Enzimi

Presentazione… Questo contenuto didattico digitale (CDD) ha come oggetto principale il concetto di enzima. Difficilmente i libri di testo delle scuole secondarie di I grado dedicano spazio a questo argomento, che invece è essenziale per la comprensione di tanti processi, strettamente biologici e non. La didattica tradizionale associa il concetto di enzima a quello di alimentazione. Questo, seppur innegabile, risulta estremamente riduttivo per la completa descrizione di questa classe di molecole. Attualmente, infatti è sempre più vasto l’impiego di enzimi in contesti extra-biologici, come la produzione di detersivi o il risanamento ambientale. In questa ottica, con questo CDD, si vuole procedere a una descrizione semplice ma rigorosa di come gli enzimi funzionano, delle loro possibili applicazioni nei diversi settori, facendo uso di simulazioni ed esperimenti virtuali.

Catabolismo Anabolismo Enzimi: i protagonisti del metabolismo Macromolecole (plisaccaridi, acidi nucleici, lipidi, proteine) Le reazioni che avvengono all’interno delle cellule, hanno luogo grazie alla presenza di enzimi Catabolismo Anabolismo Molecole semplici

Gli enzimi aumentano la velocità di una reazione chimica Enzimi: cosa fanno? Reagenti Prodotti Reazione senza enzima Reazione con enzima Gli enzimi aumentano la velocità di una reazione chimica

Enzimi nella digestione Enzimi che digeriscono i polisaccaridi Enzimi che digeriscono le proteine Enzimi che digeriscono i lipidi

L'amido è il più importante fattore nell'alimentazione umana, sono composti quasi interamente di amido molti alimenti: INIZIAMO DALLA BOCCA… Legumi Patate Cereali Pasta Pane Chimicamente l'amido è un carboidrato, (ossia una sostanza composta da carbonio, idrogeno ed ossigeno) ed è un polimero, cioè una sostanza formata da molte unità tutte uguali (unità di glucosio) legate fra loro. Glucosio Gli organismi viventi possono utilizzare l'amido previa demolizione in frammenti sempre più piccoli sino a giungere a molecole di glucosio.

Aggiungiamo qualche goccia di tintura di iodio La demolizione dell'amido in frammenti più piccoli ha inizio nella bocca ad opera di una sostanza presente nella saliva: l'amilasi salivare o ptialina. L'azione dell'amilasi salivare sull'amido può essere facilmente dimostrata con il seguente esperimento AMILASI Aggiungiamo qualche goccia di tintura di iodio Provetta contenente acqua e amido Provetta contenente acqua e glucosio Provetta contenente acqua, amido e saliva Glucosio PTIALINA Lo iodio colora di viola l’amido ma non il glucosio: nella terza provetta la ptialina ha trasformato l’amido in glucosio

Aggiungiamo qualche goccia di succo gastrico artificiale Enzimi che digeriscono le proteine: per scopi dignostici è possibile prelevare del succo gastrico facendo pervenire una sonda nello stomaco del paziente e aspirando. Un succo gastrico artificiale può essere ottenuto con l’enzima pepsina e un po’ di acido PEPSINA Mescoliamo energicamente il bianco d’uovo crudo in molta acqua: si forma una emulsione con proteine (albumina) finemente coagulate. Aggiungiamo qualche goccia di succo gastrico artificiale Provetta contenente albumina emulsionata Provetta contenente albumina non trattata Il succo gastrico riesce a degradare le proteine. Se queste non sono finemente coagulate, ci vorrà molto più tempo.

Maglietta sporca di maionese e caffè……. Enzimi nei detersivi “Nuovo Omino Bianco Additivo 100 Piu' elimina più di 100 macchie diverse, da oggi anche in acqua fredda, e ti garantisce un bucato senza macchia e bianchi più bianchi. ENZIMI: attivi contro tutte le macchie "enzimatiche" (es: cioccolato, maionese, latte, etc)” Maglietta sporca di maionese e caffè……. Con l’azione degli enzimi (amilasi, lipasi, proteasi…) le macchie….scompaiono!!

Enzimi nei cosmetici “Detoxilase: brevettato Biotherm, è un enzima di "detossinazione" estratto dal germe di grano. La sua azione è quella di neutralizzare le tossine che l'epidermide da sola non riesce ad espellere, rafforzando il processo di purificazione naturale della pelle. Così la cute, ben ripulita, è pronta a ricevere un'idratazione al top.”

Enzimi nel campo ambientale Ricavare energia da rifiuti! Per comprendere meglio simuliamo una fermentazione alcoolica.... Riempiamo, per metà, un barattolo di vetro con del succo di frutta Aggiungiamo del lievito sospeso in acqua, copriamo con un pezzo di tela e dopo qualche giorno…. Il Gli enzimi del lievito hanno trasformato il glucosio in anidride carbonica e alcool etilico…vero e proprio BIOETANOLO!

Enzimi nel campo ambientale Riciclare acque di scarico: gli enzimi prodotti da alcuni funghi sono in grado di degradare molecole inquinanti come i coloranti sintetici.... Fungo Acqua “pulita” Fungo Acqua “sporca” Fungo Fungo Alcuni coloranti non sono degradati completamente….sintesi “ecologica” di nuovi coloranti!

Abbiamo visto che gli enzimi: Sono le “FERRARI” delle reazioni biochimiche Fanno parte di NOI Possono essere molto UTILI, (anche fuori da noi!!) ….ma come sono fatti???

Enzimi: di cosa sono fatti? Proteine… …e non solo!

Reazione in presenza di un enzima Reagenti Prodotti Enzima/Substrato + Enzima Substrato (reagente) Enzima Prodotto + L’enzima “accompagna” i reagenti perché si trasformino in prodotti. Per fare questo l’enzima e i reagenti devono essere….COMPLEMENTARI!

Complementarietà geometrica Complementarietà elettronica Enzima e substrato... Substrato + - Complementarietà geometrica - + Complementarietà elettronica

Simuliamo la regolazione dell’attività enzimatica Inibizione Substrato Inibitore L’inibitore blocca l’enzima, non permettendogli più di funzionare. Il processo di inibizione viene sfruttato per la sintesi di famosi farmaci. Enzima

Penicillina: antibiotico Il batterio per crescere e riprodursi ha bisogno di una parete. Quest’ultima viene costruita dal batterio stesso grazie alla presenza di un enzima, (la transpeptidasi) che mette insieme i mattoni. Dipeptide D-Ala D-Ala (“mattone “per costruire la parete cellulare del batterio) Enzima e substrato = parete =…malattia!!! Enzima bloccato L’antibiotico blocca l’enzima inibendolo, in questo modo il batterio non può sopravvivere

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