Gli Enzimi I Catalizzatori delle reazioni biologiche.
-
Upload
cesarina-patti -
Category
Documents
-
view
215 -
download
0
Transcript of Gli Enzimi I Catalizzatori delle reazioni biologiche.
Gli EnzimiGli Enzimi
I Catalizzatori delle reazioni biologiche
S.Miniato 2005
NO2
CO
CH
N2CO2
H2O
S.Miniato 2005
• Le cellule compiono migliaia di reazioni chimiche (esoergoniche ed endoergoniche).
• L’insieme di queste reazioni costituisce il metabolismo cellulare.
• L’accoppiamento energetico utilizza le reazioni esoergoniche per far avvenire le reazioni endoergoniche.
Il metabolismo
Le reazioni chimiche consentono di immagazzinare o di liberare energia
Le reazioni endoergoniche assorbono energia e danno origine a prodotti ricchi in energia potenziale (con un livello di energia chimica superiore a quella delle sostanze di partenza).
En
erg
ia p
ote
nzi
ale
d
elle
mo
leco
le
Reagenti
Energia assorbita
Prodotti
Quantità di energia assorbita
Le reazioni esoergoniche liberano energia e danno origine a prodotti che contengono meno energia potenziale dei loro reagenti.
Reagenti
Energia liberata
Prodotti
Quantità di energia
liberata
Ene
rgia
pot
enzi
ale
delle
mol
ecol
e
Mappa metabolica
Tutte le reazioni che avvengono nelle cellule sono reazioni catalizzate
I catalizzatori di tali reazioni prendono il nome di enzimi
Gli enzimi sono grosse molecole chiamate proteine
Le proteine vengono formate dentro la cellula unendo tra di
loro molecole più piccole, gli amminoacidi
Mappa metabolica
la glicolisi
la glicolisi
una via metabolica
Caratteristiche degli enzimi
• Sono in grado di agire a concentrazioni molto basse
• Non subiscono trasformazioni
• Favoriscono il procedere della reazione fino al raggiungimento dello stato di equilibrio
12
3
5
4
68
911
7
1213
amminoacidi proteina
enzimi
enzimi
Anche le reazioni di sintesi e di degradazione delle proteine richiedono la presenza di enzimi
Gli enzimi accelerano le reazioni chimiche della cellula abbassando la richiesta energetica
Perchè una reazione chimica inizi, i reagenti devono assorbire una quantità di energia chiamata energia di attivazione (EA).
Barriera EA
Reagenti
ProdottiE
nzim
aContenitore 1 Contenitore 2
Gli enzimi abbassano l’energia di attivazione
Gli enzimi abbassano l’energia di attivazione
I substrati normalmente necessitano di una notevole
quantità di energia (picco rosso) per giungere allo stato di
transizione, e reagire per formare il prodotto.
Diagramma di una reazione catalitica che mostra l'energia richiesta a vari stadi lungo l'asse del tempo (coordinate di
reazione).
L'enzima crea un microambiente nel quale i
substrati possono raggiungere lo stato di
transizione (picco blu) più basso, riducendo così la
quantità d'energia richiesta. Essendo più facile arrivare a uno
stato energetico minore la reazione può avere luogo più
frequentemente e la velocità di reazione sarà maggiore.
Analogie
Enzima e Substrato
Termini:
• Substrato : il reagente che si lega al sito attivo di un enzima
• Sito attivo: la parte di enzima a cui si lega il substrato ed in cui avvengono le reazioni
• il sito attivo è altamente specifico per un solo tipo di substrato
substrato Sito
attivo
Complesso enzima-substrato
substrato
enzima
Complesso enzima-substrato
Enzima &
prodotti
+
enzima
enzima enzima
enzima
la catalisi enzimatica
Ingresso del substrato nel
siti attivo
Complesso enzima-
substrato
Complesso enzima-prodotti
prodotti
A + B CD
Enzima (saccarasi)Glucosio
Fruttosio
Sito attivo Substrato (saccarosio)
H2O
1 Enzima disponibile con il sito attivo vuoto
2Il substrato si lega all’enzima che subisce un adattamento indotto
4 I prodotti vengono liberati
3 Il substrato si scinde nei prodotti
Esempio di reazione catalizzata da un enzima
Modello chiave-serratura
L'enzima ed il substrato possiedono una forma esattamente complementare che ne permette un incastro perfetto. Tale modello è spesso definito come :
chiave-serratura
Modello dell’ adattamento indotto
Enzima e substrato si modificano a vicenda.
Si ritiene che la struttura del sito attivo non sia rigida ma flessibile, e presenti una conformazione capace di adattarsi alla forma del substrato
Come risultato, il substrato non si lega semplicemente ad un sito attivo rigido, ma genera un rimodellamento del sito stesso, che lo porta ad un legame più stabile in modo da portare correttamente a termine la sua attività catalitica.
L'enzima esochinasi è un buon esempio del modello ad adattamento indotto: quando il glucosio si avvicina al sito attivo l'enzima cambia conformazione, avvolgendosi attorno al substrato
Modello dell’ adattamento indotto
La temperatura, la concentrazione dei sali e il pH influenzano l’attività enzimatica.
• Per funzionare, alcuni enzimi richiedono molecole non proteiche chiamate cofattori.
I cofattori possono essere:
– sostanze inorganiche, come gli ioni metallo,
– molecole organiche (in questo caso si chiamano coenzimi).
L’ambiente cellulare influenza l’attività degli enzimi
Gli inibitori bloccano l’azione degli enzimi
• Una sostanza chimica che interferisce con l’attività di un enzima è detta inibitore.
• L’azione di un inibitore è irreversibile se si formano legami covalenti tra inibitore ed enzima. È reversibile quando si formano solo legami deboli (come il legame idrogeno).
Inibizione enzimatica
• Gli inibitori competitivi occupano il sito attivo di un substrato.
• Gli inibitori non competitivi cambiano la funzione dell’enzima modificando la sua forma.
Figura 5.8
Substrato
Enzima
Sito attivo
Legame normale del substrato
Inibitore enzimatico
Inibitore non competitivo
Inibitore competitivo
Inibizione enzimatica
Utilizzi degli inibitori
• Gli inibitori sono spesso utilizzati come farmaci, ma possono agire anche come veri e propri veleni.
• Un esempio di inibitore utilizzato come farmaco è l'aspirina, che inibisce l'attività delle ciclossigenasi COX-1 e COX-2, che producono le prostaglandine, mediatori dell'infiammazione, riducendo dunque la sensazione di dolore.
• Il cianuro è invece un inibitore irreversibile che si combina con il rame ed il ferro presenti nel sito attivo dell'enzima citocromo c ossidasi, bloccando la catena di trasporto degli elettroni e, di conseguenza, la respirazione cellulare.
In conclusione
controllo metabolico = controllo cinetico
gli enzimi = catalizzatori modulabili
gli enzimi = sensori molecolari con attività catalitica
controllo cinetico = controllo enzimatico