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.
