Consiglio Nazionale delle Ricerche - Dipartimento Progettazione Molecolare - Istituto di Chimica Biomolecolare
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“L’Istituto di Chimica Biomolecolare va a scuola”
Progetto di divulgazione ed educazione scientifica
Potenzialità d’impiego degli enzimi legate ai settori della ricerca
scientifica di base e tecnologica applicata all’industria
Dott.ssa Bruna Laratta
[email protected]
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Gli enzimi da tempo sono divenuti una realtà industriale consolidata ma, negli anni recenti, hanno avuto una crescita
esplosiva di applicazioni in diversi settori industriali: dalla farmaceutica alla chimica fine, alle tecnologie biomediche,
ambientali ed agroalimentari. Ciò è avvenuto, oltre a causa dello straordinario progresso delle biotecnologie e della ricerca
in biocatalisi, ai vantaggi dati dall'uso di enzimi..Un biocatalizzatore è una proteina che non solo incrementa la velocità di
una reazione chimica, ma permette di farla avvenire in condizioni blande, con alta selettività e purezza dei prodotti e
soprattutto con ridotto impatto ambientale e costo energetico. Quest’ultimo aspetto in virtù del fatto delle piccole
quantità coinvolte, del loro riutilizzo e la loro alta biodegradabilità, aprendo, così la possibilità di una tecnologia “pulita”.
Nel campo biotecnologico, la ricerca di nuove fonti per ottenere proteine enzimatiche con caratteristiche facilmente
modulabili, rappresenta il cuore dello sviluppo di nuovi processi per prodotti industriali innovativi.
Il termine enzima proviene dalle parole che in greco significano "nel lievito", perché storicamente i primi enzimi
sono stati identificati in quell’organismo. Sono proteine che funzionano da catalizzatori biologici e si sono
evoluti in natura per velocizzare e coordinare la moltitudine di reazioni chimiche necessarie a sviluppare e a
mantenere la vita. Le reazioni chimiche, nelle normali condizioni di un sistema vivente, sarebbero altrimenti
troppo lente : mezzo acquoso con pH neutro e temperatura tra i 20 e i 40°C. La catena proteica dell’enzima si
ripiega in modo tale da fornire verso l’esterno, delle regioni, dette SITI ATTIVI. Questi ultimi, sono perciò
formati da una minima parte degli amminoacidi che compongono la catena proteica; i rimanenti, contribuiscono al
ripiegamento (folding) della catena. Ai siti attivi spettano i seguenti compiti: il riconoscimento del substrato,
l’interazione con il substrato e l’intervento cinetico.
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La funzione di un enzima (come quella degli altri catalizzatori non proteici) consiste
nel far diminuire l'energia necessaria per rompere i vecchi legami (energia di
attivazione) dei reagenti e nel favorire l'orientamento di questi nella direzione più
idonea affinché possano reagire. Il meccanismo di funzionamento dell'enzima è del
tipo chiave-serratura. L’enzima è in grado di impartire alle molecole di substrato un
opportuno orientamento; questo fenomeno si manifesta grazie all’elasticità di cui è
dotata la catena proteica ed in tal modo l’enzima si adatta alla forma del substrato
anche attraverso assestamenti successivi (modello della mano e del guanto).
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Attualmente si conoscono migliaia enzimi (circa 3000) e si può prevedere che molti altri verranno identificati e
caratterizzati sulla base della conoscenza del codice genetico. Attraverso le piattaforme proteomiche (dove per
proteoma si intende il completo assetto proteico espresso in un organismo) oggi è possibile studiare la struttura, la
funzione e le interazioni tra proteine. Classificazione in base alle reazioni catalizzate:
• Ossido-riduttasi (reazioni redox)
• Transferasi (trasferimento di gruppi funzionali)
• Idrolasi (reazioni di idrolisi)
• Liasi (addizione al doppio legame)
Dalla Ricerca…
• Isomerasi (reazioni di isomerizzazione)
• Ligasi (formazione di legami con consumo di ATP)
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…all’Industria
Industria dei detergenti
Macchia proteica (uova)
proteina
monomero (amminoacido)
Industria tessile
enzima proteasi
fibrilla di cellulosa
Industria alimentare dei succhi di frutta
MECCANISMO DI AZIONE enzima pectin
esterasi
“Casuale”
(Random)
monomero (glucosio)
polimero di glucosio
PME
enzima cellulasi
PME
PME
PME
PME
PME
PME
PME
Ca2+
(+)
(-)
Poligalatturonasi
(PG)
POLPA
PERDITA
“Rilassamento”
della parete
cellulare
In collaborazione con Consiglio Nazionale delle Ricerche - Ufficio Promozione e Sviluppo Collaborazioni
