La cellula al lavoro

Lezione 1
STRUTTURA E LE FUNZIONI
DELLA MEMBRANA PLASMATICA
1
3.1 La membrana plasmatica è un mosaico fluido
di fosfolipidi e proteine
 La membrana plasmatica è organizzata secondo un
modello a mosaico fluido
– Mosaico perché composta da fosfolipidi e proteine
disposti come le tessere di un mosaico
– Fluido perché le “tessere” non sono fissate, ma possono
scorrere le une sulle altre
2
3.1 La membrana plasmatica è un mosaico fluido di
fosfolipidi e proteine
 Molti fosfolipidi contengono acidi grassi insaturi
– I doppi legami creano angoli nelle code
– Ciò impedisce che i fosfolipidi si compattino
solidificando
– Nella membrana delle cellule animali è presente anche il
colesterolo per stabilizzarla a temperature alte e
mantenerla fluida a temperature più basse
3
3.1 La membrana plasmatica è un mosaico fluido di
fosfolipidi e proteine
 Le proteine incluse nella membrana hanno diverse
funzioni
– Le integrine danno maggior resistenza alla membrana
perché la attraversano da una parte all’altra
ancorandosi al citoscheletro e alla matrice extracellulare
– Le glicoproteine sono implicate nel riconoscimento tra
cellule
– Le proteine-recettore permettono la comunicazione
con altre cellule tramite la trasduzione del segnale
– Le proteine di trasporto regolano la permeabilità
selettiva
4
Carboidrato unito
a una glicoproteina
Glicoproteina
Glicolipide
Integrina
Fosfolipide
Microfilamenti
del citoscheletro
Colesterolo
5
3.1 La membrana plasmatica è un mosaico fluido di
fosfolipidi e proteine
 Una funzione importante svolta delle proteine di
membrana è il trasporto di molecole
– Grazie all’ambiente idrofobo all’interno del doppio
strato, le molecole non polari attraversano facilmente la
membrana, mentre le molecole polari vengono bloccate
– Le proteine di trasporto permettono ingresso e
fuoriuscita controllati di queste molecole
– Questo fenomeno è chiamato permeabilità selettiva
6
3.1 La membrana plasmatica è un mosaico fluido di
fosfolipidi e proteine
Check
Elenca le sei principali funzioni svolte dalle proteine
di membrana
7
3.2 L’organizzazione spontanea delle membrane
rappresenta un passaggio cruciale
nell’origine della vita
alla luce dell’evoluzione
 I fosfolipidi, posti in soluzione acquosa, si
aggregano spontaneamente formando un doppio
strato simile a quello della membrane cellulari
– L’isolamento di molecole organiche all’interno di queste
strutture potrebbe essere stato un passaggio cruciale
per la nascita della vita
8
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9
Acqua
Acqua
10
3.2 L’organizzazione spontanea delle membrane
rappresenta un passaggio cruciale
nell’origine della vita
alla luce dell’evoluzione
Check
Come descriveresti la struttura di una delle vescicole
illustrata in sezione nella diapositiva precedente?
11
3.3 Nel trasporto passivo le sostanze diffondono
attraverso la membrana senza alcun consumo
di energia
 Con il termine diffusione si indica il fenomeno per
cui le particelle tendono a distribuirsi in modo
uniforme nello spazio a disposizione
– Le particelle si muovono da regioni in cui sono più
concentrate verso zone in cui sono meno concentrate
– Quindi le particelle diffondono seguendo il proprio
gradiente di concentrazione
– Le particelle finiscono per raggiungere un equilibrio
dinamico con una concentrazione uguale in ogni zona
12
3.3 Nel trasporto passivo le sostanze diffondono
attraverso la membrana senza alcun consumo di
energia
 La diffusione attraverso le membrane plasmatiche
non richiede energia: per questo viene chiamata
trasporto passivo
– Il gradiente di concentrazione rappresenta l’energia
potenziale necessaria per questo tipo di trasporto
13
Molecole di colorante
Membrana
Equilibrio
14
Molecole
di colorante
Membrana
(in sezione)
Equilibrio
15
3.3 Nel trasporto passivo le sostanze diffondono
attraverso la membrana senza alcun consumo di
energia
Check
Che cosa si intende per trasporto passivo?
