COME FUNZIONANO GLI ENZIMI

Summary

This script delves into the world of enzymes, the biological catalysts that regulate chemical reactions within cells. It explains the concept of activation energy and how enzymes lower this barrier, enabling reactions to occur more efficiently. The video also covers the specificity of enzymes for substrates, the role of co-factors, and metabolic pathways. It further explores enzyme regulation through feedback inhibition and the application of inhibitors in medicine, providing insights into cellular metabolic control and self-regulation.

Takeaways

• 🔬 Enzymes are biological catalysts that facilitate and control chemical reactions within cells.
• 🔄 Enzymes lower the activation energy required for chemical reactions, making them occur more spontaneously at lower energy levels.
• 🧬 The active site of an enzyme is a specific region where substrates bind and undergo transformation into products.
• 🌀 Metabolic pathways are sequences of chemical reactions, where the product of one reaction serves as the substrate for the next.
• 🔒 Enzymes can be controlled by the cell through the production of cofactors, which may be inorganic ions or organic molecules such as vitamins.
• 🛑 Inhibitors are molecules that can decrease or stop enzymatic activity, affecting the rate of metabolic pathways.
• 🤝 Competitive inhibitors resemble the substrate and compete for the active site of the enzyme, reducing the reaction rate.
• 🔑 Non-competitive inhibitors bind to a separate site on the enzyme, changing its shape and preventing substrate binding to the active site.
• 🔄 Feedback inhibition is a regulatory mechanism where the end product of a metabolic pathway inhibits its own production, maintaining balance.
• 🛠 Cells can regulate metabolic pathways by producing or silencing enzymes, controlling the rate of reactions to meet their needs.
• 💊 In medicine, drugs like antibiotics can act as enzyme inhibitors, targeting specific metabolic pathways in bacteria to treat infections.

Q & A

What are enzymes and what role do they play in biochemical reactions?

Enzymes are biological catalysts that speed up chemical reactions necessary for life processes. They work by lowering the activation energy required for a reaction to proceed, allowing it to occur more efficiently and at a faster rate without being consumed in the process.

What is the concept of activation energy in the context of chemical reactions?

Activation energy is the minimum amount of energy needed for a chemical reaction to occur. It represents the energy barrier that must be overcome to transform reactants into products. Enzymes help by reducing this energy barrier, facilitating the reaction at lower energy levels.

How do enzymes specifically interact with their substrates?

Enzymes have an active site where the substrate, or reactant, binds. This site is specific to particular substrates, ensuring that each enzyme catalyzes a specific chemical reaction. The enzyme's shape and structure allow the substrate to fit into the active site, where the reaction takes place.

What are cofactors and how do they assist enzymes in their function?

Cofactors are non-protein chemical compounds or metal ions that some enzymes require for their activity. They can be inorganic, like iron or zinc, or organic, including small molecules or vitamins. Cofactors help bind the substrate to the enzyme's active site, making the enzyme more effective in catalysis.

What is a metabolic pathway and how does it relate to enzymes?

A metabolic pathway is a series of chemical reactions that occur sequentially, with the product of one reaction serving as the substrate for the next. Enzymes play a crucial role in these pathways by catalyzing each step, ensuring the reactions proceed efficiently towards the final product.

How can cells regulate the activity of enzymes?

Cells can regulate enzyme activity by producing or degrading enzymes, thereby controlling the rate of metabolic pathways. Additionally, cells can use inhibitors to decrease enzyme activity, either by competing with the substrate (competitive inhibition) or by binding to a separate site on the enzyme (non-competitive inhibition), altering its shape and preventing substrate binding.

What is the difference between competitive and non-competitive inhibitors?

Competitive inhibitors resemble the substrate and compete with it for binding to the enzyme's active site, thus slowing down the reaction. Non-competitive inhibitors bind to a different site on the enzyme, causing a conformational change that makes the active site inaccessible to the substrate, which can lead to a complete cessation of the reaction.

What is feedback inhibition and how does it regulate metabolic pathways?

Feedback inhibition is a regulatory mechanism where the end product of a metabolic pathway acts as an inhibitor of an enzyme early in the pathway. This negative feedback loop helps to regulate the rate of the pathway, preventing the overproduction of the end product and conserving resources.

Can you provide an example of how feedback inhibition works in a biological system?

An example of feedback inhibition is in the production of amino acids. If an excess of a specific amino acid is produced, it can inhibit the enzyme responsible for the first step in its synthesis, slowing down the entire pathway and preventing overproduction.

How do enzymes relate to the concept of active and passive transport in cellular membranes?

While the script does not directly discuss transport across cellular membranes, enzymes can be involved in processes that require energy for transport, such as active transport. They can also catalyze reactions that produce or consume substances that are involved in transport mechanisms.

What are some practical applications of enzyme inhibition, as mentioned in the script?

The script mentions that many antibiotics work by inhibiting bacterial enzymes, such as penicillin which inhibits the formation of bacterial cell walls. This is a practical application of enzyme inhibition in medicine to combat infections.

