Definizione del complesso del substrato enzimatico

Il complesso del substrato enzimatico è una molecola temporanea formata quando un enzima entra in perfetto contatto con il suo substrato. Senza il suo substrato un enzima ha una forma leggermente diversa. Il substrato provoca un cambiamento conformazionale, o cambiamento di forma, quando il substrato entra nel sito attivo. Il sito attivo è l’area dell’enzima in grado di formare legami deboli con il substrato. Questo cambiamento di forma può forzare due o più molecole di substrato insieme, o dividere le singole molecole in parti più piccole. La maggior parte delle reazioni che le cellule usano per rimanere in vita richiedono che le azioni degli enzimi accadano abbastanza velocemente da essere utili. Questi enzimi sono codificati direttamente nel DNA dell’organismo.

Il complesso del substrato enzimatico è estremamente importante per una serie di motivi. Innanzitutto, il complesso del substrato enzimatico è solo temporaneo. Ciò significa che una volta che il substrato è cambiato, non può più legarsi all’enzima. I prodotti vengono rilasciati e l’enzima è pronto per un’altra molecola di substrato. Un singolo enzima può funzionare ripetutamente milioni di volte, il che significa che solo una piccola quantità di enzima è necessaria in ogni cellula.

Gli enzimi sono molecole complesse, come macchine pensate per uno scopo. Costruito da una catena di aminoacidi, questa lunga stringa sperimenta interazioni tra i diversi aminoacidi e torsioni e si trasforma in strutture complesse. Queste strutture possono funzionare come cerniere, cunei e ogni sorta di altre forme destinate ad accelerare determinate reazioni. Diverse mutazioni danno origine a forme leggermente diverse di enzima. Nelle mutazioni che sono benefiche per l’organismo, il complesso del substrato enzimatico viene modificato in modo da influenzare l’output del prodotto o la funzione dell’enzima nel suo complesso. Questo cambiamento nell’organismo è utile solo se in qualche modo aiuta l’organismo a riprodursi di più.

Gli enzimi di solito prendono il nome dal substrato su cui lavorano e hanno il suffisso-ase per designare che sono enzimi. Ogni enzima ha una certa specificità per il substrato su cui lavora, che determina a quali molecole possono legarsi. Alcune molecole che sono simili nella struttura al substrato possono rimanere bloccate nel sito attivo, perché non possono subire la reazione prevista dall’enzima. In questo complesso di substrato enzimatico deformato, l’inibitore competitivo si lega all’enzima e inibisce la sua ulteriore azione. Altri inibitori non copiano il substrato, ma modificano l’enzima in altri modi in modo che il complesso del substrato enzimatico non possa essere formato.

Esempi del complesso del substrato enzimatico

Amilasi e amilosio

L’amilosio è uno zucchero complesso prodotto dalle piante. Nella nostra saliva c’è un enzima, l’amilasi, usato per rompere l’amilosio. L’amilasi utilizza una molecola di substrato di amilosio e un cofattore di una molecola d’acqua per produrre un complesso di substrato enzimatico. Il complesso riduce gravemente la quantità di energia necessaria per avviare la reazione, il che aumenta il tempo in cui accade. Una tipica molecola di zucchero richiederebbe milioni di anni per rompersi, se non fosse per le azioni di enzimi come l’amilasi.

In effetti, gli enzimi sono così importanti nella digestione degli alimenti che mangiamo che il nostro corpo produce un enzima per quasi ogni tipo di cibo che il corpo è evolutivamente preparato a consumare. I nuovi alimenti sono mal elaborati, perché gli enzimi non hanno avuto il tempo di regolare la loro efficienza. Ad esempio, la dieta moderna degli alimenti trasformati sta portando a un’epidemia di obesità perché gli alimenti di processo sono ricchi di nutrienti facilmente accessibili, ma solo per i percorsi utilizzati per immagazzinare il grasso. Di conseguenza, gran parte della popolazione sperimenta malattie legate al peso. Molti nutrizionisti stanno spingendo per diete più naturali, integrali e vegetali che tendono a sostenere gli enzimi che i nostri corpi hanno sviluppato naturalmente.

Regolazione allosterica negli enzimi

Sebbene il complesso del substrato enzimatico che si forma rapidamente sia importante per la maggior parte delle reazioni, in alcuni casi è importante “spegnere” l’enzima per risparmiare energia o risorse. Molti enzimi sono regolati in questo modo per fornire la giusta quantità di energia e prodotti. Uno dei luoghi più importanti che questo accade è nella produzione di adenosina trifosfato (ATP), o la molecola che fornisce energia ai processi cellulari. Molti degli enzimi nel percorso che crea ATP sono inattivati da ATP. In questo modo, quando viene prodotta troppa ATP, l’enzima si spegne. Questo è noto come inibizione del feedback, o la capacità di autoregolarsi. Allo stesso modo, gli enzimi possono essere riattivati dalla presenza di adenosina difosfato ADP, un ATP che ha utilizzato un gruppo fosfato per fornire energia a un processo o reazione.

Molti processi corporei sono controllati in questo modo e il complesso del substrato enzimatico in questi casi può essere formato solo con le molecole appropriate presenti. Molti dei cofattori che attivano gli enzimi sono vitamine, minerali e altre molecole inorganiche presenti nella dieta.

• Catalizzatori enzimatici – proteici che abbassano l’energia di attivazione e velocizzano le reazioni biologiche.
• Substrato-La molecola o atomo su cui agisce un enzima.
• Energia di attivazione-L’energia necessaria per una reazione per iniziare a prendere posto.
• Catalizzatore-Qualsiasi molecola o sostanza che abbassa l’energia di attivazione di una particolare reazione.

Quiz

1. Il monossido di carbonio è una molecola pericolosa da inalare. Nel flusso sanguigno, il monossido di carbonio può entrare nelle cellule e legarsi strettamente con il ferro, un cofattore di un enzima importante nella produzione di ATP. Senza questa funzione enzimatica l’ATP non può essere formato. Perché l’enzima non può funzionare?
A. Il complesso del substrato enzimatico non può essere formato.
B. Il monossido di carbonio impedisce all’ossigeno di entrare nei polmoni.
C. Può ancora, una volta che provoca il monossido di carbonio a subire una reazione.

2. Alcuni enzimi producono un singolo prodotto da due molecole di substrato. In questi enzimi, i substrati vengono caricati nel sito attivo, si forma il complesso del substrato enzimatico e viene rilasciato un singolo prodotto. Questo processo può avvenire al contrario, come in, può il carico del prodotto nell’enzima ed essere diviso in due prodotti?
A. Sì
B. No
C. Dipende dall’enzima

3. Quale dei seguenti è un enzima?
A. Lactose
B. Lactase
C. Lactol