16
3.4 La diffusione dell’acqua attraverso una
membrana semipermeabile avviene per osmosi
 La capacità dell’acqua di muoversi attraverso le
membrane è fondamentale per la vita della cellula
– Il flusso di acqua attraverso le membrane avviene per
osmosi, in risposta alla concentrazione dei soluti
all’esterno della cellula
– L’osmosi sposta l’acqua secondo gradiente finché la
concentrazione del soluto è uguale da entrambi i lati
della membrana
17
Minore
Maggiore
concentrazione concentrazione
di soluto
di soluto
Molecola
di soluto
Uguale
concentrazione
di soluto
H2O
Membrana
selettivamente
permeabile
Molecola
d’acqua
Molecola di soluto
circondata da molecole d’acqua
Flusso netto di acqua
18
3.4 La diffusione dell’acqua attraverso una
membrana semipermeabile avviene per osmosi
Check
Qual è la direzione del flusso netto di acqua tra due
soluzioni di saccarosio (una allo 0,5% e l’altra al 2%)
separate da una membrana non permeabile al
saccarosio?
19
3.5 L’equilibrio idrico tra le cellule
e l’ambiente circostante è fondamentale
per la sopravvivenza degli organismi
 Quando due soluzioni hanno diversa
concentrazione di soluti
 quella in cui il soluto è più concentrato si dice
ipertonica
 quella in cui il soluto è meno concentrato si dice
ipotonica
 Quando due soluzioni hanno la stessa
concentrazione di soluti
 si dicono entrambe isotoniche
20
3.5 L’equilibrio idrico tra le cellule
e l’ambiente circostante è fondamentale
per la sopravvivenza degli organismi
 La maggior parte degli organismi è dotata di
meccanismi di osmoregolazione per mantenere
un equilibrio idrico con l’ambiente circostante
– Ciò permette di evitare l’eccessivo accumulo di acqua in
un ambiente ipotonico
– E l’eccessiva perdita di acqua in un ambiente ipertonico
– Le cellule animali e vegetali rispondono diversamente
alla tonicità dell’ambiente circostante
21
Soluzione isotonica
Soluzione ipotonica
Soluzione ipertonica
Cellula
animale
(A) Normale
(B) Lisi
(C) Raggrinzita
Membrana
plasmatica
Cellula
vegetale
(D) Perdita
di turgore
(E) Turgida
(F) Raggrinzita
22
3.5 L’equilibrio idrico tra le cellule
e l’ambiente circostante è fondamentale
per la sopravvivenza degli organismi
Check
Considerando quanto hai appena appreso
sull’equilibrio idrico, come puoi spiegare la funzione
dei vacuoli contrattili di protisti come Paramecium?
23
3.6 Le proteine di trasporto facilitano la diffusione
di alcune molecole attraverso la membrana
 Molte molecole idrofile o di grandi dimensioni
possono attraversare la membrana cellulare solo
grazie alle proteine di trasporto
– Questo tipo di trasporto passivo (non richiede energia)
è chiamato diffusione facilitata
– Le acquaporine sono proteine canale che permettono
uno scambio più veloce delle molecole d’acqua con
l’esterno
24
3.6 Le proteine di trasporto facilitano la diffusione
di alcune molecole attraverso la membrana
 Le proteine di trasporto possono funzionare in
diversi modi
– Alcune si comportano come canali che sono si lasciano
attraversare da molecole idrofile
– Altre si legano a una specifica molecola, cambiano
forma e la riversano dal lato opposto della membrana
– In ogni caso le proteine di trasporto sono specifiche per
i propri “passeggeri”
25
soluto
proteina
canale
CITOPLASMA
26
27
3.6 Le proteine di trasporto facilitano la diffusione
di alcune molecole attraverso la membrana
Check
In che modo le proteine di trasporto contribuiscono
alla permeabilità selettiva di una membrana?
