Bioenergetica PDF

Bioenergetica BIOENERGETICA Tutto si basa sul fatto che la cellula ha bisogno di energia per compiere dei lavori, essi possono essere categorizzati in 6 tipi: Sintesi: l’energia è richiesta per apportare cambiamenti nei legami chimici delle molecole; Meccanico: cambiamenti d...

Bioenergetica BIOENERGETICA Tutto si basa sul fatto che la cellula ha bisogno di energia per compiere dei lavori, essi possono essere categorizzati in 6 tipi: Sintesi: l’energia è richiesta per apportare cambiamenti nei legami chimici delle molecole; Meccanico: cambiamenti di orientamento o struttura (contrazione muscolare); Trasporto contro gradiente: nell’ambiente intra ed extra cellulare abbiamo dei soluti diversamente concentrati i quali per essere spostati da un lato all’altro della membrana necessitano di proteine intermembrana che consumano energia (es. trasporto di glucosio, neurotrasmettitori) Elettrico: trasporto di molecole cariche attraverso la membrana contro gradiente elettrochimico (genera potenziali d’azione sulla membrana); Calore: mantenimento della temperatura corporea; Bioluminescenza: organismi che possiedono molecole fluorescenti, in grado quindi di emanare luce (un esempio di proteina che da proprietà fluorescenti è il GFP. Viene inserita nel genoma di cellule specifiche per vederle a livello sperimentale). L’E viene ricavata dall’ossidazione di un substrato, che per il mondo animale è il glucosio (L’ossidazione consiste nello scambio di atomi di idrogeno e di ossigeno per effettuare un lavoro). L’energia ha un ciclo di trasformazione nel mondo degli esseri viventi. I substrati per la produzione di energia vengono sintetizzati, grazie alla fotosintesi, dai vegetali. I flussi di energia obbediscono alle leggi della termodinamica: Prima legge della termodinamica: “L’energia non si crea né si distrugge, si trasforma”. L’energia che esce da un sistema è data dalla differenza tra l’energia immessa e quella accumulata da esso (energia interna). Nei processi biologici si considera il cambiamento dell’entalpia (contenuto di calore, H). Questo perché ΔH≈ΔE. Il cambiamento di entalpia ΔH=Hprodotti - Hreagenti, se questo valore è: 0 🡪 Hprodotti > Hreagenti, si tratta di una reazione in cui il sistema ha acquistato calore, endotermica (aumenta la quantità di calore interna al sistema). Seconda legge della termodinamica: in ogni cambiamento chimico-fisico il sistema tende sempre a un maggior disordine (aumento dell’entropia). Una reazione è spontanea se è esoergonica ΔG l’enzima va a diminuire l’entropia dei substrati per far si che siano orientati in un certo modo per facilitare la reazione. 2. Per reattività -> vengono modificate le cariche del substrato dalle catene laterali dell’enzima, anch’esse cariche ma di carica opposta. 3. Per tensione -> il substrato viene distorto tramite una tensione meccanica che esercita una pressione fisica sui legami del substrato. Gli enzimi operano secondo un ciclo catalitico, che si divide in 4 parti: 1. L’enzima lega il substrato tramite adattamento indotto, portando un cambio conformazionale. 2. Conversione del substrato in prodotti. 3. Rilascio dei prodotti. 4. Liberazione del sito attivo -> il processo viene ripetuto centinaia / migliaia di volte al secondo. REAZIONI ENZIMATICHE Un enzima è tanto più efficiente quanto rende veloce la formazione del prodotto: E+S ES 🡪 E + P Per determinare questa velocità si può usare l’equazione di Michaelis-Manten v=VmaxSS+KM Vmax (velocità massima della reazione), KM ( costante di Michaelis, che è specifica per ogni enzima e descrive la concentrazione di substrato [S] per cui l’enzima lavora a metà della velocità massima). La prima parte del grafico è circa lineare. Se [S] è molto alta V = Vmax. In base al valore che assume [S]: Se [S] < Km → Km può essere trascurato Se [S] > Km → la velocità è uguale a Vmax Se [S] = Km → la velocità è uguale a Vmax/2 Questa velocità può essere variata dagli