Presentazione…Presentazione…Questo contenuto didattico digitale (CDD) ha come oggetto principale il concetto di enzima. Difficilmente i libri di testo delle scuole secondarie di I grado dedicano spazio a questo argomento, che invece è essenziale per la comprensione di tanti processi, strettamente biologici e non.La didattica tradizionale associa il concetto di enzima a quello di alimentazione. Questo, seppur innegabile, risulta estremamente riduttivo per la completa descrizione di questa classe di molecole. Attualmente, infatti è sempre più vasto l’impiego di enzimi in contesti extra-biologici, come la produzione di detersivi o il risanamento ambientale.In questa ottica, con questo CDD, si vuole procedere a una descrizione semplice ma rigorosa di come gli enzimi funzionano, delle loro possibili applicazioni nei diversi settori, facendo uso di simulazioni ed esperimenti virtuali.

Molecole semplici

Macromolecole

(plisaccaridi, acidi nucleici,

lipidi, proteine) Le reazioni che

avvengono all’interno delle

cellule, hanno luogo grazie alla presenza

di enzimi

Enzimi: i protagonisti del metabolismo

Enzimi: cosa fanno?

Gli enzimi aumentano la velocità di una reazione chimica

Reazione senza enzima

Reazione con

enzima

Enzimi che digeriscono i polisaccaridi

Enzimi che digeriscono le

proteine

Enzimi che digeriscono i lipidi

Enzimi nella digestione

L'amido è il più importante fattore nell'alimentazione umana, sono composti quasi interamente di amido molti alimenti:

Chimicamente l'amido è un carboidrato, (ossia una sostanza composta da carbonio, idrogeno ed ossigeno) ed è un polimero, cioè una sostanza formata da molte unità tutte uguali (unità di glucosio) legate fra loro.

Cereali Pasta

Legumi PanePatate

Gli organismi viventi possono utilizzare l'amido previa demolizione in frammenti sempre più piccoli sino a giungere a molecole di glucosio.

Glucosio Glucosio

Glucosio Glucosio Glucosio Glucosio Glucosio Glucosio Glucosio

Glucosio

INIZIAMO DALLA BOCCA…

AMILASI

La demolizione dell'amido in frammenti più piccoli ha inizio nella bocca ad opera di una sostanza presente nella saliva: l'amilasi salivare o ptialina.L'azione dell'amilasi salivare sull'amido può essere facilmente dimostrata con il seguente esperimento

Aggiungiamo qualche goccia di tintura di iodio

Lo iodio colora di viola l’amido ma non il glucosio: nella terza provetta la ptialina ha

trasformato l’amido in glucosioGlucosio

GlucosioGlucosioGlucosioGlucosioGlucosioGlucosioGlucosio

Glucosio

Glucosio

Glucosio

Glucosio

Glucosio

Glucosio

PTIA

LIN

A

Provetta contenente

acqua e amido

Provetta contenente

acqua e glucosio

Provetta contenente

acqua, amido e saliva

PEPSINA

Enzimi che digeriscono le proteine: per scopi dignostici è possibile prelevare del succo gastrico facendo pervenire una sonda nello stomaco del paziente

e aspirando. Un succo gastrico artificiale può essere ottenuto con l’enzima pepsina e un po’ di acido

Mescoliamo energicamente il bianco d’uovo crudo in molta acqua: si forma

una emulsione con proteine (albumina) finemente coagulate.

Provetta contenente albumina

emulsionata

Provetta contenente

albumina non trattata

Aggiungiamo qualche goccia di

succo gastrico artificiale

Il succo gastrico riesce a degradare le proteine. Se queste non sono finemente

coagulate, ci vorrà molto più tempo.

“Nuovo Omino Bianco Additivo 100 Piu' elimina più di 100 macchie diverse, da oggi anche in acqua fredda, e ti garantisce un bucato senza macchia e bianchi più bianchi.ENZIMI: attivi contro tutte le macchie "enzimatiche" (es: cioccolato, maionese, latte, etc)”

Enzimi nei detersivi

Maglietta sporca di maionese e caffè…….

Con l’azione degli enzimi (amilasi, lipasi, proteasi…) le macchie….scompaiono!!

“Detoxilase: brevettato Biotherm, è un enzima di "detossinazione" estratto dal germe di grano. La sua azione è quella di neutralizzare le tossine che l'epidermide da sola non riesce ad espellere, rafforzando il processo di purificazione naturale della pelle. Così la cute, ben ripulita, è pronta a ricevere un'idratazione al top.”

Enzimi nei cosmetici

Enzimi nel campo ambientale

Ricavare energia da rifiuti!

Per comprendere meglio simuliamo una fermentazione

alcoolica....

Riempiamo, per metà, un barattolo di vetro con del

succo di fruttaAggiungiamo del lievito

sospeso in acqua, copriamo con un pezzo di tela e dopo

qualche giorno….

IlGli enzimi del lievito hanno trasformato il glucosio in anidride carbonica e alcool etilico…vero e proprio BIOETANOLO!

Enzimi nel campo ambientale

Riciclare acque di scarico: gli enzimi prodotti da alcuni funghi sono in grado di degradare

molecole inquinanti come i coloranti sintetici....

Alcuni coloranti non sono degradati

completamente….sintesi “ecologica” di nuovi

coloranti!

Acqua “sporca”

Acqua “pulita”

Abbiamo visto che gli enzimi:

Sono le “FERRARI” delle reazioni biochimiche

Fanno parte di NOI

Possono essere molto UTILI, (anche fuori da noi!!)

….ma come sono fatti???

Enzimi: di cosa sono fatti?

Proteine…

…e non solo!

+

EnzimaSubstrato (reagente

)

Enzima/Substrato

Reazione in presenza di un enzima

EnzimaProdotto

+L’enzima “accompagna” i

reagenti perché si trasformino in prodotti. Per fare questo

l’enzima e i reagenti devono essere….COMPLEMENTARI!

Enzima e substrato...

Complementarietà geometrica

Complementarietà elettronica

-+

Substrato

-+

- +

Simuliamo la regolazione dell’attività enzimatica

Inibizione

Enzima

Substrato Inibitore

L’inibitore blocca l’enzima, non permettendogli più di funzionare.

Il processo di inibizione viene sfruttato per la sintesi di famosi

farmaci.

Penicillina: antibiotico

Dipeptide D-Ala D-Ala (“mattone “per

costruire la parete cellulare del batterio)

Il batterio per crescere e riprodursi ha bisogno di una parete. Quest’ultima viene costruita dal batterio stesso

grazie alla presenza di un enzima, (la transpeptidasi) che mette insieme i

mattoni.

L’antibiotico blocca l’enzima inibendolo,

in questo modo il batterio non può

sopravvivere

Enzima bloccat

o

Enzima e substrato = parete =…malattia!!!

Fine