Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 Copertina 1

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 CAPITOLO 27 Indice 1. La cellulaLa cellula 2. La bioenergetica cellulare: il ruolo dell’ATPLa bioenergetica cellulare: il ruolo dell’ATP 3. Gli enzimiGli enzimi 4. I coenzimiI coenzimi 2

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 La cellula è l’unità strutturale e funzionale dove si verificano tutti i processi essenziali per la vita di ogni organismo. CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA PAG La cellula Le dimensioni delle cellule sono molto piccole e differiscono tra di loro. 3

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 Le cellule possono essere distinte in procarioti e eucarioti. PAG La cellula 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. CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 4

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 Nel citoplasma si trovano i mitocondri in cui si estrae l’energia chimica contenuta nelle sostanze organiche. PAG La cellula CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 5

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 PAG La bioenergetica cellulare: il ruolo dell’ATP 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). CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 6

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 PAG La bioenergetica cellulare: il ruolo dell’ATP 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. CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 7

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 PAG La bioenergetica cellulare: il ruolo dell’ATP Nella cellula l’energia rilasciata dall’ATP entra nella disponibilità dell’ADP nelle reazioni che richiedono energia. CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 8

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 PAG La bioenergetica cellulare: il ruolo dell’ATP Nelle reazioni accoppiate una reazione spontanea (  G° negativo) può trascinare una reazione non spontanea (  G° positivo) se l’energia libera totale è negativa. CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 9

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 PAG Gli enzimi Un enzima è un catalizzatore biologico che, pur presente in quantità molto ridotta, può influenzare la trasformazione di grandi quantità di sostanza. Influenza del pH sulla velocità di reazione 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. CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 10

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 Attività di un enzima in funzione della temperatura. PAG Gli enzimi CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 11

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 Una reazione enzimatica può essere così rappresentata: PAG Gli enzimi (prodotti di reazione) E + S  E − S  E + P 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 v 0 è la velocità iniziale della reazione, V max è la velocità massima,  S  la concentrazione del substrato (in moli per litro di soluzione), K M è la costante di Michaelis. CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 12

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 PAG Gli enzimi Rappresentazione grafica dell’equazione di Michaelis e Menten: K M, caratteristico di ogni sistema enzima-substrato, rappresenta l’affinità dell’enzima per il substrato. CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 13

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 PAG Gli enzimi 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. CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 14

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 PAG Gli enzimi 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: CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 15 a. lo ione CN  b. i metalli pesanti, Hg o Ag.

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 PAG I coenzimi 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 (Mg 2+, Zn 2+ ). Molti coenzimi derivano da molecole di vitamine. COENZIMI DERIVATI DA MOLECOLE DI VITAMINE CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 16

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 PAG I coenzimi 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. I coenzimi piridinici sono NAD + e NADP +.  Coenzimi ossido-riduttivi Nicotinammide Adenina DinucleotideNAD + NADP + Nicotinammide Adenina Dinucleotide Fosfato CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 17 I coenzimi ossido-riduttivi comprendono i coenzimi piridinici, flavinici e il coenzima Q.

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 PAG I coenzimi La forma ridotta di NAD + è NADH La reazione di riduzione da NAD + a NADH è così rappresentata: CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 18

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 PAG I coenzimi 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 B 2. Il coenzima FAD, a differenza di quelli piridinici, accetta 2 H + e 2 e , per cui la forma ridotta è FADH 2. Il coenzima Q è un componente della catena di trasporto degli elettroni. CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 19

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 PAG I coenzimi  Coenzimi trasportatori di gruppi 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). CAPITOLO 27. LE BASI DELLA BIOCHIMICA 20 Dei coenzimi trasportatori di gruppi il più importante è il coenzima A.