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1 CARBOIDRATI
Biochimica
Biochimica studia la struttura e la sintesi delle biomolecole e il metabolismo cellulare
...

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carboidrati, con funzioni energetiche, di riserva energetica e strutturali
●
lipidi sono una riserva energetica, ma anche una funzione strutturale
●
proteine svolgono nel metabolismo cellulare ruoli biologici fondamentali
●
acidi nucleici contengono le informazioni genetiche, responsabili della conservazione, trasmissione ed
espressione dei caratteri ereditari
Carboidrati
Biomolecole monomeriche o polimeriche costituite da due o più gruppi ossidrile (-OH) e da un gruppo aldeidico
(-CHO) o un gruppo chetonico (=CO)
...

Sono classificati in monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi in base alla complessità della struttura:
• monosaccaridi, monomeri dei carboidrati, unità costitutive degli oligosaccaridi e polisaccaridi
• oligosaccaridi, costituiti dall'unione di due o pochi monosaccaridi
• polisaccaridi, polimeri dati dall'unione di molti monosaccaridi
Le tre classi sono in relazione reciproca tramite la reazione di condensazione (addizione tra due monosaccaridi
con liberazione di una molecola di acqua)
...
Sono distinti in aldosi e
chetosi a seconda che il gruppo carbonile presente sia aldeidico (-CHO) o chetonico (=CO)
...
I più diffusi sono i
pentosi e esosi
...
Gli esosi più comuni sono due aldosi, glucosio e galattosio, e un chetoesoso, fruttosio
...

Proiezioni di Fischer
Per l'impossibilità di rappresentare una struttura prospettica (tridimensionale) sul piano di un foglio
(bidimensionale), Fischer rappresenta le formule di due enantiomeri con formule planari (bidimensionali) dette
proiezioni
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Rappresentare le molecole dei monosaccaridi mediante le proiezioni di Fischer:
1 disporre la catena carboniosa in verticale, posizionando in alto il gruppo carbonile (aldeidico o chetonico)
2 omettere il simbolo dell'atomo di carbonio che costituisce uno stereocentro
3 numerare gli atomi di carbonio dall'alto verso il basso
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Diastereoisomeri
Una molecola che contiene n stereocentri ha un numero enantiomeri pari a 2n
...
Se questi differiscono per la posizione di un
solo stereocentro si chiamano epimeri
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L'emiacetale è un composto che ha, sullo stesso atomo di carbonio, una funzione alcolica