inibitori degli enzimi: Si legano all'enzima e ne diminuiscono l'attività o la bloccano del tutto Sono quasi tutti reversibili, tranne alcuni come il gas nervino ( competitori irreversibile dell'acetilcolinesterasi) Ne distinguiamo 2 tipologie: Reversibile: si lega tramite interazioni transienti svolge la sua funzione e si stacca. Competitivo: competono con il substrato per il sito di legame (aumenta KM, occorre quindi più S per raggiungere lo stesso valore di Vmax/2);  Non competitivo: non competono per lo stesso sito attivo del substrato, poiché hanno un punto di interazione diverso (se [S] aumenta non altera l’inibizione, stessa KM, ma la Vmax è ridotta). Irreversibili: formano un legame covalente con i residui amminoacidici, ciò gli permette di non staccarsi dall’enzima (es. gas nervino che compete con l’acetilcolinesterasi). REGOLAZIONE ALLOSTERICA L’interazione di tipo allosterico può essere utilizzata per attivare l’enzima (attivazione allosterica). È importante sottolinearlo, perché la PKA va attivata dal cAMP (adenosinmonofosfato ciclico) che si lega su un sito presente sull’inibitore. Il distacco del complesso cAMP-inibitore ciclico fa cambiare la conformazione della PKA. Un enzima può essere attivato tramite l’addizione o rimozione di gruppi funzionali presenti sull’enzima (es. formazione gruppi f). Un enzima molto importante per il nostro organismo è il lisozima. Esso è il primo enzima che demolisce le catene di carboidrati del cibo ed è inoltre fondamentale con funzione di antibiotico poiché idrolizza le catene polisaccaridiche della parete cellulare. Aspirina: inibitore ciclossigenasi che produce prostaglandine e fattori infiammatori. Penicillina: inibisce un enzima che serve a sintetizzare la parete cellulare dei batteri. REGOLAZIONE ALLOSTERICA L’attività dell’enzima è inibita o potenziata da un composto che si lega in un sito distinto dal sito attivo: sito allosterico. Il legame nel sito allosterico produce modificazioni nella proteina e nel sito attivo. Il legame dell'effettore presso tali siti è in grado di modificare leggermente la struttura terziaria della proteina e quindi di variare la sua affinità per il ligando (substrato nel caso di un enzima ) consentendo di incrementare o ridurre l’attività a seconda delle esigenze della cellula. Questi enzimi non seguono la cinetica di Michaelis-Menten: essi infatti hanno curve di velocità con andamento sigmoide, che riflette la presenza di interazioni cooperative tra le diverse subunità dell’enzima stesso. Gli effettori allosterici non modificano la velocità massima, mentre modificano la costante di Michaelis, riducendola in caso di effettore positivo o aumentando, se l’effettore è negativo. Il legame con l’inibitore allosterico stabilizza l’enzima nella forma a bassa affinità, determinando un blocco dell’attività. Il legame con l’attivatore allosterico stabilizza l’enzima nella forma ad alta affinità, determinando l’attività dell’enzima. I processi svolti dagli effettori allosterici sono due: Inibizione allosterica -> quando l’inibitore allosterico si lega nel sito apposito dell’enzima, stabilizza l’enzima nella sua forma a bassa affinità (con poca o nulla formazione di prodotto), determinando una diminuzione o un blocco dell’attività enzimatica. - Attivazione allosterica -> quando l’attivatore allosterico si lega nel sito apposito dell’enzima, stabilizza l’enzima nella sua forma ad alta affinità (passa da una minima produzione di prodotto a una normale), determinando l’attività dell’enzima. Regolazione per fosforilazione e defosforilazione La regolazione per fosforilazione e defosforilazione è un caso particolare della più generale regolazione per modificazione covalente: modifica i legami covalenti che si instaurano tra gli atomi, aggiungendo o togliendo un gruppo fosfato dalla molecola. Questo metodo di regolazione adatta la velocità della reazione alle condizioni che sono necessarie in quel preciso momento