28
3.7 Le cellule consumano energia per trasportare
un soluto contro il gradiente di concentrazione
 Le cellule sono dotate anche di meccanismi di
trasporto attivo per trasferire soluti contro
gradiente di concentrazione
– Questi sistemi richiedono energia, solitamente sotto
forma di ATP
– L’ATP, fosforilando la proteina di trasporto, permette un
cambiamento di forma necessario per il trasferimento
del soluto dal lato opposto della membrana
29
30
31
32
3.7 Le cellule consumano energia per trasportare
un soluto contro il gradiente di concentrazione
Check
 Lo ione Ca2+ viene spostato fuori dalla cellula
grazie al trasporto attivo
 La concentrazione di questo ione è maggiore
dentro o fuori dalla cellula? Spiega la tua risposta
34
3.8 Le grandi molecole attraversano le membrane
mediante esocitosi ed endocitosi
esplorando
 La cellula sfrutta due processi per spostare
materiali voluminosi attraverso la membrana
– Esocitosi: vescicole di trasporto cariche di
macromolecole si fondono con la membrana cellulare e
liberano all’esterno il proprio contenuto
– Endocitosi: la cellula ingloba materiale presente
all’esterno in una vescicola che trasferisce al proprio
interno
 In entrambi i casi il materiale trasportato si trova
all’interno di vescicole
35
3.8 Le grandi molecole attraversano le membrane
mediante esocitosi ed endocitosi
esplorando
 Esistono tre tipi di endocitosi
– Fagocitosi: la cellula avvolge una particella mediante
estroflessioni della membrana chiamate pseudopodi e la
ingloba all’interno di un vacuolo
– Pinocitosi: la cellula “inghiotte” goccioline di liquido in
minuscole vescicole
– Endocitosi mediata da recettori: proteine-recettore
si legano a molecole specifiche, poi la porzione di
membrana contenente i recettori si introflette e si
chiude in una vescicola che trasporta nel citoplasma le
molecole inglobate
36
Fagocitosi
FLUIDO
CITOPLASMA
EXTRACELLULARE
Pseudopodio
Pseudopodio
dell’ameba
Food
being
ingested
Batterio
“Cibo”
o altre particelle
Vacuolo
alimentare
Vacuolo
alimentare
Pinocitosi
Membrana plasmatica
Vescicola
Endocitosi mediata da recettori
Recettore
Membrana plasmatica
Proteina di rivestimento
Vescicola
rivestita
Fossetta
rivestita
Fossetta
rivestita
Molecola
specifica
Materiale legato
ai recettori
37
LA FAGOCITOSI
FLUIDO
EXTRACELLULARE
Pseudopodio
dell’ameba
CITOPLASMA
Pseudopodio
Batterio
“Cibo”
o altre particelle
Vacuolo
alimentare
Vacuolo
alimentare
38
LA PINOCITOSI
Membrana
plasamtica
Vescicola
Membrana plasmatica
39
L’ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORI
Recettore
Membrana plasmatica
Proteina di rivestimento
Vescicola
rivestita
Fossetta
rivestita
Fossetta
rivestita
Molecola
specifica
Materiale legato
ai recettori
40
3.8 Le grandi molecole attraversano le membrane
mediante esocitosi ed endocitosi
esplorando
Check
Quale processo fa aumentare le dimensioni della
membrana plasmatica: l’esocitosi o l’endocitosi?
