il substrato, quindi porta ad una diminuzione del valore di Km

mantenendo costante il valore di Vmax;

rit

2) Inibizione acompetitiva:

L'inibitore legherà il complesso ES in un punto diverso dal sito attivo; questa tipologia di

inibizione porta alla diminuzione del valore di Vmax ma all'aumento di Km;

3) Inibizione mista:

Sc

L'inibitore, in questo caso, legherà sia l'enzima libero, sia il complesso ES in un sito diverso

dal sito attivo; si osserverà un aumento sia di Km sia di Vmax.

INIBITORI IRREVERSIBILI:

Gli inibitori irreversibili legano COVALENTEMENTE, eliminando i gruppi funzionali essenziali

per l'attività enzimatica. Un esempio potrebbe essere l'anidride carbonica verso l'emoglobina.

PARTE SUGLI ENZIMI PRESA DALLE REGISTRAZIONI .

ENZIMI E CINETICA ENZIMATICA S

Gli enzimi sono proteine che agiscono da catalizzatori biologici aumentando enormemente la

velocità delle reazioni biochimiche.

Gli enzimi non sono le uniche molecole ad avere una funzione catalitica, infatti esistono molecole

di RNA chiamate, nello specifico, RIBOZIMI in grado di catalizzare alcune tipologie di reazione.

L'effetto degli enzimi è quello di aumentare la velocità di una reazione non modificandone gli

equilibri. a

Ogni sistema biologico che necessita di svolgere rapidamente alcune funzioni, può farlo grazie

all'azione degli enzimi che aumentano sia la Temperatura sia la Pressione.

Gli enzimi hanno due caratteristiche importanti: uc

Potere catalitico;

• Specificità;

•

Un enzima viene detto specifico perchè in grado di riconoscere substrati specifici e di potrtare

avanti specifici processi di reazione. L

Per quanto riguarda il potere catalitico, l'enzima è in grado di catalizzare una reazione grazie alla

sua particolare forma.

Tutti gli enzimi sono proteine globulari, conformate in modo da avere al loro interno un sito in cui

avvengono le reazioni. Questo sito viene definito come SITO ATTIVO di un enzima ed è una

regione ben distinta dall'interno della struttura proteica, come una cavità in cui la distribuzione e

disposizione dei residui amminoacidici è tale da poter poi svolgere quella che sarà la sua funzione.

a

I residui amminoacidici, con i loro gruppi polari, idrofobici ecc.. strutturano la regione del sito

attivo che così sarà in grado di associarsi agli agenti che fanno parte di un determinato processo

chimico, catalizzando l'evento.

d

Il reagente chimico che si lega all'enzima viene nominato SUBSTRATO e non deve essere

necessariamente uno. L'enzima lega il substrato specifico nel suo sito attivo favorendo il processo di

catalisi. Il legame tra enzima e substrato avviene tramite interazioni deboli.

Esistono alcuni enzimi che non sono in grado di operare una catalisi da soli ma hanno bisogno di un

COFATTORE, ovvero una molecola che può essere un metallo o piccole molecole chiamate

coenzimi, derivanti da vitamine.

ti

Quando si parla di COFATTORI e COENZIMI si fa riferimento a due cose diverse: quando un

metallo partecipa ad una reazione di catalisi, si parla di cofattori; quando invece subentra una

molecola a coadiuvare la funzione di un enzimi, si parla di COENZIMI.

rit

Alcuni coenzimi si legano saldamente all'enzima, e in questo caso si parla di gruppo

PROSTETICO; Altri coenzimi, invece, si legano all'enzima solamente durante la catalisi e possono

essere utilizzati anche da enzimi diversi.

L'enzima è una proteina che può essere sintetizzata sia come tale (sintesi proteica) e diventare

subito un ENZIMA ATTIVO pronto ad espletare la sua funzione, oppure può essere sintetizzato in

forma ancora INATTIVA, in quanto per poter espletare la sua funzione necessita per forza del

Sc

legame con un suo coenzima o cofattore.

Un enzima senza il suo cofattore o coenzima viene nominato APOENZIMA.

La produzione della forma inattiva di un enzima, che precede quella attiva, viene nominata

ZIMOGENO ed è come una sorta di precursore dell'enzima che diventerà attivo solamente in

seguito a vari processamenti.

L'apoenzima, una volta attivo, prende il nome di OLOENZIMA.

Uno Zimogeno può essere prodotto anche in forma attiva, ma sarebbe pericoloso in quanto

provocherebbe la digestione delle proteine delle cellule che li hanno prodotti (?).

