Enzimi = catalizzatori di una reazione biochimica Caratteristiche: Specificità: ogni enzima riconosce specificamente il/i substrato/i e non altre

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1 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)

2 Gli enzimi riconoscono il loro substrato come una serratura riconosce la chiave Sito attivo Substrato Sito regolatore Adattamento indotto 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

3 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

4 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)

5 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

6 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 A B C D 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 ADP P ATP ADP P Enzima 1 inattivo Enzima 1 attivo Enzima 2 attivo Enzima 2 inattivo 3. Variazioni della quantità di enzima (aumento/diminuzione trascrizione mrna, stabilità della proteina enzimatica)

7

8 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 Amilasi/destrinasi Lattasi Saccarasi Peptidasi Sono localizzate sulla superficie degli enterociti

9 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

10 Digestione delle macromolecole nei componenti fondamentali Monosaccaridi, acidi grassi e amminoacidi vengono trasformati in acetilcoa AcetilCoA (2 atomi di C) viene trasfromato in CO 2 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 O 2 che diventa H 2 O Questo processo libera l energia necessaria per la sintesi dell ATP. ATP fornirà l energia necessaria per tutti i processi cellulari

11 Glucosio + ossigeno anidride carbonica + acqua C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O Rid. Oss. Oss. Rid. Energia Reazione di ossidazione del glucosio, si libera una grandissima quantità di energia. Nel nostro organismo introduciamo glucoso (e lipidi) e O 2, che vengono trasformati in CO 2 e H 2 O. 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

12 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 + NAD+ NADH + H + 2 e- + 2 H + FAD FADH 2 Ossidato Ridotto NAD = nicotinamide adenina dinucleotide (derivato da niacina, vit PP) FAD = flavina adenina dinucleotide (derivato da ribodfalvina, vit B 2 ) I coenzimi ridotti serviranno per la sintesi di ATP = adenosina trifosfato

13 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

14 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 A Energia B ATP ADP+Pi Energia (Energia) A B A B A B

15 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

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