Enzimi, energia di attivazione e struttura della membrana cellulare

ENZIMI

D
( sono proteine che accellerano le reazioni metaboliche abbassando l'energia di attivazione
catalizzatore
organici (+C)
inorganici (-C)
· metalli
· enzimi cabzimi · ribozimi
(Y)
(RNA)
hanno molte caratteristiche in comune
· fanno avvenire reazioni solo termodinamicamente possibili
· non alterano l'equilibrio della reazione
· si ritrovano inalterati alla fine del processo di catalisi
si distinguono per altri aspetti gli enzimi
· piú efficienti: v può aumentare fino 1015 volte
· altamente specifici: molti enzimi sono stereospecifici (riconoscono un solo enantiomero)
· modulabili: la reazione regolata dall'interazioni di attivatori e inibitori

CLASSIFICAZIONE DEGLI ENZIMI

Gruppo di enzimi	Reazione catalizzata	Esempi
Ossidoreduttasi	Trasferimento di e- da un substrato all'altro	Deidrogenasi, Ossidasi
	Chinasi catalizza la proteina con un gruppo fosfato
Transferasi	Trasferimento di un gruppo specifico	Transaminasi, Chinasi
Idrolasi	Idrolisi di un substrato +H2 O	Esterasi, Enzimi digestivi
Isomerasi	Variazione della forma molecolare del substrato	Fosfoesosoisomerasi, Xilosio isomerasi
	Isomerasi - stessa formula bruta, diversa disposizione di atomi
Liasi	Rimozione di un gruppo o addizione di un gruppo a un substrato	Decarbossilasi, Aldolasi
Ligasi	Unione di due molecole con formazione di nuovi legami	DNA ligasi

ENERGIA DI ATTIVAZIONE

C l'energia necessaria per rompere i legami presenti nei reagenti
H
complesso
attivato
complesso attivato: quando i reagenti interagiscono con gli enzimi
nello stato di transizione
Ea
Ea
prodotti
AH i
reagenti
coordinata di reazione

Come funzionano le reazioni

> TEORIA CINETICA DELLE COLLISIONI
due particelle per reagire devono collidere ad una
sufficiente energia ed con il giusto orientamento
TEORIA DEL COMPLESSO ATTIVATO O STATO DI TRANSIZIONE
nel complesso attivato i legami originali si deformano
mentre vanno abbozzandosi i nuovi legami che saranno
definitivamente consolidati nei prodotti finali, stabili,
caratterizzati da un nuovo minimo di energia configurazionale

VARIAZIONE DI ENERGIA LIBERA

ENERGIA DI GIBBS

- comprende tutte le energie in una reazione
AG = AH-T . AS
6
1
entalpia
( e. temica)
entropia
(disordine)
1° AGLO SPONTANEO ESOERGONICO
2° AG = O ALL'EQUILIBRIO
E
GR > GP
R
PAULO ASSO
GR = GP
AH<0
ASCO TT
1
AHLO ASCO TI
R
P
P
t
7
3° AG> O NON SPONTANEO ENDOERGONICO
E
P
GRL GP
R
7
<
E
7

STRUTTURA ENZIMATICA

i reagenti prendono il nome di substrati e si legano a un sito dell'enzima detto sito attivo
Sito attivo vuoto
dell'enzima
Substrato
nel sito attivo
sito catalitico dove l'enzima fa
la catalisi (legarsi al substrato)
molti enzimi hanno bisogno di aiutanti
coenzimi
· cofattori
· gruppo prostetico )
formano legami transitori
ioni inorganici
legati covalentemente all'enzima
proteina
7
apoenzima
(
oloenzima
enzima
S

MODELLO CHIAVE-SERRATURA

enzima specifico per il substrato
Substrate
Active Site
Enzyme
Enzyme-Substrate
Complex

MODELLO DELL'ANDAMENTO INDOTTO

il sito attivo si rimodella per il substrato
Substrate
Enzyme-substrate complex
Active site
Enzyme