(-OH) e una funzione eterea (-0-)
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Proiezioni di Haworth
La forma ciclica degli aldoesosi e la forma ciclica dei chetoesosi si rappresentano con le proiezioni di Haworth in
cui il lato dell'anello più vicino al lettore è evidenziato con un tratto più spesso, e dove gli atomi di carbonio sono
numerati e disposti in senso orario a partire dal C-1 a destra
...
Il gruppo terminale
—CH2OH sta sopra il piano dell'anello in quelli della serie D e sotto in quelli della serie L
...
Esiste anche rappresentazione in cui gli atomi di
idrogeno si omettono e si evidenzia solo la presenza degli ossidrili
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Anomeria
La ciclizzazione dei monosaccaridi porta alla formazione di un atomo di carbonio emiacetalico; esso è
contemporaneamente il carbonio di un alcol e di un etere, perché è legato sia a un gruppo ossidrile sia a un
atomo di ossigeno
...
Un atomo di carbonio
emiacetalico e stereocentro è un carbonio anomerico
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Per i
monosaccaridi della serie D il gruppo OH è diretto verso il basso nell'anomero alfa e verso l'alto in quello beta
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Reazioni dei monosaccaridi
I monosaccaridi contengono il gruppo aldeidico o chetonico, le reazioni sono quindi tipiche del gruppo carbonile
(reazioni di riduzione e di ossidazione)
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In
presenza di un riducente [H], il gruppo carbonile si riduce e il prodotto che si ottiene è un poliolo detto alditolo
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Reazione di ossidazione
Interessa il gruppo aldeidico degli aldosi nella forma aciclica, in equilibrio con la forma ciclica
...
Gli agenti ossidanti
utilizzati sono il reattivo di Tollens (soluzione basica contenente ioni Ag+) e il reattivo di Fehling (soluzione basica
contenente ioni Cu++), che vengono ridotti rispettivamente ad argento metallico, che si deposita sulla parete della
provetta (specchio d'argento), e a ossido di rame(I) che precipita
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Oligosaccaridi più diffusi sono i disaccaridi
Gli oligosaccaridi più semplici sono i disaccaridi: sono carboidrati costituiti da due unità di monosaccaridi (uguali o
diverse) uniti da un legame glicosidico
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Il disaccaride che si forma è un acetale e il legame acetalico che unisce i due monomeri
è il legame glicosidico
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Il legame glicosidico può essere di tipo alfa o beta, a
seconda del tipo il gruppo ossidrile del carbonio anomerico impegnato nella formazione del legame
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I disaccaridi più comuni sono il lattosio, il maltosio, il saccarosio e il
cellobiosio
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Lattosio
È il principale zucchero del latte, si forma per condensazione di una molecola di beta-D-galattosio e di una
molecola di beta-D-glucosio
...
La molecola di lattosio presenta un gruppo
emiacetalico libero e quindi si comporta da zucchero riducente
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Il legame che le unisce è alfa(1→4)-glicosidico
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Saccarosio
Si ricava dalla canna da zucchero e dalla barbabietola; si forma per condensazione di una molecola di
a-D-glucosio e una molecola di beta-D-fruttosio; il legame è alfa(1→2)-glicosidico
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Il cellobiosio
Si trova nella cellulosa, il principale componente della parete cellulare nella cellula vegetale, si forma per
condensazione di due molecole di beta-D-glucosio; il legame è beta(1→4) glicosidico
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Polisaccaridi
Carboidrati costituiti da un numero elevato di monosaccaridi legati tra loro da legami glicosidici a formare delle
lunghe catene
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Gli omopolisaccaridi più
diffusi in natura sono l'amido, il glicogeno, la cellulosa e la chitina: sono zuccheri non riducenti, non hanno gruppi
emiacetalici liberi
...
Formato da unità di alfa-glucosio, è costituito da
una miscela di due polimeri diversi: amilosio e amilopectina
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Glicogeno
Svolge funzione di riserva energetica negli organismi animali, dove è presente nel fegato e nei muscoli
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È costituito da catene lineari di molecole di
alfa-glucosio unite tra loro da legami alfa(1→4)-glicosidici; le ramificazioni si formano ogni 8-14 unità di glucosio
mediante legami alfa(1→6)-glicosidici
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Quando le cellule dell'organismo avranno bisogno di energia, il glicogeno verrà
riconvertito in glucosio
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Cellulosa
Polisaccaride insolubile in acqua che ha la funzione di sostegno nelle piante, va a costituire la struttura della
parete cellulare
...
Il nostro organismo è in grado di digerire l'amido e il glicogeno, ma non la cellulosa perché il
nostro apparato digerente non possiede enzimi in grado di catalizzare l'idrolisi dei legami beta-glicosidici
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Chitina
Omopolimero con funzione strutturale (sostegno) costituito da tante molecole di N-acetilglucosammina unite da
legami beta(1→4)-glicosidici, che formano catene lineari, legate tra di loro da legami a idrogeno
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Eteropolisaccaridi
Eteropolisaccaridi più diffusi in natura sono l'acido ialuronico e il peptidoglicano
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È costituito dalla
ripetizione alternata di due monomeri, l'N-acetilglucosammina e l'acido D-glucuronico, uniti da legami beta(1→3)e B(1→4)-glicosidici alternati
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Le
catene polimeriche sono unite da brevi catene di amminoacidi
2 LIPIDI
Lipidi saponificabili e non
Rappresentano la classe di composti chimicamente eterogenei per struttura e proprietà, che presentano la
caratteristica di essere insolubili in acqua e solubili in solventi organici apolari
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Alcuni lipidi hanno anche funzione
idrorepellente
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Svolgono ruoli che riguardano 3 funzioni
biologiche:
- riserva energetica, quantità di energia fornita da trigliceridi è elevata
- formano il tessuto adiposo sottocutaneo presente negli animali, che funge da isolante termico
- veicolo per l'assorbimento a livello intestinale delle vitamine liposolubili
Sono definiti anche triesteri del glicerolo in quanto si formano mediante una reazione di esterificazione tra 1
molecola di glicerolo e 3 acidi grassi
...
Nei trigliceridi, le 3 molecole di acido
grasso possono essere tutte identiche (trigliceridi semplici), o con acidi grassi diversi (trigliceridi misti)
...
In base alla
struttura della catena carboniosa, sono distinti in 2 classi, saturi, legami semplici C–C, e insaturi, un doppio
legame C=C (acidi grassi monoinsaturi, struttura lineare) o due o più doppi legami (acidi grassi polinsaturi, punti
di discontinuità)
...

