CATALASI : enzima biologico
Redaelli
BOZZA LAVORO PER BERGAMO SCIENZE 2016
Obiettivo: Verificare il funzionamento di un catalizzatore organico e verificare
che il catalizzatore organico viene denaturato dal calore
Basi teoriche: Gli enzimi sono catalizzatori delle reazioni biochimiche.
Un catalizzatore è una sostanza che non partecipa direttamente alla reazione
chimica (si trova nella stessa quantità prima e dopo la reazione stessa), ma la
accelera o la rende possibile in condizioni ambientali più favorevoli in quanto
abbassa l’energia di attivazione di una reazione.
Ad esempio la scissione del glucosio richiede una temperatura di 100° e tempi
lunghissimi, mentre gli enzimi permettono una rapida reazione all’interno del
corpo umano.
I catalizzatori sono anche il cardine della moderna chimica industriale, e gran
parte della ricerca si concentra sul ritrovamento di nuovi catalizzatori che
rendano i processi più economici.
La molecola su cui agisce un enzima è detta substrato, generalmente è
complementare alla struttura del corrispondente enzima, che si può legare
esclusivamente a quel sito.
Attualmente sono stati individuati circa 2000 enzimi.
Classificazioni degli enzimi
Gli enzimi hanno una funzione altamente specializzata; la loro denominazione
consiste
generalmente nell'aggiunta del suffisso -asi al nome del substrato, cioè del
composto chimico su cui l'enzima esercita il suo effetto catalitico (così, per
esempio, prende il nome di ureasi l'enzima che scinde l'urea in ammoniaca e
anidride carbonica), ma alcuni enzimi hanno una denominazione non correlata
con il nome del substrato; ne sono esempio la pepsina, la tripsina, la catalasi ecc.
Attualmente gli enzimi sono distinti in sei classi fondamentali, in base al tipo
della reazione chimica catalizzata: ossidoriduttasi, transferasi, idrolasi, liasi,
isomerasi. Usasi o sintetasi. Ogni classe è a sua volta divisa in sottoclassi e queste
in sotto-sottoclassi. Come le altre sostanze proteiche, gli enzimi possono essere
suddivisi in proteine semplici e proteine coniugate; tale suddivisione è valida
anche sotto il profilo funzionale, in quanto parte degli enzimi è capace di
svolgere la propria funzione catalitica come semplice proteina; altri enzimi,
invece, sono attivi solo quando si combinano con strutture non proteiche, dette
coenzimi, che possono essere ioni metallici oppure strutture organiche più
complesse.
La catalasi
Vivere con l'ossigeno è pericoloso. Noi lo utilizziamo per produrre energia nelle
nostre cellule, ma l'ossigeno è una molecola molto reattiva che può provocare
problemi seri se non viene tenuta strettamente sotto controllo. Uno dei pericoli
maggiori nasce dal fatto che l'ossigeno può essere convertito facilmente in altri
composti molto reattivi. Nelle nostre cellule gli elettroni vengono continuamente
trasportati da un luogo all'altro da molecole trasportatrici di elettroni, come i
citocromi, il coenzima Q o il FAD e il NAD che contengono rispettivamente
riboflavina e niacina (vitamina B2 e B3). Se l'ossigeno incontra uno di questi
trasportatori, può catturare accidentalmente un elettrone. Questo converte
l'ossigeno in composti pericolosi come i radicali superossido e l'acqua ossigenata
che attaccano e ossidano i delicati atomi di zolfo e gli ioni dei metalli nelle
proteme. A peggiorare la situazione, gli ioni ferro liberi nella cellula talvolta
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CATALASI : enzima biologico
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convertono l'acqua ossigenata in radicali idrossido. Questi sono ancora più
pericolosi e attaccano e mutano il DNA. Una teoria, ancora controversa, dice che
questo tipo di danno ossidativo si accumula negli anni durante la nostra vita,
causando l'invecchiamento.
Fortunatamente, le cellule sintetizzano una varietà di enzimi antiossidanti per
contrastare gli effetti collaterali pericolosi della vita con l'ossigeno. I due più
importanti sono la superossido dismutasi che converte i radicali superossido in
acqua ossigenata e la catalasi che converte l'acqua ossigenata in acqua e ossigeno
gassoso. L'importanza di questi enzimi è dimostrata dalla loro abbondanza, che
varia da circa lo 0.1% delle proteine in una cellula
di Escherichia coli ad un quarto delle proteine nei tipi di cellule più sensibili.
Questa moltitudine di molecole di catalasi pattuglia la cellula, aggredisce le
molecole di acqua ossigenata che vengono continuamente prodotte e le mantiene
ad un livello di sicurezza.
Le catalasi sono tra gli enzimi più veloci che si conoscono. Ogni molecola di
catalasi può decomporre milioni di molecole di acqua ossigenata al secondo. La
catalasi bovina e la nostra catalasi usano uno ione ferro per realizzare la loro
reazione. L'enzima è composto di quattro subunità identiche, ognuna col suo
proprio sito attivo nascosto in profondità. Lo ione ferro, mostrato in verde è
legato al centro di un gruppo eme a forma di disco. Siccome le catalasi devono
distruggere molecole molto reattive, sono anche enzimi insolitamente
stabili. Notate che le quattro catene sono intrecciate e bloccano così l'intero
complesso nella forma corretta.
Materiale occorrente:
6 provette
- acqua ossigenata 10
volumi (H202)
- patata cruda
- patata bollita
- fegato crudo
- fegato bollito
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Procedimento :
Prendiamo sei provette e versiamo
acqua ossigenata in tutte. La prima
viene lasciata con solo acqua
ossigenata. Nelle restanti mettiamo
in ognuna un
materiale diverso: patata cruda,
fegato crudo, fegato bollito, patata
bollita.
sservazioni: Nella prima provetta che
contiene solo acqua ossigenata non
notiamo alcuna reazione. Nelle altre
provette notiamo:
- patata cruda : notiamo la stessa
reazione che avviene nel punto
precedente ma l'enzima è organico.
- fegato crudo : notiamo una reazione e
l'enzima è organico
- patata bollita : non notiamo alcuna
reazione in quanto durante la bollitura gli enzimi della patata vengono
denaturati dalle alte temperature
- fegato bollito : non notiamo alcuna reazione in quanto durante la
bollitura gli enzimi del fegato sono stati denaturati dalle alte
temperature.
Conclusioni: I catalizzatori sono sostanze che modificano la velocità di una
reazione chimica senza subire alcuna variazione nel corso della trasformazione.
Nelle cellule avvengono molte reazioni differenti che spesso hanno effetti
distruttivi. Le cellule risolvono questo problema utilizzando gli enzimi, molecole
che hanno la funzione di catalizzatori. Dall'esperimento notiamo che le sostanze
che sono state cotte non hanno alcuna reazione perché durante la cottura gli
enzimi sono stati denaturati dalle alte temperature, mentre le sostanze crude
hanno tutte delle reazioni.
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