Enzimi

Gli enzimi rappresentano una delle classi di proteine più numerose. La funzione principale di queste particolari macromolecole è quella di rendere più veloci e coadiuvare le innumerevoli reazioni chimiche che avvengono all'interno e all'esterno della cellula.  Gli enzimi vengono per tanto definiti catalizzatori biologici.

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Indice

    Per capire in maniera più semplice il ruolo degli enzimi, prova a immaginare di dover salire delle scale molto ripide mentre qualcuno, da dietro, viene in supporto spingendoti quanto basta per salire le scale molto più facilmente e velocemente.

    Cosa sono gli enzimi: definizione e caratteristiche

    Gli enzimi sono catalizzatori biologici delle reazioni biochimiche che avvengono all'interno e all'esterno della cellula.

    Scomponendo questa definizione: biologici significa che sono presenti naturalmente negli esseri viventi. Mentre un catalizzatore accelera la velocità delle reazioni chimiche e non vengono consumati o "esauriti", ma rimangono inalterati. Pertanto, gli enzimi possono essere riutilizzati per accelerare molte altre reazioni.

    I ribozimi (enzimi dell'acido ribonucleico), scoperti negli anni '80, sono molecole di RNA con capacità enzimatiche. Sono esempi di acidi nucleici (RNA) che funzionano come enzimi.

    Come accennato, la maggior parte degli enzimi sono rappresentati da molecole di natura proteica, soprattutto proteine globulari idrosolubili. Possono essere costituiti da una singola catena polipeptidica o da più catene, generalmente unite tramite legami deboli. Inoltre, alcuni enzimi sono proteine semplici, mentre altri sono costituiti da proteine complesse o coniugate (es: lipoproteine, glicoproteine, metalloproteine).

    Gli enzimi si localizzano in aree specifiche della cellula in base alla loro funzione. Ad esempio, gli enzimi necessari per le reazioni della glicolisi saranno localizzati nel citoplasma.

    Inoltre, avrai notato durante lo studio di altre vie metaboliche, come la glicolisi, che quasi tutti i nomi degli enzimi terminano in -asi. Gli enzimi prendono il nome dal substrato o dalla reazione chimica che catalizzano. Difatti, gli enzimi catalizzano reazioni che coinvolgono vari substrati, come il lattosio (enzima: lattasi) e l'amido (enzima: amilasi), e reazioni chimiche come le reazioni di ossidazione/riduzione.

    La glucosio ossidasi (talvolta scritta nella forma più breve GOx o GOD) può svolgere anche attività antibatteriche. La troviamo nel miele, che funge da conservante naturale (contribuisce alla distruzione di microbi).

    Alcuni enzimi hanno anche funzione strutturale, come nel casao della ATPasi miosinica, presente nelle miofibrille del tessuto muscolare, e che consente la contrazione muscolare in presenza di ATP.

    La struttura degli enzimi

    Come tutte le proteine globulari, gli enzimi hanno una struttura sferica, con catene polipeptidiche ripiegate a determinarne la conformazione strutturale. La sequenza di amminoacidi (la struttura primaria) è attorcigliata e ripiegata per formare una struttura terziaria (tridimensionale).

    Essendo proteine globulari, gli enzimi sono altamente funzionali. Una particolare area funzionale dell'enzima è chiamata sito attivo. Si tratta di una leggera depressione sulla superficie dell'enzima. Il sito attivo presenta un piccolo numero di amminoacidi che possono formare legami temporanei con altre molecole. In genere, su ogni enzima è presente un solo sito attivo. La molecola che può legarsi al sito attivo è chiamata substrato. Un complesso enzima-substrato si forma quando il substrato si lega temporaneamente al sito attivo.

    Come si forma il complesso enzima-substrato

    Di seguito sono riportati i passi della formazione di un complesso enzima-substrato:

    1. Un substrato si lega al sito attivo e forma un complesso enzima-substrato. L'interazione del substrato con il sito attivo richiede un orientamento e una velocità specifici.
    2. Il substrato si converte in prodotti. Questa reazione è catalizzata dall'enzima, che forma un complesso enzima-prodotto.
    3. I prodotti si staccano dall'enzima. L'enzima è libero e può essere riutilizzato.