- legami semplici C-C, molecole di acidi grassi saturi hanno conformazioni lineari, si addensano in modo
ordinato formando interazioni dipolari tra catene, sono allo stato solido, hanno punto di fusione alto
- uno o più doppi legami, molecole degli acidi grassi insaturi creano punti di discontinuità, quindi molecole si
associano in modo disordinato, sono allo stato liquido, hanno punto di fusione basso
Acidi grassi essenziali
Le cellule del nostro organismo possono sintetizzare acidi grassi, ma non acidi grassi insaturi con i doppi legami
tra il terzo e il quarto oppure tra il sesto e il settimo atomo di carbonio a partire dal metile terminale (-CH2) della
catena carboniosa
...
Questi nutrienti devono quindi essere assunti con alimenti
...

Reazioni dei trigliceridi
Le reazioni più importanti sono l'idrogenazione degli oli e l’idrolisi alcalina dei grassi e degli oli
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Avviene per l'addizione di
idrogeno, in presenza di un catalizzatore metallico (reazione di riduzione catalitica), ai doppi legami C-C degli
acidi grassi insaturi
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Azione detergente del sapone
Le molecole di sapone sono sali di acidi grassi formati da una lunga coda idrocarburica apolare (idrofobica) e da
una testa polare (idrofila), costituita dal gruppo carbossilato (COO-) e dallo ione sodio Na+ o K+, è una molecola
anfipatica
...
Le code idrocarburiche si associano a costituire una
sfera idrofobica, mentre le teste idrofile (carica negativa) si dispongono all'esterno della superficie sferica
interagendo con le parziali cariche positive localizzate sui due atomi di idrogeno delle molecole di acqua: micelle
...
Agitando, le goccioline di grasso si rompono e ne
formano altre più piccole, avendo la completa dissoluzione in acqua
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Fosfolipidi
Classe di lipidi costituiti da 1 molecola di glicerolo o di sfingosina, da 1 testa polare (idrofila), formata da un
gruppo fosfato legato a un amminoalcol, e da 1 coda apolare (idrofobica), con una o due molecole alifatiche di
acidi grassi
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Glicerofosfolipidi
Costituiti da 1 molecola di glicerolo, da 2 molecole di acidi grassi e da 1 gruppo fosfato legato a un amminoalcol
...
L'unità base è
l'acido fosfatidico: molecola in cui due gruppi alcolici -OH del glicerolo sono esterificati con due molecole di acidi
grassi, mentre il terzo è esterificato da una molecola di acido fosforico
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Hanno testa polare idrofila (gruppo fosfato legato alla
molecola dell'amminoalcol) e da una doppia coda apolare idrofobica (due molecole di acidi grassi)
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Sfingolipidi
Costituiti da 1 molecola di sfingosina, da 1 molecola di acido grasso e da 1 gruppo fosfato legato a un
amminoalcol
...
L'unità base è
la sfingosina: molecola di amminoalcol insaturo costituito da una catena idrocarburica, a cui sono legati un
gruppo amminico —NH, e due gruppi alcolici -OH
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A un gruppo alcolico è legato un gruppo fosfato, che forma un legame fosfodiestere con un amminoalcol
...

