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Inibizione non competitiva
Gli inibitori non competitivi sono in grado di legare siti differenti dal sito attivo. Essi sono dunque in grado di legare sia l'enzima libero, sia in configurazione ES. Il loro legame all'enzima genera un cambiamento conformazionale dell'enzima stesso, che può avere come conseguenza l'inibizione del legame tra enzima e substrato. Non essendoci dunque competizione tra inibitore e substrato, l'importanza dell'inibizione dipende esclusivamente dalla concentrazione dell'inibitore stesso.
Regolazione enzimatica
I procedimenti di inibizione si classificano sotto la regolazione enzimatica. Essa varia in base a:
- enzimi costitutivi (quelle che sono sempre presenti perché fanno parte della cellula) ed enzimi induttivi (quelli che variano in base alla trascrizione genica).
- pH (un enzima può essere attivato ad un dato pH ed essere poi modificato).
- associazione e dissociazione (distacco tra enzima e substrato).
In alcuni sistemi multienzimatici l'enzima regolatore viene inibito in modo specifico dal prodotto finale della via, quando tale prodotto si accumula oltre le necessità delle cellule.
Questa inibizione si chiama inibizione da prodotto. Nei batteri è attiva una via metabolica che converte, attraverso cinque reazioni, un aminoacido, la L-treonina in un altro aminoacido, la isoleucina. Il primo enzima di questa via metabolica è la treonina deidratasi (E) e viene inibito allostericamente, con meccanismo a feedback, dalla isoleucina.
È ovvio che quando la isoleucina, che funziona da effettore o modulatore, viene utilizzata dalla cellula e la sua concentrazione diminuisce, essa si stacca dall'enzima allosterico che ritorna nella conformazione attivata e il sito attivo ritorna affine alla L-Treonina e la via metabolica riprende la sua attività.
La cinetica enzimatica, con gli enzimi allosterici, ci fornisce curve
divelocità con andamento sigmoide e non iperbolico. Il valore della V maxnon cambia mentre cambia quello della K che diminuisce in caso dimeffettore positivo ed aumenta in caso di effettore negativo.
PRECURSORI INATTIVI
Alcuni enzimi vengono sintetizzati come precursori inattivi, detti zimogeni o proenzima, esuccessivamente attivati per rottura di uno o più legami peptidici specifici. L'attivazioneproteolitica, al contrario di quella allosterica, avviene una volta soltanto nella vita di una molecolaenzimatica. Un esempio di tale regolazione è la chimotripsina, un enzima digestivo che idrolizza leproteine nell'intestino tenue. Il suo precursore inattivo, il chimotripsinogeno, viene sintetizzato negliacini del pancreas dove si accumula negli apparati del Golgi sotto forma di granuli di zimogeno.Quando le cellule vengono stimolate da un segnale ormonale o da un impulso nervoso ilcontenuto dei granuli viene secreto e, attraverso il dotto pancreatico principale,
Raggiunge il duodeno. Isoenzimi
Gli isoenzimi sono enzimi esistenti in forme molecolari diverse, catalizzanti la stessa reazione.
Alcuni importanti isoenzimi del corpo umano sono: lattico deidrogenasi (LDH), alanina transaminasi (ALT), aspartato transaminasi (AST), creatinchinasi (CK).
LDH è un tetramero formato da due tipologie di monomeri: il tipo H, maggiormente presente nel cuore, e il tipo M, caratteristico del fegato. Dalla diversa composizione monomerica, si hanno cinque forme isoenzimatiche: LDH1, LDH2, LDH3, LDH4, LDH5 che differiscono tra loro per composizione strutturale, proprietà biochimiche e diffusione tissutale:
- LDH1 è prevalente nel miocardio e nei globuli rossi. Presente anche nella corteccia renale e nel muscolo scheletrico.
- LDH2 è prevalente nel miocardio e nelle emazie, oltre ad essere presente in pancreas, corteccia renale, polmone e muscolo scheletrico.
- LDH3 è presente in polmoni, placenta, muscolo scheletrico e raggiunge il duodeno.
pancreas.
- LDH4 si trova nella midolla renale, muscolo scheletrico, polmone e placenta.
- LDH5 è caratteristico del fegato. Presente anche nella midolla renale, muscolo scheletrico e pancreas.
Enzimi come indicatori diagnostici
La determinazione degli enzimi nel siero è utilizzata come importante ausilio diagnostico. Il livello di attività di numerosi enzimi aumenta in differenti condizioni patologiche. Nell'epatite virale aumentano le quantità di AST. ALT e bilirubina, nell'infarto del miocardio di LDH, AST e CK.
Bioenergetica
La bioenergetica è lo studio quantitativo delle traduzioni energetiche che avvengono nelle cellule e della funzione dei processi chimici alla base di queste conversioni di energia.