41
Lezione 2
LA CELLULA E L’ENERGIA
42
3.9 Quando compie un lavoro la cellula trasforma
l’energia
 La cellula agisce come una fabbrica chimica in
miniatura, capace di compiere migliaia di reazioni
– La cellula utilizza l’energia per fabbricare membrane e
organuli cellulari, sintetizzare prodotti, trasportare le
strutture al proprio interno o per spostarsi attivamente
nell’ambiente
43
3.9 Quando compie un lavoro la cellula trasforma
l’energia
 L’energia è definita come la capacità di svolgere
un lavoro
– L’energia cinetica è l’energia dei corpi in movimento
– L’energia potenziale è l’energia che un oggetto
possiede in virtù della sua struttura o della posizione
che occupa
44
3.9 Quando compie un lavoro la cellula trasforma
l’energia
 Un oggetto che si muove (dotato di energia
cinetica) può compiere un lavoro trasferendo il
proprio moto ad altri corpi materiali
– Un giocatore di biliardo utilizza il movimento della
stecca per spingere la palla, la quale a sua volta mette
in moto altre palle
– Il calore è una forma di energia cinetica associata al
moto casuale degli atomi o delle molecole
– Anche la luce è un tipo di energia cinetica che può
essere catturata per compiere un lavoro
45
3.9 Quando compie un lavoro la cellula trasforma
l’energia
 Per compiere un lavoro, l’energia potenziale deve essere
convertita in energia cinetica
– Un tuffatore sul trampolino, possiede una certa quantità di energia
potenziale derivante dalla sua posizione elevata
– Quando salta, la sua energia potenziale è convertita in energia
cinetica
 L’energia chimica è un tipo di energia potenziale che
possiedono tutte le molecole in virtù della configurazione
dei loro atomi
– L’energia chimica è fondamentale per la vita perché è l’unica forma
di energia potenziale disponibile per il lavoro cellulare
46
L’energia potenziale del tuffatore
è maggiore sul trampolino
Durante il tuffo,
l’energia potenziale
si trasforma
in energia cinetica
Risalendo sul trampolino,
il tuffatore trasforma
l’energia cinetica
del movimento muscolare
in energia potenziale
L’energia cinetica del tuffatore
è minore nell’acqua
47
3.9 Quando compie un lavoro la cellula trasforma
l’energia
Check
Quale forma di energia possiede un oggetto a
riposo?
48
3.10 Le leggi della termodinamica regolano
le trasformazioni di energia
 Lo studio delle trasformazioni di energia che
interessano la materia è chiamato termodinamica
– In termodinamica si indica come sistema l’insieme dei
corpi materiali considerati
– Come ambiente tutto ciò che circonda il sistema
– Un sistema può essere una singola cellula o l’intero pianeta
– Un organismo è considerato un sistema aperto perché può
scambiare energia e materia con l’ambiente circostante
49
3.10 Le leggi della termodinamica regolano
le trasformazioni di energia
 Esistono due leggi fondamentali che governano la
trasformazione di energia negli organismi
– Il primo principio della termodinamica: l’energia
dell’Universo è costante
– Il secondo principio della termodinamica: ogni
trasformazione di energia comporta un aumento del
disordine dell’Universo
– L’entropia è una misura del grado di disordine di un sistema
50
Conversione di energia
Carburante
Prodotti di scarto
Energia
termica
Diossido
di carbonio
Benzina
Combustione
Energia cinetica
(del movimento)
Acqua
Ossigeno
Conversione dell’energia in un’automobile
Calore
Glucosio
Respirazione cellulare
Ossigeno
Diossido
di carbonio
Acqua
Energia per il lavoro cellulare
Conversione dell’energia in una cellula
51
Carburante
Conversione dell’energia
Prodotti di scarto
Energia
termica
Diossido
di carbonio
Benzina
Combustione
Energia cinetica
(del movimento)
Acqua
Ossigeno
Conversione dell’energia in un’automobile
52
Carburante
Conversione di energia
Prodotti di scarto
Calore
Glucosio
Respirazione cellulare
Ossigeno
Diossido
di carbonio
Acqua
Energia per il lavoro cellulare
Conversione dell’energia in una cellula
53
3.10 Le leggi della termodinamica regolano
le trasformazioni di energia
Check
Come puoi spiegare la diffusione di un soluto
attraverso una membrana utilizzando il secondo
principio della termodinamica?