Glicolipidi
Costituiti da 1 molecola di sfingosina, cui si legano 1 acido grasso e 1 carboidrato, monosaccaride o
oligosaccaride
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In base al tipo di carboidrato sono distinti in gangliosidi, siti di
riconoscimento per molecole specifiche, e cerebrosidi, recettori per neurotrasmettitori (trasmissione impulso
nervoso a livello delle sinapsi) sulle membrane dei neuroni
...

Steroidi
Composti che derivano da un idrocarburo policiclico (sterano)
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Colesterolo
Steroide più abbondante nei tessuti animali, è un alcol steroideo la cui molecola presenta 2 gruppi funzionali: un
gruppo alcolico -OH, un doppio legame, una catena alifatica e due sostituenti metilici -CH3
...
È il componente di partenza per la sintesi degli acidi biliari, degli ormoni
steroidei e della vitamina D
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Le diete ricche di acidi grassi saturi alzano il livello ematico del colesterolo, e
viceversa
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Nelle
lipoproteine, i componenti idrofili (proteine, testa dei fosfolipidi e gruppo alcolico del colesterolo) si dispongono in
superficie a contatto con l'acqua, mentre i componenti idrofobici al centro
...

Le lipoproteine sono classificate in base alla loro densità (più alta è la componente lipidica, minore è la densità) e
le più importanti per la prevenzione cardiovascolare sono:
- lipoproteine a bassa densità (LDL), trasportano il colesterolo sintetizzato dal fegato alle cellule dei tessuti
(colesterolo cattivo)
- lipoproteine ad alta densità (HDL), prelevano il colesterolo in eccesso nelle cellule dei tessuti e lo trasportano
al fegato, dove viene convertito in acidi biliari (colesterolo buono)
Quando il colesterolo è in eccesso (ipercolesterolemia), si deposita nelle arterie determinando rigidità e
ispessimento delle pareti (aterosclerosi), con lo sviluppo di malattie cardiovascolari
...
Il più comune è l'acido colico
...
I sali biliari, di natura anfipatica, sono in grado di emulsionare i trigliceridi,
trasformarli in micelle lipidiche, facilitando la loro digestione nell'intestino da parte degli enzimi pancreatici (lipasi)
...
Gli ormoni sessuali sono molecole organiche
prodotte dalle gonadi o ghiandole sessuali (ovaie o testicoli), che svolgono la funzione di stimolare lo sviluppo
nell'organismo dei caratteri sessuali primari (organi dell'apparato genitale) e secondari, diversità nel timbro di
voce e distribuzione dei peli, lo sviluppo della muscolatura (maschio) e delle ghiandole mammarie (femmina)
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Tra gli androgeni l'ormone più noto è il testosterone, che a livello embrionale induce la
differenziazione dell'apparato genitale e dopo la pubertà, nel maschio, favorisce la produzione dei gameti
maschili (spermatozoi)
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Gli ormoni corticosurrenali sono prodotti dalle ghiandole surrenali e si
distinguono in:
- glicocorticoidi, favoriscono la formazione di glucosio a partire dagli amminoacidi (processo di gluconeogenesi),
aumentando la quantità di glucosio disponibile per le cellule
- mineralcorticoidi, responsabili del riassorbimento dello ione sodio Na+ a livello dei tubuli renali del nefrone,
regolando in tal modo l'equilibrio idrosalino
Vitamine liposolubili
(A, D,E, K) sono molecole organiche indispensabili per regolare processi metabolici
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Vitamina A (retinolo)
Si trova solo negli animali, può essere ricavata da alimenti vegetali in cui è presente il pigmento, beta-carotene o
pro-vitamina A
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Combinandosi con la proteina opsina, forma una proteina coniugata, rodopsina,
responsabile dell'assorbimento della luce da parte delle cellule fotorecettriche della retina dell'occhio
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Vitamina D (calciferolo)
È presente solo negli animali, può essere assunta con la dieta, ma è sintetizzata nel nostro organismo con un
processo complesso che ha inizio a livello della cute per la fotossidazione di 2 steroidi (ergosterolo e colesterolo)
in seguito all'esposizione alle radiazioni UV della luce solare
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Carenza di vitamina D nei bambini causa il
rachitismo; negli adulti, porta alla perdita di ioni calcio dalle ossa, diventano fragili (osteoporosi), a rischio fratture
...