La rimozione di elementi dalla catena polipeptidica determinerà l'attivazione dello Zimogeno. Solo

quando si trovano nel sito in cui devono agire questi verranno attivati per rimozione di alcune

.

porzioni.

Anche l'ormone insulina viene prodotto come precurose e poi attivato successivamente.

S

I coenzimi non sono metalli e derivano dalle vitamine:

La tiamina ( vitamina B1) è il precursore della TIAMINA PIROFOSFATO, importante nel

• metabolismo dei carboidrati; a

Il folato è il precursode del TETRAIDROFOLATO, importante nel metabolismo degli

• amminoacidi;

La piridossina (vitamina B6) è il precursore del PIRIDOSSALFOSFATO, importante nel

• uc

metabolismo degli amminoacidi e del glucosio;

L'acido nicotinico (vitamina B3) è un precursore del NAD;

• La riboflavina (vitamina B2) è un precursore del FAD;

• L'acido pantotenico è un precursore del coA;

•

I cofattori, invece, sono metalli come: L

2+ 3+

Fe o Fe , importanti ad esempio nell'emoglobina;

• 2+ 2+ 2+

Cu , Mg , Zn ;

•

La nomenclatura degli enzimi è una nomenclatura che attribuisce i noni agli enzimi in relazione

all'attività che andranno a svolgere e terminano quasi sempre in -ASI.

Le reazioni enzimatiche portano alla classificazione degli enzimi in 6 grandi famiglie:

a

IDROLASI --> Idrolizzano, utilizzando acqua per scindere i legami;

• ISOMERASI --> Catalizzano la conversione di un isomero in un altro;

• d

LIASI --> Scindono, senza intervento dell'acqua, legami C-C, C-H, C-O;

• LIGASI --> Catalizzano condensazioni tra molecole diverse;

• OSSIDORETUDDASI --> Catalizzano reazioni di ossidoriduzione;

• TRANSFERASI --> Trasferisce gruppi tra vari substrati;

• ti

REAZIONE ENZIMATICA

rit

Sc

VARIAZIONI ENERGETICHE CHE AVVENGONO NEL CORSO DI UNA REAZIONE

CHIMICA: .

S

a

uc

L

In una reazione enzimatica l'enzima si trova sia all'inizio che alla fine della reazione e non viene

eliminato. a

Transitoriamente, durante la reazione, si formano dei COMPLESSI transitori (ES che porterà alla

formazione di EP con conseguente rilascio del prodotto).

L'enzima si complessa con il suo substrato attraverso un processo di catalisi e favorisce la

d

trasformazione del substrato in prodotto, il quale verrà poi rilasciato alla fine della reazione

chimica.

Dal punto di vista ENERGETICO, una reazione chimica ed enzimatica può essere rappresentata

tramite una coordinata di reazione che ci presenta tutte le variazioni energetiche che avvengono nel

corso della reazione. Queste variazioni possono essere rappresentate come nel grafico sovrastante,

ovvero: affinchè una molecola possa passare dal suo STATO BASALE iniziale alla formazione del

ti

PRODOTTO, deve necessariamente SUPERARE la barriera energetica nota come STATO DI

TRANSIZIONE, ovvero i reagenti vanno incontro ad un notevole aumento di ENERGIA LIBERA

che li porta verso questo stato di transizione da cui, poi, si può arrivare alla formazione del

rit

PRODOTTO.

L'EQUILIBRIO della reazione dipende dalla differenza di ENERGIA LIBERA tra i due composti

allo STATO BASALE.

Lo stato iniziale di ogni reazione è definito da da S, per il substrato, e da P per quanto riguarda il

prodotto finale.

Da un punto di vista TERMODINAMICO , la variazione di ENERGIA LIBERA NEGATIVA è un

indice di SPONTANEITA' della reazione che però non fornisce nessuna indicazione in merito ai

Sc

punti in cui avviene.

I punti in cui avviene la reazione chimica sono fortemente dipendenti dal raggiungimento dello stato

di transizione che si associa ad una variazione di ENERGIA LIBERA POSITIVA.

L'enzima favorisce e velocizza il processo di reazione. L'incremento che l'enzima può dare è

8 9

enorme e si aggira intorno ad un aumento di velocità di circa 10 10 volte. L'enzima modifica il

percorso della reazione abbassando l'ENERGIA LIBERA DI ATTIVAZIONE affinchè si possa

raggiungere lo STATO DI TRANSIZIONE.

L'enzima crea un nuovo percorso di reazione in cui l'energia dello stato di transizione sarà più bassa

di quella della reazione senza enzima.

In ogni caso l'importante è capire che la VARIAZIONE DI ENERGIA LIBERA consiste nella

.

differenza di ENERGIA LIBERA, ovvero energia utile in grado di compie