ENZIMI CINETICA ENZIMATICA

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Orazio Pepe
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1 ENZIMI PERCHE UNA REAZIONE AVVENGA, SI DEVONO SODDISFARE TRE CONDIZIONI I SUBSTRATI DEVONO ENTRARE IN COLLISIONE LA COLLISIONE DEVE AVVENIRE CON ORIENTAMENTO CORRETTO I REAGENTI DEVONO AVERE ENERGIA SUFFICIENTE GLI ENZIMI SONO I CATALIZZATORI DELLE REAZIONI METABOLICHE RIDUCONO L ENERGIA DI ATTIVAZIONE DELLE REAZIONI L ENEGIA DI ATTIVAZIONE E L ENERGIA NECESSARIA PERCHE AVVENGA UNA REAZIONE = DIFFERENZA FRA LO STATO FONDAMENTALE E L ENERGIA DI TRANSIZIONE TANTO PIU L ENERGIA DI ATTIVAZIONE E ALTA, TANTO PIU LENTA E LA REAZIONE FORMANO UN COMPLESSO ENZIMA-SUBSTRATO CHE RENDE PIU STABILE LO STATO DI TRANSIZIONE, RIDUCENDONE L ENERGIA LE COSTANTI DI EQUILIBRIO DELLE REAZIONI CATALIZZATE NON SUBISCONO VARIAZIONI LE REAZIONI CATALIZZATE AVVENGONO IN SITI ATTIVI LA CUI COMPOSIZIONE CHIMICA E CONFORMAZIONE DETERMINANO LA SPECIFICITA DELLA REAZIONE NEL SITO ATTIVO DELL ENZIMA CI SONO (TEORICAMENTE) UN SITO DI LEGAME ED UN SITO CATALITICO LE REAZIONI ENZIMATICHE PROCEDONO IN DUE STADI FORMAZIONE RAPIDA DI UN COMPLESSO ENZIMA-SUBSTRATO IL COMPLESSO SI TRASFORMA NEL PRODOTTO DI REAZIONE CHE VIENE RILASCIATO. QUESTA FASE DETERMINA LA VELOCITA DI REAZIONE CINETICA ENZIMATICA LA COSTANTE DI VELOCITA DESCRIVE LA REAZIONE REAZIONI DI ORDINE ZERO: LA VELOCITA DI REAZIONE E INDIPENDENTE DALLA CONCENTRAZIONE DEL SUBSTRATO REAZIONI DI PRIMO ORDINE: LA VELOCITA DI REAZIONE E DIRETTAMENTE PROPORZIONALE ALLA CONCENTRAZIONE DEL SUBSTRATO REAZIONI DI SECONDO ORDINE: LA VELOCITA DI REAZIONE E DIRETTAMENTE PROPORZIONALE ALLA CONCENTRAZIONE DEI DUE SUBSTRATI OD AL QUADRATO DI UNO Km E LA CONCENTRAZIONE DI SUBSTRATO A CUI LA VELOCITA E UN MEZZO DELLA Vmax, INDIPENDENTE DALLA CONCENTRAZIONE DI ENZIMA SI PUO CALCOLARE SOLO PER REAZIONI DI PRIMO ORDINE Vmax E LA VELOCITA IN CONDIZIONI DI SATURAZIONE DI SUBSTRATO AUMENTANDO LA CONCENTRAZIONE DI SUBSTRATO LA Vmax NON VARIA

DIFFERENZA FRA LO STATO FONDAMENTALE E L ENERGIA DI TRANSIZIONE TANTO PIU L ENERGIA DI ATTIVAZIONE E ALTA, TANTO PIU LENTA E LA REAZIONE FORMANO UN COMPLESSO ENZIMA-SUBSTRATO CHE RENDE PIU STABILE LO