Vitamina K (naftochinone)

Si trova nei vegetali a foglie verdi, nei fagiolini e nei piselli, ma è sintetizzata dalla flora batterica dell'intestino
crasso
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AMMINOACIDI E PROTEINE
Amminoacidi
Rappresentano i monomeri dei peptidi e proteine, polimeri in cui è presente legame peptidico
...

- acido y-amminobutirrico (GABA) e dopamina (derivato amminoacido tirosina) sono neurotrasmettitori che
regolano le funzioni del sistema nervoso
- istamina (derivato amminoacido istidina) è mediatore dell'infiammazione e delle reazioni allergiche
- tiroxina (derivato amminoacido tirosina) è ormone tiroideo contenente 4 atomi di iodio coinvolto nella
regolazione del metabolismo
- niacina (derivato amminoacido triptofano) appartiene alla vitamine idrosolubili, coinvolta in vari processi, come
la respirazione cellulare e circolazione del sangue
Nome degli amminoacidi
Amminoacidi che costituiscono le proteine sono 20: otto sono detti essenziali, l'organismo non è in grado di
sintetizzarli e sono indispensabili per la crescita, sviluppo e mantenimento dell'organismo, devono essere assunti
con alimenti
...
Gli amminoacidi presenti negli organismi viventi, sono
alfa-amminoacidi, e si rappresentano con una formula generale definita da 1 atomo di carbonio centrale a cui
sono legati 1 atomo di idrogeno, 1 gruppo amminico -NH2, 1 gruppo carbossilico -COOH e 1 catena laterale ®,
diverso per ogni amminoacido e ne determina le proprietà specifiche
...

Sono idrofobici (insolubili in acqua)
...
La loro catena laterale è costituita da gruppi funzionali con atomi molto
elettronegativi (ossigeno, azoto), hanno una forte tendenza ad attirare gli elettroni di legame condivisi con gli
atomi di idrogeno, con la conseguenza che su di essi si stabilisce una parziale carica negativa, mentre l'idrogeno
assume una parziale carica positiva
...

Amminoacidi sono molecole chirali
L'atomo di carbonio alfa, essendo legato a 4 gruppi atomici diversi, è uno stereocentro
...
Possono essere rappresentati con le proiezioni di Fischer
...

Struttura ionica dipolare degli amminoacidi
Data la presenza del gruppo carbossilico e del gruppo amminico, si verifica una reazione intramolecolare
acido-base: il gruppo carbossilico comportandosi da acido cede uno ione idrogeno H+ (trasformandosi nello ione
carbossilato) al gruppo amminico che, comportandosi da base, lo accetta trasformandosi nello ione —NH3+
...