54
3.11 Alcune reazioni chimiche liberano energia,
altre la immagazzinano
 Una reazione esoergonica è una reazione chimica
che libera energia
– I reagenti hanno legami covalenti che contengono più
energia rispetto ai legami dei prodotti
– La reazione libera nell’ambiente esterno una quantità di
energia pari alla differenza tra l’energia potenziale dei
reagenti e quella dei prodotti
– La respirazione cellulare è un processo esoergonico
in cui l’ossigeno è utilizzato per convertire l’energia
chimica dello zucchero in lavoro
55
Energia potenziale delle molecole
Reagenti
Quantità
di energia
libera
Energia liberata
Prodotti
56
3.11 Alcune reazioni chimiche liberano energia, altre
la immagazzinano
 Una reazione endoergonica è una reazione
chimica che richiede un apporto netto di energia
– In una reazione endoergonica l’energia viene assorbita
dall’ambiente e impiegata per generare prodotti che
contengono più energia dei reagenti
– L’energia viene immagazzinata come energia potenziale
nei legami covalenti delle molecole dei prodotti
– La fotosintesi è un processo endoergonico: utilizzando
reagenti a basso contenuto energetico e sfruttando
l’energia solare, produce molecole ricche di energia
57
Energia potenziale delle molecole
Prodotti
Energia assorbita
Quantità
di energia
assorbita
Reagenti
58
3.11 Alcune reazioni chimiche liberano energia, altre
la immagazzinano
 In qualsiasi organismo le diverse cellule svolgono
in modo coordinato migliaia di reazioni
esoergoniche ed endoergoniche differenti
– Il complesso delle reazioni chimiche svolte da un
organismo è indicato come metabolismo cellulare
– Una via metabolica è una serie di reazioni chimiche che
determinano la sintesi o la demolizione di molecole
complesse
59
3.11 Alcune reazioni chimiche liberano energia, altre
la immagazzinano
 L’accoppiamento energetico è la capacità
fondamentale delle cellule di sfruttare l’energia
prodotta da reazioni esoergoniche per alimentare
reazioni endoergoniche
 La chiave di volta dell’accoppiamento energetico è
l’ATP
60
3.11 Alcune reazioni chimiche liberano energia, altre
la immagazzinano
Check
Considerando il principio della conservazione
dell’energia, qual è il destino dell’energia ricavata dal
cibo durante la reazione esoergonica della
respirazione cellulare?
61
3.12 L’ATP trasporta l’energia chimica dove è
necessaria
 L’ATP (adenosinatrifosfato) è la “moneta” per gli
scambi energetici della cellula
– È formato da una base azotata (adenina), uno zucchero
pentoso (ribosio) e tre gruppi fosfato
– La repulsione dovuta alle tre cariche negative presenti
sui gruppi fosfato rende questa molecola simile a una
molla compressa pronta a scattare
– I legami dei gruppi fosfato, infatti, sono molto instabili e
possono essere facilmente idrolizzati (cioè spezzati
aggiungendo H2O)
62
3.12 L’ATP trasporta l’energia chimica dove è
necessaria
 L’idrolisi dell’ATP è una reazione esoergonica
– La cellula abbina questa reazione a un processo
endoergonico, di solito trasferendo il gruppo fosfato su
un’altra molecola tramite una reazione di fosforilazione
– In questa reazione la molecola fosforilata riceve energia
dall’ATP che si trasforma in ADP (adenosindifosfato)
– L’idrolisi dell’ATP può alimentare tre tipi di lavoro cellulare
– Lavoro chimico
– Lavoro meccanico
– Lavoro di trasporto
63
Adenosina Trifosfato (ATP)
Gruppo
fosfato
Adenina
Ribosio
64
Adenosina Trifosfato (ATP)
Gruppo
fosfato
Adenina
Ribosio
Idrolisi
+
Adenosina
Difosfato (ADP)
65
Lavoro chimico
Lavoro meccanico
Lavoro di trasporto
Soluto
Proteina
motrice
Proteina
di membrana
Reagenti
Prodotti
Molecola formata
Movimento della proteina
Trasporto del soluto
66
3.12 L’ATP trasporta l’energia chimica dove è
necessaria
 L’ATP è una risorsa rinnovabile che le cellule sono
in grado di rigenerare continuamente
– Quando viene liberata energia da un processo
esoergonico, come la glicolisi, l’energia viene utilizzata
in una reazione endoergonica per generare ATP
partendo da una molecola di ADP e un gruppo fosfato
67
Energia
proveniente
dalle reazioni
esoergoniche
Energia
disponibile
per le reazioni
endoergoniche
68
3.12 L’ATP trasporta l’energia chimica dove è
necessaria
Check
In che modo l’ATP trasferisce l’energia ricavata dai
processi esoergonici ai reagenti che partecipano a
processi endoergonici?