2 INIBIZIONE ENZIMATICA INIBIZIONE COMPETITIVA AUMENTA LA Km NON VARIA LA Vmax DELLA REAZIONE UN INIBITORE COMPETITIVO SI LEGA REVERSIBILMENTE ALL ENZIMA ED IMPEDISCE AL SUBSTRATO DI ACCEDERE AL SITO ATTIVO PUO ESSERE RIMOSSA AUMENTANDO LA CONCENTRAZIONE DI SUBSTRATO INIBIZIONE NON COMPETITIVA DIMINUISCE LA Vmax NON VARIA LA Km PUO LEGARSI SIA ALL ENZIMA LIBERO CHE AL COMPLESSO ENZIMA- SUBSTRATO NON PUO ESSERE RIMOSSA INIBIZIONE ACOMPETITIVA DIMINUISCE LA Vmax DIMINUISCE LA Km SI LEGA AL COMPLESSO ENZIMA-SUBSTRATO NON PUO ESSERE RIMOSSA INIBIZIONE PER ECCESSO DI SUBSTRATO SI FORMA UN COMPLESSO ENZIMA-SUBSTRATO-SUBSTRATO INATTIVO O MOLTO MENO ATTIVO EFFETTORI ALLOSTERICI REGOLANO L ATTIVITA DI ENZIMI ALLOSTERICI, LEGANDOSI AD UN SITO ADIACENTE AL SITO CATALITICO ED INTERFERENDO CON QUESTO. CI SONO EFFETTORI POSITIVI (RENDONO PIU ATTIVO L ENZIMA) ED EFFETTORI NEGATIVI (INIBISCONO L ATTIVITA ENZIMATICA)

NON PUO ESSERE RIMOSSA INIBIZIONE ACOMPETITIVA DIMINUISCE LA Vmax DIMINUISCE LA Km SI LEGA AL COMPLESSO ENZIMA-SUBSTRATO NON PUO ESSERE RIMOSSA INIBIZIONE PER ECCESSO DI SUBSTRATO SI FORMA UN

3 PROTEINE PLASMATICHE FUNZIONI TRASPORTO: PROTEINE CHE LEGANO MOLECOLE IDROFOBICHE: ALBUMINE ASPECIFICA LIPOPROTEINE COLESTEROLO, TRIGLICERIDI, VITAMINE LIPOSOLUBILI PROTEINE CHE LEGANO IONI: CERULOPLASMINA RAME TRANSFERRINA FERRO PROTEINE CHE LEGANO GAS: EMOGLOBINA PROTEINE CHE LEGANO ORMONI: α1-glicoproteina CORTICOSTEROIDI α1-globulina INSULINA COAGULAZIONE: PROTROMBINA GLOBULINA ANTIEMOFILICA FIBRINOGENO IMMUNOLOGICA: γ-globuline REGOLAZIONE OSMOTICA: ALBUMINA

PROTEINE CHE LEGANO GAS: EMOGLOBINA PROTEINE CHE LEGANO ORMONI: α1-glicoproteina CORTICOSTEROIDI α1-globulina

