ENZIMI : la via per accelerare i processi biologici Sono proteine con il compito di catalizzare le reazioni chimiche che avvengono negli organismi viventi. Come: Ottimizzando la resa (svolgendo solo reazioni necessarie) Minimazzando gli sprechi (no eccessi) Il tutto può essere simpaticamente rappresentato come un sasso (reagente) che per arrivare a valle (prodotto) deve superare la montagna (Ea) La velocità di reazione è definita come la quantità di sostanza consumata o prodotta nell’unità di tempo: v = dc/dT Una reazione chimica può essere accelerata aumentando la temperatura. Infatti aumentando la T aumenta l’energia cinetica delle particelle aumenta il numero degli urti efficaci tra le molecole un maggior numero di particelle, nell’unità di tempo, formerà il complesso attivato. GLI ENZIMI SI COMBINANO TRANSIENTEMENTE COL SUBSTRATO E ABBASSANO L’ENERGIA DI ATTIVAZIONE DELLA REAZIONE. STRUTTURA DEGLI ENZIMI Complesso ENZIMA-SUBSTRATO •Step 1: E Enzima + + S Substrato ES Complesso Complesso ENZIMA-PRODOTTO • Step 2: ES ES EP Stato di transizione EP PRODOTTO • Step 3: • EP EP E + P Enzyme is ready for another substrate. GLI ENZIMI NON SONO MODIFICATI NELLA REAZIONE CLASSIFICAZIONE DEGLI ENZIMI SPECIFICITÀ 1- TeoriaENZIMA-SUBSTRATO chiave-serratura • Il substrato deve adattarsi perfettamente al sito attivo dell’enzima. 2- Teoria dell’adattamento indotto Il sito attivo: • deve adattarsi al substrato • deve cambiare conformazione per formare il complesso enzima-substrato. La velocità di una reazione catalizzata è influenzata dai seguenti fattori Concentrazione del substrato Concentrazione dell’enzima Regolazione a LUNGO termine Temperatura pH Inibitori Regolazione a BREVE termine CONCENTRAZIONE DEL SUBSTRATO : Equazione di Michaelis-Menten Km è bassa = alta affinità dell’enzima per il substrato Vmax [S] v0 = Km + [S] Km è alta = bassa affinità dell’enzima per il substrato. BASSE concentrazioni di substrato, v0 = Vmax [S] / Km cioè, la velocità è direttamente proporzionale alla concentrazione del substrato. ALTE concentrazioni di substrato, v0 = Vmax, cioè, la velocità è la massima, indipendentemente dalla concentrazione del substrato. La velocità iniziale v0 è direttamente proporzionale alla concentrazione dell’enzima. v0 CONCENTRAZIONE DELL’ENZIMA 5 Km è indipendente dalla concentrazione dell’enzima TEMPERATURA pH Esempi di PH ottimali Enzima Fonte pH pepsina saccarasi catalasi fosfatasi alcalina mucosa gastrica intestino fegato ossa 1.5 6.2 7.3 9.5 Inibitori Molecole specifiche o ioni che possono competere con le molecole di substrato nel legarsi con l’enzima ed inibire l’attività dell’enzima. IRREVERSIBILE L’inibitore si va a legare al sito catalitico dell’enzima con un legame molto forte, impedendo l’accesso del substrato. I+E Ki EI inattivo Un esempio di inibizione irreversibile è dato dall’azione dei gas nervini che bloccano l’azione dell’enzima acetilcolinesterasi, responsabile dell trasmissione degli impulsi nervosi. REVERSIBILE INIBITORE COMPETITIVO •Struttura molto simile a quella del substrato •Inibitore e substrato competono per lo stesso sito attivo •Esito della competizione dipende dalla conc. Delle due molecole INIBITORE NONCOMPETITIVO •Si lega in una zona diversa dal sito attivo dando luogo al complesso enzima-inibitore inattivo •il suo legame deforma la conformazione spaziale dell’enzima Applicazione inibizione noncompetitiva: ENZIMI ALLOSTERICI Enzima Inattivo Regolatore Positivo Enzima Attivo Il substrato può legarsi Cambiamento conformazione sito attivo Allosterismo Positivo - attiva l’enzima. Allosterismo Negativo - disattiva l’enzima. COENZIMI •Piccola molecola di natura non proteica che si associa all'enzima e ne rende possibile l'attività catalitica tipica dell'enzima stesso. •La maggior parte degli enzimi che richiedono il legame a cofattori, infatti, perdono ogni funzionalità in caso di assenza del cofattore stesso. APOENZIMA: enzima privo del cofattore e quindi inattivo OLOENZIMA: cofattore + apoenzima LE VITAMINE: cosa sono e come agiscono – sono sostanze organiche essenziali nell’accrescimento – agiscono in dosi minime – incapaci di essere sintetizzate, vanno introdotte con l’alimentazione – presenti in tracce negli alimenti (frutta e verdura) – prive di valore energetico REGOLAZIONE PROTEZIONE Bioregolatori del metabolismo (coenzimi) Antiossidanti Difese immunitarie Solubilita’ LIPOSOLUBILI – Assorbite velocemente – Non eliminate facilmente – Immagazzinate nel corpo (riserva) – Non necessario introdurle quotidianamente con la dieta – Effetti tossici: Ipervitaminosi – E’ sicuro assumere una dose giornaliera 10 volte la dose consigliata IDROSOLUBILI – Assorbite lentamente – Labili – Diffondono liberamente nei liquidi intra ed extracellulari – Non immagazzinate nel corpo – Non esercitano effetti tossici – E’ sicuro assumere una dose giornaliera 50 volte la dose consigliata VITAMINA A Agisce come ormone steroideo. Es previene anemia DOVE SI TROVA: •Frutta