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FUNZIONE ENZIMATICA

La maggior parte delle proteine ha il compito di catalizzare le reazioni chimiche che avvengono nell'organismo.

Non esiste reazione chimica che non sia catalizzata da una proteina specifica che ha la funzione di accelerare la formazione dei prodotti della reazione stessa.

E' grazie alle proteine enzimatiche (dette anche semplicemente enzimi) che le varie reazioni chimiche degli esseri viventi possono avvenire.

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ENZIMI Sicuramente la funzione caratterizzante della maggior

parte delle proteine è quella enzimatica. Da un punto di vista chimico una enzima non è altro che

un catalizzatore biologico che aumenta la velocità di una reazione chimica.

A differenza dei catalizzatori inorganici gli enzimi sono molto efficienti e selettivi:

* una reazione catalizzata da un enzima aumenta la propria velocità anche di alcune migliaia di volte;

* Un enzima, in genere, agisce da catalizzatore solo per una o poche reazioni che coinvolgono gli stessi reagenti.

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CATALIZZATORI

I catalizzatori sono sostanze che aumentano la velocità di una reazione chimica senza subire modificazioni

La loro azione consiste nell'abbassare l'energia di attivazione di una specifica reazione chimica rendendo più facile il passaggio dai reagenti ai prodotti

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Velocità di reazione

Per velocità di reazione si intende la variazione della quantità di prodotto in un determinato tempo di una reazione chimica:

A + B => C + D La velocità sarà data dalla variazione della

concentrazione di C e D nell'unità di tempo:

v=[CD ]t

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Fattori che influenzano la v. di reazione

La velocità di una reazione chimica dipende da numerosi fattori: Natura dei reagenti Temperatura Concentrazione dei reagenti Pressione (per i gas) Presenza di catalizzatori

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Energia di reazione

Esistono 2 tipi di reazioni chimiche:

Esoergoniche Endoergoniche

I Prodotti hanno maggiore energia dei reagenti e la reazione necessita di un apporto continuo di energia dall'esterno

I prodotti hanno meno energia dei reagenti e la differenza di energia viene ceduta all'ambiente

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Reazione esoergonica

Per trasformarsi nei prodotti i reagenti devono superare un valore minimo di energia:

ENERGIA DI ATTIVAZIONE Alla fine della reazione

l'energia liberata è uguale alla differenza di energia tra i reagenti ed i prodotti

A + B

C + D

E

t

Energia diattivazione

Energialiberata

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Reazione endoergonica La reazione inversa è

ovviamente endoergonica, come si nota dal grafico l'energia necessaria per trasformare i reagenti nei prodotti è superiore alla sola differenza di energia. Per arrivare ai prodotti occorre infatti superare una barriera energetica.

L'energia di attivazione in questo caso è tutta l'energia necessaria per superare tale barriera

A + B

C + D

E

t

Energia diattivazione

Energia

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Enzimi: meccanismo d'azione

A + B

C + D

E

t

Azione dell'enzimaA + B

C + D

E

t

Energia diattivazione

L'azione di un catalizzatore, e quindi di un enzima, è quella di abbassare l'energia di attivazione, cioè di rendere più stabile il cosiddetto prodotto intermedio che deve formarsi durante la trasformazione dei reagenti nei prodotti

Reazione Catalizzata

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Energia dei reagenti

L'energia dei reagenti rappresenta un valore medio dell'energia cinetica delle particelle che in realtà hanno valori energetici che si differenziano e si distribuiscono secondo una tipica curva gaussiana

N° particelle

EnergiaValore medio

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Energia e velocità

Tra i reagenti esistono sempre alcune molecole che hanno un'energia superiore all'energia di attivazione e che quindi si trasformano nei prodotti

La velocità dipende quindi dal numero di molecole di reagente che si trasformano nei prodotti nell'unità di tempo

N° particelle

EnergiaValore medio Energia di attivazione

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Temperatura e velocità

Un aumento della temperatura ha come effetto un aumento dell'energia cinetica media dei reagenti e quindi la curva risulta spostata verso destra.

Un maggior numero particelle dei reagenti avrà energia superiore all'energia di attivazione e si trasformerà nei prodotti

N° particelle

Energia

Valore medio

Energia di attivazione

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Catalizzatori e velocità

Anche abbassando l'energia di attivazione si ha come effetto che un maggior numero di particelle dei reagenti avrà energia sufficiente per trasformarsi nei prodotti

N° particelle

EnergiaValore medio

Energia di attivazionein presenza dicatalizzatore

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Azione selettiva degli enzimi Le reazioni catalizzate dagli enzimi comportano una stretta

interazione tra l'enzima ed i suoi substrati. Nella prima tappa di una reazione enzimatica i substrati si

legano all'enzima in un sito specifico della superficie della proteina.

Tale legame Enzima -substrato avviene mediante legami deboli (legami ad idrogeno, di Van Der Walls, ionici) a bassa energia ma altamente stereospecifici.

In parole semplici si può dire che il substrato viene riconosciuto da un particolare zona dall'enzima, detta sito di riconoscimento, a cui il substrato deve adattarsi perfettamente come una chiave in una serratura

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AZIONE CATALITICA L'azione catalitica degli enzimi avviene grazie ad una

interazione altamente specifica tra l'enzima ed i reagenti che porta a facilitare la rottura di vecchi legami delle molecole e ne favorisce la formazione di nuovi.

L'enzima si limita ad accelerare il processo di trasformazione dei reagenti nei prodotti senza subire modificazioni e lo si ritrova inalterato alla fine della reazione stessa.

Questo spiega perché anche modeste quantità di enzima sono sufficienti per catalizzare migliaia di volte la stessa reazione.

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CINETICA ENZIMATICA Considerando una generica reazione:

A+B => C+D In presenza di un Enzima E si avrà:

A+B+E => AE+ B =>ABE => C+D+E

La prima tappa di questa reazione consiste in un legame tra l'enzima ed i reagenti (detti anche substrati dell'enzima).

Nella seconda fase i substrati si trasformano nei prodotti

Nella terza fase l'enzima si libera ed è pronto per riprendere il ciclo.

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Sito di riconoscimento

Il substrato si inserisce nel sito di riconoscimento come una chiave in una serratura determinando in tal modo la caratteristica selettività dell'enzima

Solo le molecole legate al sito di riconoscimento subiranno l'azione catalitica ad opera del sito attivo dell'enzima

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Catalisi enzimatica

Una volta legato il substrato, il sito attivo dell'enzima provvede a favorire la rottura dei vecchi legami ed eventualmente ne facilita la formazione dei nuovi.

Una volta terminata l'azione catalitica i prodotti si staccano dal sito di riconoscimento e l'enzima è pronto per un nuovo ciclo

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Azione regolatrice degli enzimi

Praticamente tutte le reazioni chimiche degli organismi sono catalizzate da specifici enzimi e l'alta selettività degli enzimi ne fa degli ottimi regolatori biologici: il tipo di reazioni che avvengono in un determinato momento in uno specifico organismo dipendono dal tipo di enzimi posseduti.

In pratica l'organismo regola il proprio metabolismo variando gli enzimi che produce.