FUNZIONE ENZIMATICA
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
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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.
prof. Gianni Caniato
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ENZIMI
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

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
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
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:
[C D]
v=
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 meno
energia dei reagenti e
la differenza di energia
viene ceduta
all'ambiente

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I Prodotti hanno
maggiore energia dei
reagenti e la reazione
necessita di un apporto
continuo di energia
dall'esterno
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Reazione esoergonica

Per trasformarsi nei
E
prodotti i reagenti devono
superare un valore minimo
di energia:
A+B
Energia di
attivazione
ENERGIA DI ATTIVAZIONE

Alla fine della reazione
l'energia liberata è uguale
alla differenza di energia tra
i reagenti ed i prodotti
Energia
liberata
C+D
t
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Reazione endoergonica


La reazione inversa è
ovviamente endoergonica, E
come si nota dal grafico
l'energia necessaria per
trasformare i reagenti nei
Energia di
prodotti è superiore alla sola
attivazione
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
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A+B

Energia
C+D
t
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Enzimi: meccanismo d'azione
Reazione Catalizzata
E
A+B
Energia di
attivazione
E
A+B
C+D
C+D
t

Azione
dell'enzima
t
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
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Energia dei reagenti
N° particelle
Valore medio

Energia
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
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Energia e velocità
N° particelle
Valore medio Energia di attivazione


Energia
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
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Temperatura e velocità
N° particelle
Valore medio
Energia di attivazione


Energia
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
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Catalizzatori e velocità
N° particelle
Energia di attivazione
in presenza di
catalizzatore
Valore medio

Energia
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
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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.
prof. Gianni Caniato
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