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Prof. Gianni Caniato1 FUNZIONE ENZIMATICA La maggior parte delle proteine ha il compito di catalizzare le reazioni chimiche che avvengono nell'organismo.

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1 prof. Gianni Caniato1 FUNZIONE ENZIMATICA La maggior parte delle proteine ha il compito di catalizzare le reazioni chimiche che avvengono nell'organismo. Non esiste reazione chimica che non sia catalizzata da una proteina specifica che ha la funzione di accelerare la formazione dei prodotti della reazione stessa. E' grazie alle proteine enzimatiche (dette anche semplicemente enzimi) che le varie reazioni chimiche degli esseri viventi possono avvenire.

2 prof. Gianni Caniato2 ENZIMI Sicuramente la funzione caratterizzante della maggior parte delle proteine è quella enzimatica. Da un punto di vista chimico una enzima non è altro che un catalizzatore biologico che aumenta la velocità di una reazione chimica. A differenza dei catalizzatori inorganici gli enzimi sono molto efficienti e selettivi: * una reazione catalizzata da un enzima aumenta la propria velocità anche di alcune migliaia di volte; * Un enzima, in genere, agisce da catalizzatore solo per una o poche reazioni che coinvolgono gli stessi reagenti.

3 prof. Gianni Caniato3 CATALIZZATORI I catalizzatori sono sostanze che aumentano la velocità di una reazione chimica senza subire modificazioni La loro azione consiste nell'abbassare l'energia di attivazione di una specifica reazione chimica rendendo più facile il passaggio dai reagenti ai prodotti

4 prof. Gianni Caniato4 Velocità di reazione Per velocità di reazione si intende la variazione della quantità di prodotto in un determinato tempo di una reazione chimica: A + B => C + D La velocità sarà data dalla variazione della concentrazione di C e D nell'unità di tempo:

5 prof. Gianni Caniato5 Fattori che influenzano la v. di reazione La velocità di una reazione chimica dipende da numerosi fattori:  Natura dei reagenti  Temperatura  Concentrazione dei reagenti  Pressione (per i gas)‏  Presenza di catalizzatori

6 prof. Gianni Caniato6 Energia di reazione Esistono 2 tipi di reazioni chimiche: EsoergonicheEndoergoniche I Prodotti hanno maggiore energia dei reagenti e la reazione necessita di un apporto continuo di energia dall'esterno I prodotti hanno meno energia dei reagenti e la differenza di energia viene ceduta all'ambiente

7 prof. Gianni Caniato7 Reazione esoergonica Per trasformarsi nei prodotti i reagenti devono superare un valore minimo di energia: ENERGIA DI ATTIVAZIONE Alla fine della reazione l'energia liberata è uguale alla differenza di energia tra i reagenti ed i prodotti A + B C + D E t Energia di attivazione Energia liberata

8 prof. Gianni Caniato8 Reazione endoergonica La reazione inversa è ovviamente endoergonica, come si nota dal grafico l'energia necessaria per trasformare i reagenti nei prodotti è superiore alla sola differenza di energia. Per arrivare ai prodotti occorre infatti superare una barriera energetica. L'energia di attivazione in questo caso è tutta l'energia necessaria per superare tale barriera A + B C + D E t Energia di attivazione  Energia

9 prof. Gianni Caniato9 Enzimi: meccanismo d'azione A + B C + D E t Azione dell'enzima A + B C + D E t Energia di attivazione L'azione di un catalizzatore, e quindi di un enzima, è quella di abbassare l'energia di attivazione, cioè di rendere più stabile il cosiddetto prodotto intermedio che deve formarsi durante la trasformazione dei reagenti nei prodotti Reazione Catalizzata

10 prof. Gianni Caniato10 Energia dei reagenti L'energia dei reagenti rappresenta un valore medio dell'energia cinetica delle particelle che in realtà hanno valori energetici che si differenziano e si distribuiscono secondo una tipica curva gaussiana N° particelle Energia Valore medio

