Enzimi = catalizzatori di una reazione biochimica
Caratteristiche:
•Specificità: ogni enzima riconosce specificamente il/i
substrato/i e non altre molecole, anche chimicamente
simili al substrato.
•Saturabilità: quando tutti i siti attivi di tutte le molecole
enzimatiche presenti sono legate al substrato (saturate) la
velocità di catalisi è massima e non può aumentare
ulteriormente, anche aggiungendo altro substrato.
•Possibilità di regolazione: la velocità con cui un enzima
catalizza una reazione può essere variata in funzione delle
necessità della cellula o dell’organismo. (inibizione o
attivazione enzimatica)
• Gli enzimi riconoscono il loro substrato come
una serratura riconosce la chiave
Sito regolatore
Sito attivo
Adattamento
indotto
Substrato
In realtà il legame del
substrato è in grado di
indurre un cambiamento
di conformazione
dell’enzima, e in modo
particolare del sito
attivo, che quindi “si
adatta” meglio al
legame del substrato
Esistono due tipi di inibizione enzimatica:
Competitiva = l’inibitore ha una struttura simile al substrato e si
inserisce nel sito attivo bloccando l’accesso al substrato
Non competitiva = l’inibitore ha una struttura completamente diversa
rispetto al substrato e si lega ad un sito regolatore, inducendo un
cambiamento di conformazione nell’enzima che quindi non riesce
più a legare il substrato
Inibitore competitivo
Inibitore non competitivo
Sito regolatore
Sito attivo
Cofattori = sono sostanze di natura non proteica che
aiutano l’azione degli enzimi
Possono essere ioni metallici: (es. Fe, Zn, Cu, Mg, Mn,
ecc.)
Coenzimi: sono molecole organiche, molto spesso
derivati da vitamine idrosolubili. Esempi:
•Vit. B1, tiamina (reazioni di decarbossilazione)
•Vit B2, riboflavina (FAD: reaz. di ossidoriduzione)
•Vit. PP (B3), niacina (NAD, NADP: reaz. di ossidoriduzione)
•Vit. B5, acido pantotenico (CoenzimaA, CoA)
•Vit. B6, piridossina (transaminazioni)
•Vit. B9, acido folico (trasferimento di gruppi di C)
•Vit. H, biotina (reazioni di carbossilazione)
Cinetica enzimatica
Enzima che segue la cinetica
di Michaelis-Menten
Enzima allosterico
(le subunità cooperano come
nel caso dell’emoglobina)
La velocità di una reazione catalizzata da un enzima aumenta con l’aumentare
della concentrazione del substrato, fino ad un punto in cui, pur aumentando il
substrato, non aumenta più la velocità → l’enzima è saturato e funziona alla
sua velocità massima (Vmax)
Se aumentiamo la concentrazione di enzima aumenta anche la Vmax
Regolazione enzimatica
1. Da parte di metaboliti intracellulari (es. inibizione a feed-back o attivazione a
feed-forward): il prodotto E inibisce l’attività dell’enzima 1
A
1
B
2
C
3
D
4
E
X
2. Modifica covalente: es. fosforilazione. L’azione di ormoni come insulina e
glucagone induce la fosforilazione o defosforilazione di un enzima
attivandolo o inibendolo.
ATP
Enzima 1 inattivo
P
ATP
Enzima 1 attivo
Enzima 2 attivo
ADP
ADP
P
Enzima 2 inattivo
3. Variazioni della quantità di enzima (aumento/diminuzione trascrizione
mRNA, stabilità della proteina enzimatica)
Glucidi = polisaccaridi (amido, glicogeno), disaccaridi (lattosio, saccarosio),
monosaccaridi (fruttosio)
Lipidi = trigliceridi, colesterolo, fosfolipidi
Proteine
Sali biliari per
la digestione
dei lipidi
Proteasi
•Tripsina
•Chimotripsina
Lipasi
Lattasi
Saccarasi
Amilasi/destrinasi
Peptidasi
Sono localizzate
sulla superficie
degli enterociti
Gli enzimi pancreatici sono prodotti come “zimogeni” che sono inattivi.
Gli zimogeni vengono trasformati in enzimi attivi mediante taglio proteolitico
all’interno del lume intestinale
Digestione delle macromolecole
nei componenti fondamentali
Monosaccaridi, acidi grassi e
amminoacidi vengono trasformati
in acetilCoA
AcetilCoA (2 atomi di C) viene
trasfromato in CO2 durante il
ciclo dell’acido citrico nei
mitocondri.
Durante questo processo (di
ossidazione) si formano coenzimi
ridotti (trasportatori di elettroni).
Gli eletrroni vengono trasportati
lungo la catena respiratoria fino
all’O2 che diventa H2O
Questo processo libera l’energia
necessaria per la sintesi dell’ATP.
ATP fornirà l’energia necessaria
per tutti i processi cellulari
Glucosio + ossigeno
C6H12O6 + 6 O2
Rid.
Oss.
anidride carbonica + acqua
6 CO2 + 6 H2O
Oss. Rid.
Energia
Reazione di ossidazione del glucosio, si libera una grandissima
quantità di energia.
Nel nostro organismo introduciamo glucoso (e lipidi) e O2, che
vengono trasformati in CO2 e H2O.
Nel corso del catabolismo il glucosio (e gli acidi grassi) vengono
ossidati ttraverso una serie di tappe successive
L’energia che
si libera viene conservata sotto forma di “energia chimica”
L’energia che deriva da questa trasformazioni viene utilizzata per
sintetizzare ATP
Durante le reazioni del catabolismo,
avvengono una serie di ossidazioni
Gli equivalenti riducenti (elettroni)
vengono trasferiti su coenzimi ossidati
che quindi si riducono
2 e- + 2 H+
NADH + H+
NAD+
2 e- + 2 H+
FAD
FADH2
Ossidato
Ridotto
NAD = nicotinamide adenina dinucleotide
(derivato da niacina, vit PP)
FAD = flavina adenina dinucleotide
(derivato da ribodfalvina, vit B2)
I coenzimi ridotti serviranno per la sintesi
di ATP = adenosina trifosfato
Questi legami sono ad alta
energia
ATP = adenosina trifosfato
L’ATP viene utilizzato come fonte energetica per tutte le funzioni cellulari: es.
•Reazioni di sintesi (es. sintesi proteica, del DNA/RNA, dei lipidi, ecc.)
•Contrazione muscolare
•Movimento
•Trasporto attraverso le membrane
Reazioni chimiche:
• Esoergoniche o esotermiche (si libera energia, avvengono
spontaneamente)
• endoergoniche o endotermiche (hanno bisogno di energia dall’esterno per
avvenire, non possono avvenire spontaneamente)
• di equilibrio (non ci sono grosse variazioni energetiche tra reagenti e
prodotti
Le reazioni endoergoniche all’interno delle cellule possono avvenire se viene
fornita energia, ad esempio mediante la degradazione di ATP
Energia
A
B
Energia
A
B
A
B
ATP
ADP+Pi
(Energia)
A
B
Controllo del metabolismo
• Via metabolica:
Es.
A
B
C
D
E
• Tutte le vie metaboliche all’interno di una cellula/organismo
sono sottoposte a regolazione
• L’attività di alcuni enzimi è regolata da sostanze ad azione
inibitoria o attivatoria. Es. inibizione a feedback = E inibisce
l’attività dell’enzima che converte A in B
• Tutte le vie metaboliche sono sottoposte a regolazione da parte
di ormoni che regolano il metabolismo
– Insulina
– Glucagone
– Adrenalina
– Ormoni steroidei