    Substrato: la moleocola che si lega all'enzima e della quale l'enzima catalizza la trasformazione in prodotto.

    Sito attivo: area situata sulla superficie di un enzima specifica per il legame del substrato che verrà convertito in prodotto.

    La struttura tridimensionale degli enzimi è determinata dalla loro struttura primaria (sequenza degli aminoacidi). Questa sequenza è determinata da geni specifici. Nella sintesi proteica, questi geni richiedono enzimi costituiti da proteine per produrre proteine (alcune delle quali sono enzimi!). Come hanno potuto i geni iniziare a produrre proteine migliaia di anni fa se avevano bisogno di proteine per farlo? Gli scienziati, ad oggi, sono riusciti a comprendere solo in parte questo affascinante mistero della biologia. Secondo te, chi è arrivato prima: il gene o l'enzima?

    Fattori che influenzano l'azione degli enzimi

    L'attività enzimatica può essere regolata in modo passivo da diversi fattori come:

    • La concentrazione di substrato.
    • Il pH.
    • La temperatura.
    • Presenza di cofattori.

    Cofattore: piccola molecola di natura non proteica o ione metallico in grado di associarsi all'enzima determinandone un cambiamento nell'attività enzimatica (nella maggior parte dei casi, perdità di funzionalità).

    Tuttavia, è di fondamentale importanza che gli enzimi siano attivi e nella giusta posizione per catalizzare le reazioni biochimiche. Essi subiscono anche una regolazione attiva. Quest'ultima avviene tramite l'interazione con altre molecole in grado di interagire con gli enzimi e determinarne un aumento o diminuzione dell'attività.

    La scoperta degli enzimi

    L'attività degli enzimi è stata sfruttata dall'uomo fin dall'antichità, ad esempio nella produzione di formaggi, dove l'enzima renina (un'enzima presente nello stomaco dei ruminanti) si era già rivelato un elemento fondamentale.

    Tuttavia, l'identificazione, isolamento e studio degli enzimi per consentire una comprensione più dettagliata della struttura e delle funzioni di queste molecoli ha richiesto molti anni e molti passaggi.

    Infatti, il fisiologo tedesco Wilhelm Kuhne nel 1978 fu il primo a coniare il termine enzimi (dal greco: nel lievito), ipotizzando che queste molecole fossero presenti soltanto nei lieviti, come osservato precedentemente da Louis Pasteur.

    Studi successivi a queste prime osservazioni portarono all'identificazione di diversi enzimi e alla dimostrazione della natura proteica di queste molecole, scoperta che valse il premio Nobel ai ricercatori che caratterizzarono gli enzimi in esame. La scoperta e caratterizzazione degli enzimi diete un contributo sostanziale nello sviluppo delle scienze biologiche.

    Enzimi - Punti chiave

    • Gli enzimi sono catalizzatori biologici delle reazioni biochimiche che avvengono all'interno e all'esterno della cellula.
    • La maggior parte degli enzimi sono rappresentati da molecole di natura proteica, soprattutto proteine globulari idrosolubili.
    • In genere, su ogni enzima è presente un solo sito attivo. La molecola che può legarsi al sito attivo è chiamata substrato. Un complesso enzima-substrato si forma quando il substrato si lega temporaneamente al sito attivo.
    • Le interazioni tra enzima e substrato si sviluppano su tre passi principali: 1) Il substrato si lega al sito attivo; 2) Il substrato viene convertito in prodotto; 3) Il prodotto lascia l'enzima e l'enzima è pronto per accettare un nuovo substrato.
    Domande frequenti riguardo Enzimi

    Cosa sono gli enzimi e dove si trovano? 

    Gli enzimi sono catalizzatori biologici delle reazioni biochimiche che avvengono all'interno e all'esterno della cellula. 


    Gli enzimi si localizzano in aree specifiche della cellula in base alla loro funzione. Ad esempio, gli enzimi necessari per le reazioni della glicolisi saranno localizzati nel citoplasma. 

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    I fattori che influiscono l'azione degli enzimi possono essere divisi in:

    Gli enzimi prendono il nome dal substrato o dalla reazione chimica che catalizzano.

    Alcuni enzimi possono essere costituiti da una singola catena polipeptidica o da più catene, generalmente unite tramite legami deboli.  

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