4 EMOGLOBINA LA CURVA DI LEGAME EMOGLOBINA-OSSIGENO E UNA SIGMOIDE, IL TRATTO RIPIDO DELLA CURVA SI TROVA NELLA PARTE IN CUI LA PRESSIONE PARZIALE DELL OSSIGENO E QUELLA DEI TESSUTI EXTRAPOLMONARI DELL ORGANISMO PICCOLE DIMINUZIONI DI TENSIONE DI O 2 SI TRADUCONO IN NOTEVOLI AUMENTI DI RILASCIO PICCOLE DIMINUZIONI DELLA TENSIONE DI OSSIGENO NEI POLMONI (PARTE PIATTA DELLA CURVA) NON PROVOCANO GRANDI DIFFERENZE NELL AFFINITA L EMOGLOBINA LEGA L OSSIGENO DEBOLMENTE A BASSE TENSIONI, FORTEMENTE QUANDO LE TENSIONI SONO ALTE I SITI DI LEGAME SONO QUATTRO ED IL LEGAME AI QUATTRO SITI E DI TIPO COOPERATIVO FATTORI CHE INFLUENZANO IL LEGAME 2,3 DIFOSFOGLICERATO: AGISCE COME EFFETTORE ALLOSTERICO I LIVELLI SONO QUASI EQUIMOLARI CON L EMOGLOBINA, IL SUO EFFETTO FACILITA IL RILASCIO DI OSSIGENO NEI TESSUTI EXTRAPOLMONARI (DIMINUISCE L AFFINITA A BASSE TENSIONI) TEMPERATURA: A TEMPERATURE PIU BASSE LA CURVA SI SPOSTA VERSO SINISTRA (MAGGIORE AFFINITA A BASSE TENSIONI), ALTE TEMPERATURE FAVORISCONO IL RILASCIO DI O 2. CIO CONSENTE DI FORNIRE UNA MAGGIORE OSSIGENAZIONE IN CASO DI SFORZO MUSCOLARE O IPERTERMIA. LA TEMPERATURA DELL ARIA ATMOSFERICA NON PROVOCA INVECE GRANDI VARIAZIONI DI AFFINITA ph: ph BASSI SPOSTANO LA CURVA VERSO DESTRA, CIOE FAVORISCONO IL RILASCIO, UN AUMENTATO METABOLISMO COMPORTA AUMENTATA PRODUZIONE DI CO 2 E, QUINDI ABBASSAMENTO DI ph, IN QUESTE CONDIZIONI SARA FAVORITA L OSSIGENAZIONE DEI TESSUTI

GRANDI DIFFERENZE NELL AFFINITA L EMOGLOBINA LEGA L OSSIGENO DEBOLMENTE A BASSE TENSIONI, FORTEMENTE QUANDO LE TENSIONI SONO ALTE I SITI DI LEGAME SONO QUATTRO ED IL LEGAME AI QUATTRO SITI E DI TIPO

5 TRASPORTO DEI GAS NEL SANGUE LE SINGOLE CELLULE DELL ORGANISMO NON POSSONO SCAMBIARE GAS DIRETTAMENTE CON L ATMOSFERA ESIGENZA SUPERFICIE DI SCAMBIO SPECIALIZZATA SISTEMA CHE PORTI IN CIRCOLO I GAS QUESTO SISTEMA NON SOLO E NECESSARIO, MA ANCHE VANTAGGIOSO: L OSSIGENO E UN OTTIMO AGENTE OSSIDANTE, LA SUA ALTA PRESSIONE PARZIALE NELL ATMOSFERA COMPORTEREBBE L OSSIDAZIONE DI MOLTI COMPONENTI CELLULARI (AD ESEMPIO I GRUPPI SULFIDRILICI DI PROTEINE ENZIMATICHE) VEICOLATO NEL SISTEMA CIRCOLATORIO, L OSSIGENO HA UNA PRESSIONE PARZIALE MOLTO PIU BASSA, CHE LO RENDE MENO DANNOSO L ANIDRIDE CARBONICA E RELATIVAMENTE CONCENTRATA NELL ORGANISMO, VIENE DILUITA NELL ATMOSFERA LA CONCENTRAZIONE RELATIVAMENTE ALTA NELL ORGANISMO DELL ANIDRIDE CARBONICA LA RENDE DISPONIBILE COME COMPONENTE DEL PRINCIPALE SISTEMA TAMPONE FISIOLOGICO QUESTI DUE GAS VENGONO VEICOLATI DAI POLMONI AGLI ALTRI TESSUTI DAL SANGUE UNA PARTE LIBERAMENTE SCIOLTA COME GAS, LA PARTE PIU IMPORTANTE LEGATA ALL EMOGLOBINA LA RELAZIONE RECIPROCA FRA L AFFINITA DELL EMOGLOBINA PER OSSIGENO E ANIDRIDE CARBONICA, RENDE IL SISTEMA OTTIMALE PER LO SCAMBIO A LIVELLO POLMONARE E TISSUTALE