AFFINITA

COSTANTE DI MICHAELIS- MENTEN

- esprime l'affinità di un enzima per il substrato
V
Vmax
Vo= Vmax [s]
Km [S]
{ vmax
km
c. sub.
· Se km é bassa l'affinità é alta
· Se km é alta l'affinità é bassa
la cinetica enzimatica varia a seconda di ,
· concentrazione del substrato [S]
· concentrazione dell'enzima [E]
·PH
temperatura.
presenza di inibitori

INIBIZIONE ENZIMATICA

COMPETITIVO compete con il substrato per il legame al sito attivo, diminuisce la velocità della reazione
diminuendo la frazione di molecole enzimatiche disponibili per il substrato
aumentando la concentrazione di substrato possiamo raggiungere la Vmax anche con l'inibitore
NON COMPETITIVO - interagendo su un sito diverso da quello catalitico, provoca alterazioni
Conformazionali dell'enzima, che modificano anche la struttura del sito attivo
irrimediabile perché spegne l'enzima e mai arriverà alla V max

REGOLAZIONE ALLOSTERICA

)
le proteine allosteriche hanno que o più siti di legame topologicamente distinti che interagiscono in modo
funzionale fra loro - la formazione del legame di un ligando ad un sito altera le proprietà dell'altro
sito, in particolare la sua affinità per il secondo ligando
cooperatività:
·positiva - attivatori
negativa - inibitori
1.00-
effettori positivi
0.75
velocità senza effettori
>
0.50-
effettori negativi
0.25-
[S] fisiologica
0.00-
0
25
50
75
100
TS

MECCANISMI A FEEDBACK

FEEDBACK NEGATIVO (meccanismo omeostatico) - una variazione del parametro attiva una
risposta che contrasta la perturbazione iniziale, riportando il parametro controllato al valore
originale
FEEDBACK POSITIVO - la risposta rinforza lo stimolo, spingendo la variabile ancora più lontano
dal proprio valore di riferimento

LA MEMBRANA CELLULARE

G é un sottile involucro (7 - 8 nm spessore) che avvolge la cellula separando l'ambiente interno da quello esterno
funzioni filtro selettivo
superficie di comunicazione
superficie di catalizzazione
i componenti chimici
lipidi
carboidrati
proteine
Glicoproteine Glicolipide
Proteina periferica
Esterno
800
00
900
code>idrofobe
Interno
teste polari
Proteina integrale
Proteine periferiche
· lipidi - i fosfolipi sono molecole antipatiche
· carboidrati - sono siti di riconoscimento e costituiscono il glicoalice usato nel riconosci,
mento cellula-cellula
· proteine svolgono funzioni diverse come recettorie o di trasporto
- integrali / intrinseche
- periferiche/estrinseche
- ancorate ai lipidi
s la membrana é ASIMMETRICA - le due facce presentano delle componenti diverse
é FLUIDA - le molecole possono muoversi lateralmente
1972 Singer e Nicholson : modello a mosaico fluido
dipende dal ·colesterolo
· acidi grassi
- Saturi -fluida
insaturi +fluida

TRASPORTO ATTRAVERSO MEMBRANA

( la membrana é semipermeabile non tutte le sostanze possono passare, si crea un gradiente di
concentrazione delle sostanze rimaste fuori, mentre le sostanze passate si diffondono fino
all'equilibrio (dinamico)

