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16-03-2003

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Vorrei sapere sugli enzimi cioè cosa sono, a cosa servono e come interagiscono con l'organismo dato che il mio libro di zoologia non specifica cosa sono ed è molto complesso riguardo il loro funzionamento nel resto dell'organismo.

(Risponde Daniele Montecchi)

Gli enzimi non sono altro che molecole che agiscono come catalizzatori delle reazioni biochimiche che avvengono negli organismi viventi.
Essi possono accelerare la velocità delle reazioni chimiche più di un milione di volte. La loro presenza è fondamentale in quanto la maggior parte delle reazioni chimiche dei sistemi biologici non avviene a velocità apprezzabile in assenza degli enzimi. Anche una semplice trasformazione come l'idratazione dell'anidride carbonica, fondamentale per il trasferimento di CO2 dai tessuti al sangue e da questo agli alveoli polmonari, avviene grazie ad un enzima (l'anidrasi carbonica) che permette di idratare 10 5 molecole di CO2 al secondo, senza l'aiuto dell'anidrasi carbonica questa reazione sarebbe 10 7 volte più lenta.

Quasi tutti gli enzimi conosciuti sono delle proteine, anche se sono state scoperte molecole di RNA con proprietà catalitiche.

Le caratteristiche fondamentali di un enzima sono:

· il potere catalitico , cioè di quante volte riesce ad accelerare una determinata reazione.

· la specificità , che ci dice se un enzima è in grado di legare solo un substrato particolare o più di uno.

Quasi tutti gli enzimi sono delle proteine in quanto esse hanno delle grosse capacità di legarsi a molte molecole (substrati) diverse, utilizzando un grande repertorio di forze intramolecolari (forze di Van der Waals, legami a idrogeno, legami covalenti, ecc..).

Molti enzimi non agiscono in maniera continua,ma subiscono delle regolazioni che possono essere a livello della trascrizione e della traduzione del loro gene (fattori di trascrizione, ormoni, meccanismi di stabilizzazione dell'm-RNA, ecc...) oppure a livello della funzionalità della proteina stessa (legame con fattori che ne inibiscono o ne promuovono il funzionamento) ed è proprio grazie a questi sistemi di regolazione degli enzimi che possono essere coordinate tutte le attività metaboliche degli organismi viventi.
Per capire il funzionamento degli enzimi è necessario ricorrere a concetti di chimica generale, sappiamo infatti che una reazione avviene spontaneamente solo se la variazione di energia libera è negativa.

In una reazione biochimica dai substrati si arriva ai prodotti passando per un'intermedio (stato di transizione) che è quello con l'energia libera più alta.

substrato >>> stato di transizione >>> prodotto

Gli enzimi non fanno altro che agire creando una nuova via di reazione in cui lo stato di transizione ha un'energia più bassa rispetto a quella che avrebbe in assenza di enzima, in questo modo una trasformazione che avrebbe dovuto superare una "barriera" energetica troppo alta, si trova di fronte ad un "ostacolo" inferiore e più facilmente superabile.

Il legame del substrato avviene in una specifica regione dell'enzima chiamata sito attivo .

Esso contiene i residui aminoacidici che partecipano direttamente alla formazione o alla rottura dei legami chimici, questi sono i gruppi catalitici.

A concentrazione costante di enzima la velocità di reazione aumenta in modo proporzionale all'aumento di concentrazione del substrato, finché non viene raggiunta una velocità massima oltre la quale non è possibile andare; questo tipo di cinetica di reazione è conosciuto col nome di "cinetica di Michaelis-Menten" che studiarono le caratteristiche della cinetica enzimatica.

Gli enzimi possono avere delle diverse "strategia catalitiche", cioè diversi modi per abbattere la barriera energetica dello stato di transizione, ed è proprio dal tipo di strategia catalitica di un enzima che dipende la sua specificità ed il suo potere catalitico; ad esempio:

- il lisozima è un enzima che spezza le pareti batteriche rompendone la componente polisaccaridica, esso è una glicosidasi che agisce idrolizzando un legame glicossidico mediante la formazione di uno ione carbonio durante l'intermedio.

- La ribonucleasi A, un enzima secreto dal pancreas, idrolizza l'RNA mediante la formazione di uno stato di transizione in cui un atomo di forforo è legato a 5 atomi d'ossigeno
- La carbossipeptidasi A, un enzima digestivo, idrolizza il legame peptidico carbossiterminale delle catene proteiche, fruttando l'azione di uno ione zinco coordinato, presente nel sito attivo.
- Le serino proteasi (tripsina, chimotripsina, trombina) catalizzano l'idrolisi delle proteine attaccando sul lato carbonilico gli aminoacidi con catene laterali aromatiche (tirosina, fenilalanina, triptofano) o con grossi residui idrofobici (metionina), e lo fanno con un meccanismo peculiare che prevede un intermedio in cui si ha un legame covalente fra l'enzima ed il substrato.

Per avere ancora più informazioni sugli enzimi e su tutti i meccanismi di funzionamento, ti consiglio di consultare un buon manuale di Biochimica, in particolare ho trovato essere molto dettagliato il testo "Biochimica" di L.Stryer (quarta edizione) edito da Zanichelli.

 

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