CELLULARI (AD ESEMPIO I GRUPPI SULFIDRILICI DI PROTEINE ENZIMATICHE) VEICOLATO NEL SISTEMA CIRCOLATORIO, L OSSIGENO HA UNA PRESSIONE PARZIALE MOLTO PIU BASSA, CHE LO RENDE MENO DANNOSO L ANIDRIDE

6 SCHEMA TRASPORTO CO 2 TESSUTI CO 2 REAZIONI CATABOLICHE H 2 O + CO 2 ANIDRASI CARBONICA ERITROCITA H 2 CO 3 HbO 2 HCO H + Hb + O 2 - HCO 3 NEL PLASMA AI POLMONI Cl - Cl - O 2 ALLE CELLULE PER REAZIONI OSSIDAZIONE AI POLMONI CO 2 ESPIRATA NELL ARIA H 2 O + CO 2 ANIDRASI CARBONICA H 2 CO 3 HbO 2 ERITROCITA HCO H + Hb + O 2 HCO 3 - Cl - O 2 INSPIRATO DALL ARIA Cl -

ALLE CELLULE PER REAZIONI OSSIDAZIONE AI POLMONI CO 2 ESPIRATA NELL ARIA H 2 O + CO 2

7 LEGGI DELLA TERMODINAMICA PRIMA LEGGE: L ENERGIA DELL UNIVERSO SI CONSERVA DEFINISCE L ENTALPIA H IN UN PROCESSO ESOTERMICO, IL CALORE SI SVILUPPA DAL SISTEMA VERSO L AMBIENTE (ENTALPIA NEGATIVA) IN UN PROCESSO ENDOTERMICO, IL CALORE E ASSORBITO DAL SISTEMA (ENTALPIA POSITIVA) SECONDA LEGGE: L ENTROPIA DELL UNIVERSO AUMENTA DEFINISCE L ENTROPIA S QUANDO L ENTROPIA DEL SISTEMA E MASSIMA NON E POSSIBILE ALCUNA VARIAZIONE ENERGIA LIBERA G (di GIBBS) DEFINISCE LA CONDIZIONE DI EQUILIBRIO IN CUI ENTALPIA ED ENTROPIA INTERAGISCONO G = H - T S DOVE T E LA TEMPERATURA G NEGATIVO = PROCESSO ESOERGONICO (SPONTANEO) G POSITIVO = PROCESSO ENDOERGONICO (NON SPONTANEO) G NULLO = EQUILIBRIO QUANDO H E NEGATIVO E T S E POSITIVO, LE VARIAZIONI DI h E s SONO NELLO STESSO SENSO E FAVORISCONO IL PROCESSO. G E FUNZIONE DELLA COSTANTE DI EQUILIBRIO DELLA REAZIONE

POSSIBILE ALCUNA VARIAZIONE ENERGIA LIBERA G (di GIBBS) DEFINISCE LA CONDIZIONE DI EQUILIBRIO IN CUI ENTALPIA ED ENTROPIA INTERAGISCONO G = H - T S DOVE T E LA TEMPERATURA G NEGATIVO = PROCESSO

8 PROCESSI METABOLICI E NEI PROCESSI METABOLICI LE VARIAZIONI ENERGETICHE SONO SPESSO ACCOPPIATE: L ENERGIA PRODOTTA DAI PROCESSI SPONTANEI FORNISCE LA FORZA TERMODINAMICA CHE ALIMENTA I NON SPONTANEI A SPONTANEO B C NON SPONTANEO D A B C D NEL METABOLISMO IL FLUSSO DI ENERGIA SI IMPERNIA SU REAZIONI ACCOPPIATE IL CUI COMPOSTO INTERMEDIO E LA MAGGIOR PARTE DI QUESTE REAZIONI PREVEDE IL TRASFERIMENTO DI UN GRUPPO FOSFATO DALL AD UN ALTRA SOSTANZA, O DA UN METABOLITA AD ALTO CONTENUTO ENERGETICO ALL ADP, CON FORMAZIONE DI. ANCHE IL TRASFERIMENTO DEL GRUPPO ACILICO E IMPORTANTE. IL COENZIMA A (CA) E UN TRASPORTATORE DI GRUPPI ACILICI ATTIVATI. L ENERGIA LIBERA DI IDROLISI DELL ACETIL-CA SI AVVICINA A QUELLA DELL.