TRE MECCANISMI DI TRASPORTO

• PASSIVO-

1
* ATTIVO
* MEDIATO DA VESCICOLE
I. DIFFUSIONE SEMPLICE - veloce per molecole idrofobiche, acqua e piccole molecole perché
solubili nei lipidi
dipende da: solubilità nei lipidi, dimensione molecolare, spessore
della membrana, gradiente di concentrazione, area della membrana,
composizione strato lipidico
2. DIFFUSIONE FACILITATA - le sostanze polari o voluminose passano nei canali proteici, la
sua superficie é piena di amminoacidi polari che permettono l'
interazione con le particelle dei soluti; quella esterna, invece,
è ricca di amminoacidi apolari
PASSIVO
i trasportatori si legano al soluto in modo stereospecifico ,
andando incontro à cambiamenti conformazionali che
mediano il trasferimento trasmembrana del soluto
3. OSMOSI - . ipertonica: quando que soluzioni a diversa concentrazione sono
separate da una membrana permeabile all'acqua ma non ai soluti, le
molecole d'acqua diffondono attraverso la membrana verso la soluzione
a più alta concentrazione di soluto
- ipotonica: soluzione meno concentrata
· isotonica: pari concentrazioni dei soluti
GLOBULO ROSSO
/
1
CELLULA VEGETALE
La pressione osmotica in una cellula come il globulo rosso, immersa in una
soluzione ipotonica, può essere tanto alta da far scoppiare la cellula stessa:
l'acqua infatti, entra nella cellula fino a farla gonfiare e spezzare quindi, la
sua membrana (EMOLISI).
Una cellula (globulo rosso) immersa in una soluzione ipertonica, viceversa,
lascerà uscire l'acqua dal suo interno e si raggrinzirà (PLASMOLISI).
(a)
isotonica
(b)
ipotonica
(c)
ipertonica
Prof. Tiziana Bellini
alamu
alamy
Isotonic Solution
Hypotonic Solution
Hypertonic Solution
HO
H.O
a
a
Amount of water transported
into the cell equal to the amount
of water transported out from the cell
Water is transported
into the cell
Water is transported
out from the cell
turgidita
plasmolisi
Solute concentration
olute concentration
inside the cell is HIGHER
Solute co
inside the cell is LOWER
Solute concentration
inside the cell is Equal to
the solution outside the cel
a
H2oalamytrasporto contro gradiente di concentrazione, comporta un dispendio di energia chimica da parte
della cellula
1. Uniporto: una sola sostanza
Simporto: nella stessa direzione
2. Contrasporto: due sostanze
antiporto: direzioni opposte
V
es. la POMPA SODIO- POTASSIO
ATTIVO
1
Cytoplasmic Na+ binds to
the sodium-potassium
pump.
EXTRACELLULAR
FLUID
[Na+] high
[K+] low
Na
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
[Na+] low
[K+] high
ADP
CYTOPLASM
4 Phosphorylation causes the
protein to change its conformation,
expelling Na+ to the outside.
K+
K+
P
5 Loss of the phosphate
restores the protein's
original conformation.
6
Extracellular K+ binds to the
protein, triggering release of the
Phosphate group.
K+
K+
2 Na+ binding stimulates
phosphorylation by ATP.
3 K+ is released and Na+
sites are receptive again;
The cycle repeats.
Na
Na+
Na+
K+Endocitosi ed esocitosi
Endocitosi
Membrana
plasmatica
Ambiente
codracellulare
Ambiente intracellulare
Fagosoma
La membrana plasmatica accoglie
materiale di una porzione
dell'ambiente esterno e forma
una vescicola
La vescicola confluisce nella membrana
plasmatica. Il contenuto della vescicola
viene liberato e la membrana che lo
avvolgeva diviene parte integrante
della membrana plasmatica.
Esocitosi
Vescicola secretoria
Le molecole di grandi
dimensioni (come proteine
e polisaccaridi) possono
attraversare la membrana
plasmatica in entrata e in
uscita grazie all'endocitosi
oppure grazie all'esocitosi.
endocetosi
a prendere molecole dallo
Spazio extracellulare
ripiegando la sua membrana
attorno ad essa
esocetosi
Gutilizza le vescicale per
rilasciare sostanze nello
spazio cellulare
ZANICHELLI
19
Sadava et al. Biologia, blu D Zanichelli editore 2011
MEDIANTE VESCICOLE
Endocitosi
Fagocitosi
Pinocitosi
Endocitosi mediata
da recettori
Fluido Extracellulare
particelle solide
·
Membrana
Plasmatica
Pseudopodi
Endosoma
Vescicola
Citoplasma
Vescicola rivestita
· fagocitosi: grosse particelle che vengono digerite dopo la fusione con un lisosoma nella
vescicola fagosoma
· pinocitosi : vescicole più piccole che importano liquidi
· mediata da recettori: innescata da cose specifiche; la clatrina aiuta l'invaginazione di
membrana
Recettore
Fossetta rivestita
Clatrine