Amminoacidi sono composti anfoteri
Nella forma ionica dipolare sono composti anfoteri, possono reagire sia con gli acidi che con basi
...
In base al valore del punto
isoelettrico gli amminoacidi si distinguono in 3 gruppi:
• amminoacidi con un gruppo carbossilico e un gruppo amminico il valore del pI corrisponde a un valore di pH
intermedio, nell'intervallo tra pH = 5,0 e pH = 6,5
• amminoacidi con due gruppi carbossilici e un gruppo amminico (amminoacidi acidi) il valore del pI corrisponde a
valori di pH bassi, pH = 3 e pH =3,2
• amminoacidi con un gruppo carbossilico e due gruppi amminici (amminoacidi basici), il valore del pI corrisponde
a valori di pH maggiori di 7, nell'intervallo tra pH = 7,6 e pH = 10,8
Legame peptidico
È un legame covalente che si forma tra 2 amminoacidi uguali o diversi, e porta alla formazione dei peptidi,
biopolimeri distinti in oligopeptidi (2-10 ammin
...

Il legame si stabilisce tra il carbonio del gruppo carbossilico di un amminoacido e l'azoto del gruppo amminico di
un secondo; quindi un legame ammidico, che si forma mediante una reazione di condensazione con eliminazione
di una molecola d'acqua
...
Per effetto della
risonanza, comporta la formazione di un doppio legame carbonio-azoto, il legame C-N è rigido, non ruota, gruppo
peptidico ha disposizione planare
...

Formazione e rottura del legame peptidico
Nella reazione tra due amminoacidi si ha l'eliminazione di una molecola di acqua (reazione di condensazione) e
la formazione di un dipeptide, si scrive mettendo a sinistra l'amminoacido con il gruppo amminico libero e a
destra l'amminoacido con il gruppo carbossilico libero
...

Il numero degli isomeri aumenta all'aumentare del numero di amminoacidi che costituiscono il peptide: il numero
(n) di peptidi che si possono ottenere con un numero (m) di amminoacidi è dato dalla relazione: n=1*2*3*
...

I peptidi possono essere suddivisi nei singoli amminoacidi che li costituiscono mediante una reazione di idrolisi,
che negli organismi viventi viene catalizzata da specifici enzimi
...
Nelle proteine si stabilisce tra i gruppi -SH delle catene laterali di due unità di cisteina
...
Il legame si forma grazie all'ossidazione (o
deidrogenazione) di due gruppi -SH
...
Sulla base della composizione
chimica, sono suddivise in 2 categorie principali:
- semplici, formate solo da amminoacidi
- coniugate, costituite da amminoacidi e un gruppo prostetico, molecola di natura non proteica (lipide, glicide,
acido nucleico, o gruppo metallico)
Le varie combinazioni degli amminoacidi in sequenze diverse danno origine a proteine con diversi ruoli funzionali
...

- fibrose, formate da 2 o 3 catene polipeptidiche disposte le une accanto alle altre e legate da legami disolfuro,
oppure da legami a idrogeno, a costituire un unico filamento
- globulari, formate da catene polipeptidiche ripiegate su se stesse in strutture compatte, di forma sferica, con
interazioni intramolecolari e ioniche, come enzimi (catalizzano le reazioni biochimiche), ormoni (messaggeri
chimici, regolano processi fisiologici), proteine di trasporto, proteine di riserva e quelle di difesa
Struttura delle proteine
Quattro livelli di organizzazione di configurazione spaziale
...
Ogni proteina ha la
sequenza specifica e da essa dipende la sua funzione biologica
...
La struttura primaria determina i successivi livelli di organizzazione
strutturale e la forma definitiva della proteina, dalla quale dipende la sua funzione
...