PARTE DI QUESTE REAZIONI PREVEDE IL TRASFERIMENTO DI UN GRUPPO FOSFATO DALL AD UN ALTRA SOSTANZA, O DA UN METABOLITA AD ALTO CONTENUTO ENERGETICO ALL ADP, CON FORMAZIONE DI.

9 METABOLISMO ENERGETICO: COMBUSTIBILI O 2 CO 2 Pi H 2 O CATABOLISMO COENZIMI RIDOTTI ADP MECCANICO LAVORO Pi LAVORO DI TRASPORTO Pi LAVORO BIOSINTETICO Pi

10 METABOLISMO ENERGETICO: FONTI E RISERVE ALIMENTI PROTEINE CARBOIDRATI LIPIDI AMINOACIDI GLUCOSIO MONOSACCARIDI GLICEROLO ACIDI GRASSI GLICOLISI β-ossidazione CICLO DI KREBS PROTEINE GLICOGENO LIPIDI RISERVE

MONOSACCARIDI GLICEROLO ACIDI GRASSI GLICOLISI

11 CATENA RESPIRATORIA RICAVA ENERGIA, SOTTO FORMA DI, DALLA RIOSSIDAZIONE DEI COENZIMI RIDOTTI ACCOPPIA UN SISTEMA OSSIDANTE (OSSIDAZIONE DI NADH + H + E FADH 2 ) AD UN SISTEMA FOSFORILANTE (ADP + Pi ) LA RESA E DEL 40%, L ENERGIA RIMANENTE E UTILIZZATA PER L OMEOSTASI TERMICA NADH + H + 3 FADH 2 2 LA FORMA ENERGETICA USATA PER LA SINTESI DI E IL GRADIENTE PROTONICO TRANSMEMBRANA MENTRE GLI ELETTRONI PERCORRONO LA CATENA DI TRASPORTO, IN TRE SITI DEPUTATI ALLA CONSERVAZIONE DELL ENERGIA, PROTONI VENGONO POMPATI FUORI DALLA MATRICE I PROTONI VENGONO RIPOMPATI ALL INTERNO TRAMITE L -SINTETASI, CHE UTILIZZA L ENERGIA DEL FLUSSO PROTONICO PER SINTETIZZARE A PARTIRE DA ADP QUANDO SI E IN PRESENZA DI UN AGENTE DISACCOPPIANTE, LA RESA IN E MINORE. POICHE L ORGANISMO HA COMUNQUE BISOGNO DI UNA DETERMINATA QUANTITA DI, LA CATENA DEVE ESSERE ACCELERATA, CIO VUOL DIRE CONSUMARE PIU SUBSTRATI E SPRECARE PIU CALORE, NE RISULTA DIMAGRIMENTO, IPERVENTILAZIONE E IPERTERMIA RICHIEDE LA PRESENZA DI OSSIGENO COENZIMI RIDOTTI ADP SINTETASI n H + MEMBRANA ESTERNA ADP + Pi MEMBRANA INTERNA SPAZIO INTERMEMBRANA H + MATRICE Bred Ax OSSIDOREDUTTASI CHE POMPANO PROTONI

ELETTRONI PERCORRONO LA CATENA DI TRASPORTO, IN TRE SITI DEPUTATI ALLA CONSERVAZIONE DELL ENERGIA, PROTONI VENGONO POMPATI FUORI DALLA MATRICE I PROTONI VENGONO RIPOMPATI ALL INTERNO TRAMITE L

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