e verdura di colore arancione, giallo, verde scuro •Olio di fegato di pesce Intermedio del ciclo della visione. Carenza: cecità notturna Possibile attività antitumorale •Albume d’uovo •Burro, latte VITAMINA D •Deriva da: 7-deidrocolesterolo •Dove si trova: prodotti ittici, caseari •Trasformazione: •nella pelle–colecalciferolo (pre-Vit.D) •nel fegato- 25(OH)D (inattiva) •nel rene- 1,25(OH)2D (attiva) •Dove agisce: cellula della mucosa intestinale •Azione: stimola la sintesi di Ca++ binding protein, che favorisce l’assorbimento intestinale del calcio VITAMINA E Dove si trova: oli vegetali (soia, arachidi, mais, olive), tuorlo d'uovo, ortaggi verdi in foglia, cereali integrali (riso, frumento, avena), semi interi e noci. Azione: antiossidante, previene l'aterosclerosi, riduce il tasso di colesterolo, favorisce la sintesi dell’eme, antisterilità Effetti da deficit: anemia, sterilità, maggiore incidenza di malattie cardiovascolari. È bene sapere che: l'effetto antiossidante è rafforzato dalla contemporanea presenza di vit.C VITAMINA K Fonti principali: cavoli, spinaci, piselli. Azione: • favorisce la coagulazione del sangue: e’ necessaria per la formazione della prototrombina, precursore inattivo della trombina, enzima proteolitico che rompe specifici legami peptidici della proteina fibrinogeno convertendolo in fibrina, proteina fibrosa insolubile, che coagula il sangue. • interviene nello sviluppo e nella calcificazione delle ossa Effetti da deficit: emorragie, osteoporosi E' bene sapere che: • cause carenza: alimentazione inadeguata, colite, alcolismo, uso di antibiotici e antiinfiammatori non steroidei che distruggono la flora batterica intestinale produttrice della vitamina K2. • non attraversa la placenta. VITAMINA B1 o tiamina Fonti principali: lievito, fagioli, lenticchie, piselli, noci Azione: • precursore della TPP, coenzima della piruvato deidrogenasi • favorisce l'appetito e la digestione • agisce sulla sfera nervosa e comportamentale (vitamina del morale) Effetti da deficit: • disturbi a carico del sistema nervoso e dell'apparato cardiocircolatorio E' bene sapere che: • Nei paesi industrializzati la carenza di vit.B1 è maggiore negli adulti: l’abuso di alcol interferisce con il suo assorbimento VITAMINA B2 o riboflavina Fonti alimentari: lievito, latte, uova, vegetali a foglie verdi • è un pigmento giallo-verde (flavus, dal greco giallo) che colora in modo caratteristico le urine Azione: precursore del coenzima FAD (sintesi epatica) Effetti da deficit: lesioni agli angoli della bocca, dermatiti È bene sapere che: • elevata sensibilità alla luce • la carenza durante la gravidanza può provocare malformazioni scheletriche del nascituro VITAMINA B3 o niacina Fonti alimentari: carni rosse, noccioline, legumi Azione: precursore di NAD e NADP (coenzimi per deidrogenasi) Effetti da deficit: pellagra (diarrea, dermatiti, demenza) – in popolazioni con alimentazione ricca in mais È bene sapere che: può essere sintetizzata a partire dal triptofano (60mg trp = 1mg niacina) VITAMINA B6 o piridossina Fonti alimentari: carni rosse, vegetali, cereali Azione: precursore del piridossal fosfato, coenzima di transaminasi e decarbossilasi (metabolismo aa) Effetti da deficit: irritabilità e depressione nervosa, anemia, perdita dei capelli È bene sapere che: è una vitamina antistress, stimolando le ghiandole surrenaliche a produrre il cortisone. VITAMINA B8 o BIOTINA Dove si trova: flora batterica intestinale Azione: è il coenzima delle carbossilasi (ruolo chiave nella sintesi di acidi grassi, glucidi e proteine) È bene sapere che: una dieta ricca di uova crude comporta carenza di biotina perché nell’ albume è presente l'avidina che legandosi alla biotina del tuorlo, ne blocca l'assorbimento intestinale VITAMINA B9 o ACIDO FOLICO Fonti alimentari: frattaglie, verdure a foglia verde (spinaci, broccoli) Azione: importante nella crescita cellulare (sintesi DNA e RNA, metabolismo amminoacidi) Effetti da deficit: durante la gravidanza può causare anemia, malformazioni della colonna vertebrale del nascituro (spina bifida), labbro leporino VITAMINA B12 o cobalamina Fonti alimentari: fegato, assente nei vegetali Effetti da deficit: anemia perniciosa È bene sapere che: l’assorbimento nell’intestino richiede la presenza del fattore intrinseco. VITAMINA C o acido ascorbico Azione: •interviene nella produzione di collagene (muscoli, ossa, cartilagini) •stimola le difese immunitarie •facilita l'assorbimento di ferro •ha un potente effetto antiossidante e contrasta gli effetti di sostanza tossiche quali fumo e inquinamento •riduce il danno causato dal consumo di prodotti contenenti conservanti alimentari come nitriti e nitrati •protegge la pelle dai raggi ultravioletti Effetti da deficit: scorbuto È bene sapere che: tra i 45 ed i 60 mg (più o meno la dose contenuta in un Kiwi di media dimensione). Tuttavia per apprezzare i suoi effetti antiossidanti occorre un'assunzione giornaliera di almeno 200 mg/die.