Struttura secondaria
Definita dalla disposizione spaziale della catena polipeptidica, stabilizzata da legami a idrogeno tra l'ossigeno del
gruppo carbonilico di un amminoacido e l'idrogeno del gruppo -NH di un altro
...
I gruppi
R sono diretti verso l'esterno dell'elica, e non interagiscono tra di loro
...
Conferisce alle proteine flessibilità ed elasticità
- beta-foglietto
...
Configurazione è stabilizzata da legami a idrogeno che si formano tra il
gruppo carbonilico di un filamento e il gruppo -NH di un filamento parallelo
...
Può avere 2 conformazioni in
base alla direzione dei filamenti dal gruppo amminico al gruppo carbossilico: parallelo, tutti i filamenti decorrono
nella stessa direzione; antiparallelo, i filamenti adiacenti decorrono in senso opposto
...
Le catene laterali idrofobiche
si posizionano all'interno della struttura, quelle idrofile, solubili in acqua, all'esterno
...
(emoglobina, proteina di trasporto dell'ossigeno nei globuli rossi, proteina
globulare con struttura quaternaria, costituita da 4 catene polipeptidiche, 2 alfa e 2 beta, ciascuna subunità è
legata a 4 gruppi prostetici (eme), contenente ognuno 1 ione ferro)
Denaturazione delle proteine
I legami chimici responsabili della struttura secondaria, terziaria e quaternaria di una proteina sono legami deboli
...
La rottura dei legami chimici che stabilizzano la struttura
portano alla denaturazione della proteina: perdita della struttura e quindi della funzione della proteina
...


ENZIMI 4
Sono una classe di proteine specializzate e importanti nel metabolismo cellulare per la loro funzione catalitica
...
Sono proteine globulari o ribozimi che
svolgono la funzione di catalizzatori biologici nei sistemi viventi
...

Nome degli enzimi
Il nome comune è costituito da una radice, non in relazione con la funzione svolta, seguita dal suffisso -ina
...

Cofattori enzimatici
La maggior parte delle reazioni cellulari è catalizzata da enzimi proteici, la cui attività è mediata da specifici
gruppi funzionali presenti nella catena laterale degli amminoacidi
...
Gli attivatori sono ioni metallici che si legano all'enzima per fare assumere alla proteina la
configurazione adatta per potersi combinare con il substrato
...

Il NAD e il FAD, coenzimi fondamentali nelle reazioni del metabolismo energetico, derivano rispettivamente dalla
vitamina niacina e dalla vitamina B2
...
Nella forma ossidata il NAD+ accetta 2 atomi di idrogeno trasformandosi nella
forma ridotta NADH + H+
...

• flavin adenindinucleotide (FAD) partecipa come accettore di atomi di idrogeno a reazioni di ossidazione
...
Così agisce da
trasportatore di idrogeno nella catena respiratoria, cede due atomi di idrogeno e viene ossidato a FAD
...
Il complesso
cataliticamente attivo (apoenzima-cofattore) è l’oloenzima
...
Quando le molecole si avvicinano, la forza di repulsione elettrostatica degli elettroni del livello energetico
esterno causa un rallentamento delle molecole e si ha una diminuzione dell'energia cinetica
...
Per un istante, prima che si creino i prodotti, si forma uno stato di
transizione, complesso attivato, che ha un'energia potenziale maggiore dei reagenti
...
(E) è il valore minimo di energia che le molecole dei reagenti devono avere per creare dei prodotti
...

Reazioni esoergoniche ed endoergoniche
La variazione di energia potenziale in una reazione chimica si può rappresentare con il profilo di reazione:
diagramma sulla variazione di energia potenziale in funzione del tempo di reazione
...
Reazione dove prodotti hanno
energia potenziale maggiore dei reagenti, assorbe energia termica: reazione endoergonica
Azione catalitica
Consiste nell'aumentare la velocità di una reazione e si esplica abbassando l'energia di attivazione (E) della
reazione
...
Una reazione in cui una molecola di substrato (S) si trasforma nel
prodotto (P), è catalizzata da una enzima (E), il meccanismo di reazione comprende tre stadi:

1) Formazione del complesso enzima-substrato
...
I legami che si stabiliscono tra ES sono interazioni deboli
(legami a idrogeno, interazioni dipolari)
...
Il substrato si è legato all'enzima, questo forma il complesso
attivato, instabile e con energia minore di quella che avrebbe in assenza dell'enzima, si trasforma poi nella
molecola del prodotto (P) e l'enzima legato al prodotto di reazione costituisce il complesso enzima-prodotto (EP)
...
P ha caratteristiche chimiche diverse dal substrato, che riducono la sua
affinità per l'enzima e ne causano il distacco dal sito attivo
...

