Copertina
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
1
Le basi della biochimica
CAPITOLO
27
Indice
1. La cellula
2. La bioenergetica cellulare: il ruolo dell’ATP
3. Gli enzimi
4. I coenzimi
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
2
1 La cellula
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
PAG.
La cellula è l’unità strutturale e funzionale dove si verificano tutti i processi essenziali
per la vita di ogni organismo.
Le dimensioni delle cellule sono molto piccole e differiscono tra di loro.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
3
641
1 La cellula
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
PAG.
Le cellule possono essere distinte in procarioti e eucarioti.
Una cellula procariote ha una struttura molto semplice e primitiva in cui il materiale
genetico non è avvolto da una membrana e non è separato dal resto del citoplasma. È
caratteristica delle diverse famiglie dei batteri e delle alghe unicellulari.
Una cellula eucariote ha un nucleo, che contiene il materiale genetico, separato dal
citoplasma da una membrana biologica.
L’individualità di una cellula rispetto
all’ambiente esterno è salvaguardata dalla
membrana plasmatica o cellulare.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
4
641
1 La cellula
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
PAG.
Nel citoplasma si trovano i mitocondri in cui si estrae l’energia chimica contenuta
nelle sostanze organiche.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
5
643
2 La bioenergetica cellulare:
il ruolo dell’ATP
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
PAG.
In una reazione di combustione (ossidazione) il calore viene disperso nell’ambiente.
Nella respirazione cellulare (ossidazione catalizzata da enzimi che si verifica in più
stadi) l’energia è immagazzinata in gran parte in molecole di ATP (adenosintrifosfato).
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
6
644
2 La bioenergetica cellulare:
il ruolo dell’ATP
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
PAG.
La molecola dell’ATP è costituita da Adenina, Ribosio e tre gruppi fosfato.
Nella cellula questa molecola è completamente ionizzata e a pH 7 ha quattro cariche
negative concentrate nella struttura polifosforica.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
7
644
2 La bioenergetica cellulare:
il ruolo dell’ATP
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
PAG.
Nella cellula l’energia rilasciata dall’ATP entra nella disponibilità dell’ADP nelle reazioni
che richiedono energia.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
8
644
2 La bioenergetica cellulare:
il ruolo dell’ATP
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
PAG.
Nelle reazioni accoppiate una reazione
spontanea (G° negativo) può
trascinare una reazione non spontanea
(G° positivo) se l’energia libera
totale è negativa.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
9
647
3
Gli enzimi
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
PAG.
Un enzima è un catalizzatore biologico che, pur presente in quantità molto ridotta,
può influenzare la trasformazione di grandi quantità di sostanza.
Per attività di un enzima s’intende il numero di molecole di substrato che vengono
trasformate nell’unità di tempo; il substrato è la sostanza che deve essere
trasformata.
Influenza del pH sulla
velocità di reazione
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
10
648
3
Gli enzimi
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
PAG.
Attività di un enzima in funzione della temperatura.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
11
648
3
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
Gli enzimi
PAG.
649
Una reazione enzimatica può essere così rappresentata:
E + S E−S E + P
(prodotti di reazione)
L’equazione di Michaelis e Menten della velocità v di una reazione enzimatica in funzione
di concentrazioni crescenti di substrato S è data da:
dove v0 è la velocità iniziale della reazione, Vmax è la velocità massima, S la
concentrazione del substrato (in moli per litro di soluzione), KM è la costante di Michaelis.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
12
3
Gli enzimi
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
PAG.
650
Rappresentazione grafica dell’equazione di Michaelis e Menten:
KM, caratteristico di ogni sistema enzima-substrato, rappresenta l’affinità dell’enzima per il
substrato.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
13
3
Gli enzimi
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
PAG.
651
In una reazione enzimatica il substrato si lega al sito attivo dell’enzima. Come conseguenza,
il substrato modifica i propri legami in modo da formare nuovi composti.
Gli inibitori sono molecole che interagiscono in qualche modo con l’enzima impedendone il
corretto funzionamento.
Possono essere competitivi, allosterici, non competitivi.
Un inibitore competitivo blocca l’azione di un enzima.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
14
3
Gli enzimi
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
PAG.
652
Un enzima, oltre al sito attivo, può presentare un altro sito detto “Allosterico”.
Un inibitore non competitivo è un composto che si lega all’enzima nel sito allosterico e non
in quello attivo. Esempi di tale inibizione sono:
a. lo ione CN
b. i metalli pesanti, Hg o Ag.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
15
4
I coenzimi
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
PAG.
Molti enzimi per svolgere la loro funzione biologica richiedono un cofattore che può
essere una molecola organica non proteica, chiamata coenzima, oppure uno ione
inorganico come uno ione metallico (Mg2+, Zn2+).
Molti coenzimi derivano da molecole di vitamine.
COENZIMI DERIVATI DA MOLECOLE DI VITAMINE
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
16
654
4
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
I coenzimi
PAG.
I coenzimi possono essere classificati in due gruppi:
- coenzimi trasportatori di idrogeno o di elettroni, che partecipano alle reazioni di
ossido-riduzione (coenzimi ossido-riduttivi);
- coenzimi trasportatori di gruppi.
Coenzimi ossido-riduttivi
I coenzimi ossido-riduttivi comprendono i coenzimi piridinici, flavinici e il coenzima Q.
I coenzimi piridinici sono NAD+ e NADP+.
NAD+
Nicotinammide Adenina Dinucleotide
NADP+
Nicotinammide Adenina Dinucleotide Fosfato
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
17
654
4
I coenzimi
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
PAG.
La forma ridotta di NAD+ è NADH
La reazione di riduzione da NAD+ a NADH è così rappresentata:
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
18
654
4
I coenzimi
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
PAG.
I coenzimi flavinici partecipano alle reazioni di ossido-riduzione che appartengono
alle deidrogenasi.
Un coenzima flavinico è il FAD (flavin adenina dinucleotide).
La forma attiva del FAD è la riboflavina o vitamina B2.
Il coenzima FAD, a differenza di quelli piridinici, accetta 2 H+ e 2 e, per cui la forma
ridotta è FADH2.
Il coenzima Q è un componente della catena di trasporto degli elettroni.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
19
656
4
I coenzimi
CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA
PAG.
Coenzimi trasportatori di gruppi
Dei coenzimi trasportatori di gruppi il più importante è il coenzima A.
Il coenzima A è il trasportatore di unità a due atomi di carbonio, comunemente noti
come gruppi acetil.
Il coenzima A (abbreviazione CoA-SH) si combina con un substrato contenente un
gruppo acetile secondo la reazione:
Il coenzima A contiene un gruppo tiolico –SH che trasporta composti acetilici sotto
forma di tioesteri attivati (ad esempio, acetil-CoA, acil-CoA degli acidi grassi).
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012
20
657