Leggi termodinamiche
Primo principio della termodinamica
Il calore fornito a un sistema termodinamico non si trasforma completamente in lavoro fatto dal sistema sull'ambiente ma, in parte, va ad aumentare l'energia interna.
del sistema.∆E = Q + W ove W è il lavoro, Q il calore
Secondo principio della termodinamica
Un sistema termodinamico evolve spontaneamente verso stati di massimo disordine e la probabilità che li realizzi è elevatissima.∆G = ∆H -T∆S ove ∆G indica l’energia libera di Gibbs, ovvero la quantità di energia in grado di produrre lavoro e ∆H è la variazione di entalpia, ovvero il contenuto termico del sistema.
Reazioni endotermiche e reazioni esotermiche
Le reazioni endoergoniche sono reazioni in cui viene assorbita energia (termodinamicamente spontanea e ∆G >0). Le reazioni esoergoniche sono reazioni in cui viene liberata energia (termodinamicamente non spontanea e ∆G<0).
Accoppiando una reazione esorgonica a una endoergonica in modo che il ∆G finale sia minore di zero, la reazione complessiva sarà possibile.
Reazioni endotermiche e reazioni esotermiche
Una reazione esotermica è una reazione che comporta un trasferimento di
calore dal sistema all'ambiente (diminuzione di entalpia). Similmente una reazione endotermica è una reazione che comporta un trasferimento di calore dall'ambiente al sistema. Necessita dunque di energia esterna per procedere (aumento di entalpia).
Reazioni redox
Le reazioni redox consistono nel trasferimento di elettroni in modo da produrre ATP. Il flusso degli elettroni è responsabile direttamente o indirettamente di tutto il lavoro prodotto dagli organismi viventi.
Deidrogenazioni
La deidrogenazione è il processo ossidativo reversibile consistente nel trasporto di una coppia di atomi di idrogeno da un composto organico (donatore) a un altro (accettore); il processo è catalizzato da enzimi specifici detti deidrogenasi: un esempio è l'alcol deidrogenasi.
Fosforilazione ossidativa
È il processo mitocondriale in cui l'ossidazione di coenzimi ridotti nella catena respiratoria (complesso proteico di trasportatori di elettroni, deputato
al trasferimento sequenziale degli elettroni dai coenzimi ridotti all'ossigeno), si accoppia alla fosforilazione di ADP in ATP. Metabolismo dei carboidrati I carboidrati o zuccheri sono composti da carbonio, idrogeno e ossigeno. Si dividono in tre classi: monosaccaridi, unità singole di carboidrati, disaccaridi, composti da due unità di monosaccaridi, e polisaccaridi, composti da migliaia di unità di monosaccaridi. Alcuni carboidrati che introduciamo nell'organismo attraverso fonti alimentari sono: amilopectina (patate, riso, pane), amilosio (patate, riso, pane), saccarosio (zucchero, dolci), trealosio (funghi), lattosio (latte e latticini), fruttosio (frutta, miele), glucosio (frutta, uova), raffinoscio (legumi). Digestione dei carboidrati Gli enzimi che intervengono nella digestione dei carboidrati sono: - α-amilasi salivare: è in grado di rompere i legami α,1-4. Ha azione blanda, poiché il cibo in bocca resta poco tempo. Il prodotto dellareazione è costituito da maltotriosio, maltosio e destrinalimite.◊ a-amilasi pancreatica: ha un'azione forte, rompe i legami a,1-4 del maltotriosio e della destrinalimite per avere glucosio e maltosio.◊ oligo-saccarasi: oligo-1,6-glucosidasi: rompe i legami a,1-6 dando glucosio◊ di-saccarasi:→ saccarasi idrolizza il saccarosio dando glucosio e fruttosio→ maltasi scinde i legami 1-4 formando glucosio→ lattasi idrolizza il lattosio dando galattosio e glucosioNell'uomo non esistono enzimi capaci di rompere i legami β,1-4 di un polisaccaride come lacellulosa.
Trasporto del glucosioIl glucosio è la fonte primaria di energia per il metabolismo cellulare. Esso infatti deve entrare nellacellula, per essere poi utilizzato da essa per la produzione di ATP, che è la fonte di energia utilizzataper tutti i processi metabolici a livello cellulare. I trasportatori del glucosio sono di natura proteica eprendono il nome di Glut 2 e Glut 4 .
Esistono altri trasportatori specifici per altri monosaccaridi, fra cui il Glut-1 per il fruttosio e il S-glut 5 per il galattosio. Tutti questi trasportatori sono in grado di veicolare il glucosio dall'epitelio gastrointestinale al sangue. Il valore di glucosio nel sangue è detto glicemia, il quale non deve superare i 100mg/100mL. Quando il glucosio è troppo alto nel sangue, una parte di questo entra nella cellula, cosicché la concentrazione di glucosio interna raggiunge l'equilibrio omeostatico con quella esterna.
L'ingresso del glucosio nella cellula è un fenomeno reversibile ma è reso irreversibile dalla reazione catalizzata da esochinasi:
Glucosio + ATP → Glucosio + Pi + ADP
Il G-6-P è poi indirizzato a diverse vie degradative. Le vie degradative di G-6-P sono quattro:
- a piruvato: è la via metabolica caratterizzata dalla glicolisi, che porta alla formazione di molecole di ATP e NADH)
- a pentoso fosfato: essa non