69
3.13 La fotosintesi e la respirazione cellulare sono due
processi interdipendenti
esplorando
 La fotosintesi è un processo biochimico complesso
che avviene in due fasi
– La prima è chiamata fase luminosa, perché richiede la
presenza di luce
– Nella fase luminosa l’energia luminosa è convertita in energia
chimica
– La seconda è chiamata fase oscura, perché non richiede
la presenza di luce
– Nella fase oscura avviene la sintesi degli zuccheri
3.13 La fotosintesi e la respirazione cellulare sono due
processi interdipendenti
esplorando
 Nella fase luminosa l’energia luminosa assorbita
dalla clorofilla è impiegata per trasferire elettroni e
ioni H+ dall’acqua al NADP+, riducendolo così a
NADPH
– Il NADP+ è un trasportatore di elettroni che raccoglie
gli elettroni ricchi di energia per alimentare le fasi
successive della fotosintesi
– Alcune passaggi della fase luminosa generano ATP subito
disponibile
3.13 La fotosintesi e la respirazione cellulare sono due
processi interdipendenti
esplorando
 La fase oscura comprende una serie ciclica
di reazioni chiamata ciclo di Calvin
– Nel ciclo di Calvin vengono sintetizzate molecole di
zuccheri a partire dal CO2 e dalle molecole a elevato
contenuto energetico prodotte dalla fase luminosa
– L’incorporazione del CO2 in molecole organiche è
chiamata fissazione del carbonio
CO2
H2O
Cloroplasto
Luce
NADP+
ADP
P
REAZIONI
LUMINOSE
(nei tilacoidi)
CICLO
DI CALVIN
(nello stroma)
ATP
NADPH
O2
Zucchero
3.13 La fotosintesi e la respirazione cellulare sono due
processi interdipendenti
esplorando
 La fotosintesi è costituita da numerose reazioni di
ossidoriduzione
– Le molecole di acqua si scindono liberando O2: in realtà si
ossidano, cioè perdono elettroni e ioni idrogeno (H+)
– Il CO2 acquista elettroni e ioni idrogeno, riducendosi a
glucosio
3.13 La fotosintesi e la respirazione cellulare sono due
processi interdipendenti
esplorando
 La respirazione cellulare, attraverso una serie di
reazioni redox, libera l’energia chimica contenuta nel
glucosio
– Per farlo, lo zucchero viene ossidato a CO2 e l’O2 ridotto
ad H2O
– Gli elettroni perdono energia potenziale durante questa
serie di ossidoriduzioni
– Al contrario, nella fotosintesi, l’ H2O si ossida, il CO2 si
riduce e gli elettroni acquistano energia
3.13 La fotosintesi e la respirazione cellulare sono due
processi interdipendenti
esplorando
 Nella fotosintesi gli elettroni vengono spinti a un
livello energetico superiore grazie all’energia
luminosa catturata dalle molecole di clorofilla
– In questo modo la fotosintesi trasforma l’energia luminosa
in energia chimica
– L’energia chimica è immagazzinata nei legami chimici
delle molecole di zucchero
Lezione 3
COME FUNZIONANO GLI ENZIMI
78
3.14 Gli enzimi accelerano le reazioni chimiche
abbassando le richieste energetiche
 La cellula ha un continuo rifornimento di energia
sotto forma di ATP, ma questa non è direttamente
disponibile
– Per dare il via a una qualsiasi reazione bisogna superare
una barriera energetica chiamata energia di
attivazione (EA)
– Questa energia serve per spezzare i legami dei reagenti
e permettere la formazione di nuovi
79
3.14 Gli enzimi accelerano le reazioni chimiche
abbassando le richieste energetiche
 Molte reazioni sono accelerate da un aumento di
temperatura: in questo modo però la cellula non
può decidere su quali agire
 Gli enzimi sono catalizzatori biologici in grado di
aumentare la velocità delle reazioni in modo
selettivo
– Gli enzimi accelerano le reazioni abbassando la barriera
della EA e non vengono consumati nel processo
80
Reazione
senza
l’enzima
EA senza
l’enzima
EA con
l’enzima
Reagenti
Differenza
netta
di energia
(non cambia)
Reazione
con l’enzima
Prodotti
Andamento della reazione
81
3.14 Gli enzimi accelerano le reazioni chimiche
abbassando le richieste energetiche
Check
 In una reazione esoergonica i reagenti possiedono
più energia dei prodotti
 Perché, secondo te, un enzima non può
trasformare una reazione esoergonica in una
reazione endoergonica (in cui i reagenti hanno
meno energia dei prodotti)?