11 prof. Gianni Caniato11 Energia e velocità Tra i reagenti esistono sempre alcune molecole che hanno un'energia superiore all'energia di attivazione e che quindi si trasformano nei prodotti La velocità dipende quindi dal numero di molecole di reagente che si trasformano nei prodotti nell'unità di tempo N° particelle Energia Valore medio Energia di attivazione

12 prof. Gianni Caniato12 Temperatura e velocità Un aumento della temperatura ha come effetto un aumento dell'energia cinetica media dei reagenti e quindi la curva risulta spostata verso destra. Un maggior numero particelle dei reagenti avrà energia superiore all'energia di attivazione e si trasformerà nei prodotti N° particelle Energia Valore medio Energia di attivazione

13 prof. Gianni Caniato13 Catalizzatori e velocità Anche abbassando l'energia di attivazione si ha come effetto che un maggior numero di particelle dei reagenti avrà energia sufficiente per trasformarsi nei prodotti N° particelle Energia Valore medio Energia di attivazione in presenza di catalizzatore

14 prof. Gianni Caniato14 Azione selettiva degli enzimi Le reazioni catalizzate dagli enzimi comportano una stretta interazione tra l'enzima ed i suoi substrati. Nella prima tappa di una reazione enzimatica i substrati si legano all'enzima in un sito specifico della superficie della proteina. Tale legame Enzima -substrato avviene mediante legami deboli (legami ad idrogeno, di Van Der Walls, ionici) a bassa energia ma altamente stereospecifici. In parole semplici si può dire che il substrato viene riconosciuto da un particolare zona dall'enzima, detta sito di riconoscimento, a cui il substrato deve adattarsi perfettamente come una chiave in una serratura

15 prof. Gianni Caniato15 AZIONE CATALITICA L'azione catalitica degli enzimi avviene grazie ad una interazione altamente specifica tra l'enzima ed i reagenti che porta a facilitare la rottura di vecchi legami delle molecole e ne favorisce la formazione di nuovi. L'enzima si limita ad accelerare il processo di trasformazione dei reagenti nei prodotti senza subire modificazioni e lo si ritrova inalterato alla fine della reazione stessa. Questo spiega perché anche modeste quantità di enzima sono sufficienti per catalizzare migliaia di volte la stessa reazione.

16 prof. Gianni Caniato16 CINETICA ENZIMATICA Considerando una generica reazione: A+B => C+D In presenza di un Enzima E si avrà: A+B+E => AE+ B =>ABE => C+D+E  La prima tappa di questa reazione consiste in un legame tra l'enzima ed i reagenti (detti anche substrati dell'enzima).  Nella seconda fase i substrati si trasformano nei prodotti  Nella terza fase l'enzima si libera ed è pronto per riprendere il ciclo.

17 prof. Gianni Caniato17 Sito di riconoscimento Il substrato si inserisce nel sito di riconoscimento come una chiave in una serratura determinando in tal modo la caratteristica selettività dell'enzima Solo le molecole legate al sito di riconoscimento subiranno l'azione catalitica ad opera del sito attivo dell'enzima

18 prof. Gianni Caniato18 Catalisi enzimatica Una volta legato il substrato, il sito attivo dell'enzima provvede a favorire la rottura dei vecchi legami ed eventualmente ne facilita la formazione dei nuovi. Una volta terminata l'azione catalitica i prodotti si staccano dal sito di riconoscimento e l'enzima è pronto per un nuovo ciclo

19 prof. Gianni Caniato19 Azione regolatrice degli enzimi Praticamente tutte le reazioni chimiche degli organismi sono catalizzate da specifici enzimi e l'alta selettività degli enzimi ne fa degli ottimi regolatori biologici: il tipo di reazioni che avvengono in un determinato momento in uno specifico organismo dipendono dal tipo di enzimi posseduti. In pratica l'organismo regola il proprio metabolismo variando gli enzimi che produce.


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