Reazione catalizzata dall'enzima è rappresentata dall'equazione: E+S → ES → EP → E + P
Enzimi hanno elevata specificità
I catalizzatori inorganici generalmente non sono specifici
...

Specificità di substrato
Dipende dalla configurazione spaziale del sito attivo dell'enzima: piccola regione dell'enzima, dalla configurazione
definita, entro la quale si trovano le catene laterali degli amminoacidi che partecipano alla catalisi
...
La capacità dell'enzima di interagire con il giusto
substrato dipende dagli specifici gruppi funzionali presenti nel sito attivo che interagiscono con il substrato
...

Specificità di reazione
La specificità di un enzima è legata al tipo di reazione che viene catalizzata: un enzima che media una reazione
di idrolisi su un dato substrato non può catalizzare una reazione di ossidazione sullo stesso substrato
...
In presenza di enzimi, le reazioni
sono più veloci e i prodotti sono in quantità sufficiente: aumentano la velocità di reazione diminuendo l'energia di
attivazione, aumentando il numero di molecole di substrato che possono superare la barriera energetica
corrispondente al valore dell'energia di attivazione e trasformarsi in molecole di prodotto
...
Effetto della temperatura
Le reazioni chimiche subiscono un aumento della velocità con un aumento di temperatura: l'aumento dell'energia
termica permette alle molecole dei reagenti di superare il valore dell'energia di attivazione e di trasformarsi nelle
molecole dei prodotti
...
La temperatura alla quale corrisponde la massima
attività catalitica si chiama temperatura ottimale, al di sopra della quale la velocità diminuisce a causa della
progressiva denaturazione dell'enzima
...
Il valore del pH della soluzione al quale corrisponde la massima attività catalitica si chiama pH
ottimale
...

Effetto della concentrazione del substrato
La velocità delle reazioni chimiche dipende dalla concentrazione dei reagenti: a un aumento della loro
concentrazione corrisponde un aumento della velocità della reazione chimica
...

Regolazione dell'attività enzimatica
La variazione della disponibilità dei substrati, gli effettori allosterici e inibitori enzimatici sono meccanismi per
regolare l’attività enzimatica
...
In base al tipo di variazione strutturale, gli effettori sono distinti in positivi e
negativi
...
Gli effettori si legano debolmente e in modo reversibile agli enzimi
...

Inibitori enzimatici
Molecole che si combinano con gli enzimi interferendo con la loro attività catalitica: tale combinazione porta alla
formazione di complessi che perdono la capacità di legare il substrato, riducendo l'attività catalitica
...
Si lega all'enzima stabilmente, con un cambiamento permanente e irreversibile
-reversibili composti che si legano all'enzima riducendo la sua attività catalitica
...

1)reversibili competitivi molecole con forma analoga a quella del substrato, formano legame non covalente con il
sito attivo, senza dare luogo a una reazione
...
Competitiva perché al sito attivo si possono legare sia
l'inibitore che il substrato
...

2)reversibili non competitivi molecole che si legano all'enzima in un sito diverso dal sito attivo
...
Reversibile perché l'inibitore può staccarsi dall'enzima; non competitiva perché solo il substrato può
legarsi al sito attivo
...

- di addizione, doppio legame diventa singolo e elettroni usati per legare un altro atomo o molecola
- di eliminazione
- di sostituzione, atomo di idrogeno sostituito con un altro atomo o elemento
- di riarrangiamento
Reazioni possono essere studiate considerando il comportamento chimico dei reagenti che sono:
- nucleofili, ricca di elettroni, si comporta da base di Lewis, donatore di elettroni
- elettrofili, povera di elettroni, si comporta da acido di Lewis, accettore di elettroni



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