82
3.15 Ogni reazione cellulare è catalizzata da un
enzima specifico
 Ogni enzima ha una particolare forma che gli
permette di interagire con uno specifico substrato
e catalizzare una determinata reazione
– Il substrato si lega a una regione dell’enzima chiamata
sito attivo mediante legami deboli
– Il legame determina un cambiamento della
conformazione del sito attivo che a sua volta induce un
cambiamento nei legami del substrato
– Il cambiamento indotto nel substrato favorisce la
reazione catalizzata dall’enzima
83
1 Enzima disponibile
con il sito attivo
libero
Sito attivo
Enzima
(saccarasi)
84
1 Enzima disponibile
con il sito attivo
libero
Sito attivo
Substrato
(saccarosio)
2 Il substrato
si lega all’enzima
(adattamento indotto)
Enzima
(saccarasi)
85
1 Enzima disponibile
con il sito attivo
libero
Sito attivo
Substrato
(saccarosio)
2 Il substrato
si lega all’enzima
(adattamento indotto)
Enzima
(saccarasi)
3 Conversione
del substrato
nei prodotti
86
1 Enzima disponibile
con il sito attivo
libero
Sito attivo
Glucosio
Substrato
(saccarosio)
2 Il substrato
si lega all’enzima
(adattamento indotto)
Enzima
(saccarasi)
Fruttosio
4 I prodotti
sono liberati
3 Conversione
del substrato
nei prodotti
87
3.15 Ogni reazione cellulare è catalizzata da un
enzima specifico
 La forma di un enzima è influenzata dall’ambiente:
per questo esistono condizioni ottimali di attività
per ogni enzima
– La temperatura è molto importante
– Se troppo bassa non ci saranno abbastanza collisioni tra il
sito attivo dell’enzima e i reagenti
– Se troppo alta l’enzima sarà denaturato perdendo ogni
funzione
– Anche il pH e la concentrazione di sali sono in grado di
influire sull’attività degli enzimi
88
3.15 Ogni reazione cellulare è catalizzata da un
enzima specifico
 Per funzionare molti enzimi hanno bisogno di
molecole non proteiche chiamate cofattori
– I cofattori possono essere di natura organica come ioni
metallici
– Altri sono molecole organiche chiamate coenzimi,
come per esempio moltissime vitamine
89
3.15 Ogni reazione cellulare è catalizzata da un
enzima specifico
Check
Perché ogni enzima agisce su un determinato
substrato e non esistono invece enzimi in grado di
accelerare più tipi di reazioni chimiche?
90
3.16 L’attività enzimatica può essere bloccata o
regolata da molecole speciali
 Un composto in grado di interferire con l’attività di
un enzima è chiamato inibitore
– Se si unisce a un enzima con un legame covalente,
l’inibizione è generalmente irreversibile
– Se si unisce a un enzima con un legame debole,
l’inibizione è reversibile
91
3.16 L’attività enzimatica può essere bloccata o
regolata da molecole speciali
 Gli inibitori competitivi hanno una struttura simile
al normale substrato dell’enzima e competono con
esso per occupare il sito attivo
Substrato
Sito attivo
Inibitore
competitivo
Enzima
Legame normale del substrato
Inibizione competitiva
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92
3.16 L’attività enzimatica può essere bloccata o
regolata da molecole speciali
 Gli inibitori non competitivi si legano all’enzima
modificandone la forma in modo che il sito attivo
non riesce più ad accogliere il substrato
Substrato
Sito attivo
Enzima
Legame normale del substrato
Inibitore non
competitivo
Inibizione non competitiva
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3.16 L’attività enzimatica può essere bloccata o
regolata da molecole speciali
 La cellula usa gli inbitori per regolare il proprio
metabolismo
– Feedback negativo: il prodotto finale di una via
metabolica è un inibitore di uno dei primi passaggi della
via stessa
– In questo modo più prodotto è disponibile, più è forte
l’inibizione e viceversa
– Il feedback negativo è uno dei più importanti
meccanismi di regolazione del metabolismo cellulare
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3.16 L’attività enzimatica può essere bloccata o
regolata da molecole speciali
Check
Perché i meccanismi a feedback negativo permettono
alla cellula di evitare sprechi?
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