ENERGIA - LE PROTEINE

ENERGIA

Gli esseri viventi creano e mantengono l'ordine (attraverso un flusso ininterrotto di reazioni chimiche) in un universo che tende verso un maggior disordine. I meccanismi cellulari estraggono energia dall'ambiente e la convertono nell'energia dei legami chimici, aumentando l'ordine.

Il secondo principio della termodinamica sostiene che il grado di disordine (entropia) può solo aumentare. Costruendo organismi complessi le cellule generano ordine e sembrano andare contro questo principio, ma in realtà non è così. La cella assorbe energia dall'ambiente creando ordine al suo interno formando dei legami chimici. Nelle reazioni chimiche, che generano ordine, parte dell'energia consumata dalla cellula si trasforma in calore (forma di energia della forma più dissociata). Il primo principio della termodinamica sostiene che l'energia si può convertire da una forma all'altra, ma non si può ne creare, ne distruggere. Il calore deve produrre un disordine che compensi l'ordine della cellula, solo in questo modo il secondo principio della termodinamica sarà valido.

Fotosintesi (CO2+H2O__O2+zuccheri). C'è bisogno di energia solare

Respirazione (zuccheri+O2__CO2+H2O). Viene liberata energia di legame chimico utilizzabile.

Questi sono due processi complementari in quanto i prodotti di una reazione sono i reagenti dell'altra.

Ossidazione = reazione che implica il trasferimento di un elettrone da un atomo all'altro

Riduzione = reazione che implica un acquisizione di elettroni.

In una reazione in numero degli elettroni si deve conservare perciò ossidazione e riduzione avvengono insieme.

Idrogenazione (Rid) = una molecola oltre ad acquistare un elettrone, acquista anche un protone

Deidrogenazione (Ox) = una perde un elettrone e un protone.

Le reazioni chimiche procedono solo nelle direzioni che portano a una perdita di energia. Per raggiungere uno stato di minore energia, e quindi di maggiore stabilità, una molecola richiede una spinta che la faccia superare una barriera energetica (energia di attivazione). Nella cellula sono gli enzimi che permettono il superamento di questa barriera. Ogni enzima si lega al substrato e ne riduce l'energia di attivazione. Tutte le sostanze capaci di ridurre l'energia di attivazione sono chiamate catalizzatori.

Gli enzimi sono estremamente selettivi (catalizzano una reazione sola) in quanto possiedono una conformazione unica che contiene il sito attivo capace di accogliere solo determinati substrati. Come ogni altro catalizzatore, le molecole enzimatiche restano immodificate e per questo vengono riutilizzate di continuo.

Gli enzimi non sono in grado da soli di far avvenire reazioni energicamente sfavorite. Questo diventa possibile grazie ad enzimi che accoppiano reazioni energicamente favorite a reazioni energicamente sfavorite (due aminoacidi si uniscono con un legame peptidico).

Le molecole vettrici, come l'ATP che diventa ADP+P, sono molecole in grado di immagazzinare energia libera per poterla condurre a molecole che possano utilizzarla. Queste molecole trasportano l'energia dai siti di produzione ai siti di consumo. (si va da una energia favorita energicamente a una sfavorita energicamente).

Metabolismo = vie cataboliche (demoliscono le sostanze alimentari in molecole più piccole generando energia in forma utilizzabile) + vie anaboliche (consumo di energia immagazzinata nei processi catabolici per alimentare la sintesi di altre molecole)

Gli enzimi e i substrati sono presenti in quantità limitate nella cellula. Per incontrarsi sfruttano il fenomeno della diffusione (a causa dell'energia termica le molecole non stanno mai ferme). Gli enzimi al contrario dei loro substrati si possono considerare fermi quindi la frequenza degli incontri dipenderà dalla concentrazione del substrato.

LE PROTEINE

Le proteine hanno la capacità di legarsi ad altre molecole chiamate ligandi attraverso il sito di legame. La capacità di una proteina di legarsi al suo ligando è dovuta alla formazione di una serie di legami non covalenti. Questa capacità si è sviluppata soprattutto negli anticorpi. Gli anticorpi legano il loro antigene al punto da inattivarlo o segnalarlo ad altre molecole dedite alla distruzione. Ogni anticorpo specifica per un particolare antigene quindi il nostro organismo dovrà presentare una grandissima quantità di anticorpi.

Molte proteine si avvalgono di piccole molecole non proteiche per svolgere funzioni che sarebbero impossibili con gli aminoacidi soltanto (ad esempio l'emoglobina che presenta un eme e un atomo di ferro per trasportare l'ossigeno).

Gli enzimi con la loro attività catalitica costituiscono una rete di vie metaboliche dove il prodotto di una reazione costituisce il reagente per l'altra.

Feedback positivo = il prodotto di una reazione accelera la reazione stessa (exe ossitocina)

Feedback negativo = il prodotto di una reazione blocca la reazione stessa (exe esochinasi = catalizza la prima reazione della respirazione cellulare che è il passaggio da glucosio a glucosio 6 fosfato. Se vi è troppa formazione di glucosio 6 fosfato uno di questi va a posizionarsi sul sito di regolazione allosterico e fa cambiare forma al sito attivo. Quando il glucosio 6 fosfato raggiungerà il valore minimo la forma del sito attivo tornerà allo stadio precedente).

Fosforilazione delle proteine = spesso nelle cellule si forma un legame covalente tra un fosfato e una delle catene aminoacidiche. Il fosfato porta due cariche negative e quindi la proteina sarà tentata ad attrarre una catena aminoacidica con carica positiva. Questa modificazione fa variare l'attività della proteina stessa. La rimozione del gruppo fosfato (defosforilazione) riporterà tutta la situazione alla normalità.

Proteine motrici = hanno la capacità di spostare altre molecole come ad esempio i cromosomi, durante la mitosi, verso la piastra equatoriale. Bisogna stare attenti che la proteina non cambi forma, per evitare ciò bisogna accoppiare uno dei cambiamenti conformazionali all'idrolisi di una molecola di ATP.