Ricerca sugli Enzimi ed Attività Enzimatica



Gli enzimi sono dei catalizzatori biologici il cui scopo è quello di aumentare la velocità delle reazioni, in genere abbassando l’energia d’attivazione necessaria perché queste avvengano. L’enzima infatti interagisce con il substrato (la molecola o le molecole che partecipano alla reazione) attraverso il proprio sito attivo. Per questo motivo ogni enzima deve avere una specifica forma tridimensionale che gli consente di riconoscere e di catalizzare uno o più reagenti specifici. Un’altra importante caratteristica degli enzimi è che essi non si consumano durante una reazione, ma appunto rimangono disponibili per delle prossime reazioni.



L’ATTIVITA’ ENZIMATICA:
L’attività di un enzima (attività enzimatica) corrisponde alla velocità con cui una reazione chimica procede fino al suo equilibrio. La velocità delle reazione catalizzate da un enzima varia in relazione a vari fattori:
- La concentrazione del substrato e/o dell’enzima;
- La temperatura;
- Il pH;
- La presenza di attivatori o inibitori;

CONCENTRAZIONE DEL SUBSTRATO:
Supponiamo di mantenere costante la concentrazione dell’enzima e di aumentare progressivamente invece la concentrazione del substrato. Noteremo che la velocità della reazione aumenterà in modo proporzionale all’aumento della concentrazione del substrato. Tuttavia ad un certo punto l’incremento della velocità della reazione si attenua nel tempo fino a che, in presenza di notevoli quantità di substrato, non si verifica più nessun incremento della velocità di reazione. Questo accade appunto quando il substrato raggiunge un certo livello e tutti i siti attivi sono stati saturati dal substrato, ovvero tutti gli enzimi liberi si legano al substrato e formano il complesso ES (enzima-substrato).
Alla velocità massima quindi la quantità del complesso ES è pari a quella dell’enzima stesso.



COSTANTE DI MICHAELIS-MENTEN:
La velocità massima è solo una delle varie costanti cinetiche che caratterizzano gli enzimi. Un'altra costante molto importante è la costante di Michaelis-Menten (Km), che indica la concentrazione di substrato alla quale un enzima esprime la metà della sua velocità massima; per cui Km=1/2 Vmax . Ogni enzima presenta una Km caratteristica relativa ad ogni diverso substrato. Per cui se il Km presenta un valore basso vuol dire che sono necessarie poche moli di substrato per saturare il sito attivo. Quindi la conoscenza del Km ci permette di calcolare la velocità di una reazione ad una data concentrazione del substrato [S].



CONCENTRAZIONE DELL’ENZIMA:
Consideriamo ora l’effetto della concentrazione dell’enzima sulla velocità di reazione quando la concentrazione del substrato è in eccesso. Si può notare che se si raddoppia la concentrazione dell’enzima [E], la velocità raddoppia, se la concentrazione dell’enzima è triplicata, la velocità della reazione si triplica e così via… Nella figura 5 viene inoltre messa in relazione la quantità di prodotto formato per minuto e la concentrazione dell’enzima:




EFFETTO DEL PH:
L’attività enzimatica e di conseguenza la velocità di una reazione catalizzata da un enzima è influenzata dalla variazione del PH. Le variazioni di pH infatti influenzano lo stato di ionizzazione dei gruppi acidi e basici presenti negli amminoacidi, alterando il ripiegamento della catena polipeptidica e la forma della proteina stessa, per cui le reazioni potrebbero non aver luogo. In genere il pH ottimale è compreso tra 6 e 8 ma ogni enzima ha un suo pH ottimale a cui corrisponde un’attività enzimatica massima: la pepsina ad esempio agisce in un ambiente fortemente acido a pH = 2.



EFFETTO DELLA TEMPERATURA:
La velocità di una reazione può essere aumentata incrementando la temperatura (fino ad un certo limite), in quanto cresce il numero delle molecole che dispongono di un’energia sufficiente per superare la soglia energetica dell’energia di attivazione. Tuttavia un incremento eccessivo della temperatura porta ad una denaturazione irreversibile di un enzima poichè ne vengono rotti i legami più deboli presenti all’interno della propria molecola. Quando poi la temperatura sarà eccessivamente alta verrà alterata tutta la struttura terziaria dell’enzima, che andrà incontro quindi ad una denaturazione con conseguente perdita delle proprie funzionalità. Tutti gli enzimi comunque presentano una temperatura ottimale per la propria attività.



ATTIVITA’ DEGLI INIBITORI:
La velocità di una reazione enzimatica è determinata anche dalla presenza o meno di inibitori, ovvero di molecole che impediscono all’enzima di funzionare correttamente e che quindi rallentano o impediscono una reazione. L’inibizione può essere reversibile quando l’enzima può riacquistare la sua normale attività biologica, mentre è irreversibile quando esso perde la sua attività biologica. Se l’inibizione è reversibile abbiamo tre tipi di inibitori:

- l’inibitore non competitivo: si associa al complesso ES (enzima-substrato) e riduce quindi la possibilità per l’enzima di liberarsi del prodotto, ciò causa una diminuzione del Km e di conseguenza della Vmax.



- l’inibitore competitivo: l’inibitore e le molecole di substrato sono simili e pertanto competono per legarsi al sito attivo dell’enzima. Il grado di inibizione dipende dal rapporto tra le concentrazioni del substrato e dell’inibitore, infatti la velocità di una reazione aumenta con la concentrazione del substrato proprio perché le molecole di quest’ultimo occupano i siti attivi rendendoli quindi non più disponibili per le molecole dell’inibitore.



- l’inibitore incompetitivo o acompetitivo: le molecole dell’inibitore sono in grado di legarsi al complesso ES ma non all’enzima libero. L’inibitore fa diminuire la Vmax togliendo parte del complesso ES. In questo modo diminuisce anche Km.




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