Outlines

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🔬 Enzymes: Catalysts of Chemical Reactions

The first paragraph introduces enzymes as biological catalysts that facilitate and regulate chemical reactions within cells. It explains the concept of activation energy, which is the minimum energy required for a chemical reaction to proceed. Enzymes lower this energy barrier, enabling reactions to occur more efficiently and at lower energy costs. The paragraph also describes the active site of enzymes, where substrates (reactants) bind, and how enzymes are specific to particular reactions, with each enzyme having a unique active site for its specific substrate. Additionally, it touches on how enzymes, being proteins, can be regulated by the cell, and the role of co-factors, which are inorganic ions or organic molecules that assist enzymes in their function.

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🌀 Metabolic Pathways and Regulatory Mechanisms

The second paragraph delves into the concept of metabolic pathways, which are sequences of chemical reactions where the product of one reaction serves as the substrate for the next. It discusses how these pathways can be regulated by the cell, either by producing new enzymes or by inhibiting active ones. The paragraph further explains two types of inhibitors: competitive inhibitors, which resemble the substrate and compete for the active site of the enzyme, and non-competitive inhibitors, which bind to a different site on the enzyme, altering its shape and making the active site inaccessible to the substrate. This regulation is crucial for controlling the rate of metabolic pathways and maintaining homeostasis within the cell.

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🔄 Feedback Inhibition and Metabolic Regulation

The third paragraph discusses feedback inhibition, a mechanism by which the end product of a metabolic pathway can act as an inhibitor to regulate the pathway's activity. This self-regulation ensures that the cell does not produce excess products and can adjust its metabolic processes according to its needs. The paragraph also provides examples of how this mechanism is used in medicine, such as antibiotics that inhibit bacterial enzymes, and how certain metabolic pathways can be triggered or halted by the presence or absence of specific substrates in the environment. The concept of auto-regulation within the cell is highlighted, showing how metabolic pathways can be activated or suppressed in response to environmental cues.

Keywords

💡Enzyme

Enzymes are biological catalysts that control and facilitate chemical reactions within cells. They help in either speeding up or slowing down these reactions as needed by the cell. In the video, enzymes are described as special proteins with active sites that bind to substrates, lowering the activation energy required for reactions to occur.

💡Activation Energy

Activation energy is the minimum amount of energy required to initiate a chemical reaction. The video explains that without sufficient energy, reactions cannot proceed, but enzymes help by reducing this energy barrier, allowing reactions to occur more easily and efficiently.

💡Active Site

The active site is the specific region on an enzyme where the substrate binds. This site is crucial for the enzyme's catalytic activity. The video highlights that each enzyme's active site is unique and fits specific substrates, facilitating precise biochemical reactions.

💡Substrate

Substrates are the reactants that bind to an enzyme's active site. In the video, substrates are described as molecules that interact with enzymes to undergo chemical transformations, producing products while the enzyme remains unchanged.

💡Catalyst

A catalyst is a substance that increases the rate of a chemical reaction without being consumed in the process. The video emphasizes that enzymes act as catalysts in biological systems, enabling reactions to occur at lower energy levels and making cellular processes more efficient.

💡Cofactor

Cofactors are non-protein chemical compounds or metallic ions that are required for an enzyme's activity. The video mentions that many enzymes need cofactors, such as inorganic ions like iron or organic molecules like vitamins, to function properly and facilitate reactions.

💡Metabolic Pathway

A metabolic pathway is a series of interconnected biochemical reactions that convert a substrate into a final product through multiple steps, each catalyzed by a different enzyme. The video describes how these pathways are essential for cellular metabolism, with enzymes regulating the flow and efficiency of the reactions.

💡Inhibitor

Inhibitors are molecules that decrease the activity of enzymes, slowing down or stopping chemical reactions. The video explains two types of inhibitors: competitive, which block the active site, and non-competitive, which change the enzyme's shape by binding elsewhere, thus preventing substrate interaction.

💡Feedback Inhibition

Feedback inhibition is a regulatory mechanism where the end product of a metabolic pathway inhibits an enzyme involved earlier in the pathway. The video describes this process as a way for cells to self-regulate and maintain balance, ensuring that they do not produce excess products.

💡Cellular Respiration

Cellular respiration is the process by which cells generate energy by breaking down glucose and other molecules in the presence of oxygen. The video touches on this topic as part of explaining how cells extract energy from their environment, highlighting its role in the broader context of cellular metabolism.

Highlights

Enzymes are catalysts that control chemical reactions within cells.

Enzymes can either slow down or speed up reactions based on the cell's needs.

The concept of activation energy is introduced as a specific energy level required for chemical reactions to occur.

Enzymes facilitate reactions by lowering the activation energy barrier, allowing reactions to occur spontaneously at lower energy levels.

Enzymes are special proteins with an active site where substrates bind, aiding in chemical reactions without being consumed.

The specificity of enzymes is highlighted, with each enzyme dedicated to a specific chemical reaction.

Substrates are the reactants in chemical reactions that bind to the enzyme's active site.

Enzymes can be controlled by the cell, influencing the rate of metabolic pathways.

Co-factors, both inorganic and organic, are necessary for some enzymes to function properly.

Vitamins can act as co-factors in chemical reactions, such as vitamin D in calcium metabolism.

Metabolic pathways are sequences of chemical reactions, with the product of one reaction serving as the substrate for the next.

Regulation of metabolic pathways can occur by producing new enzymes or by inhibiting active ones.

Inhibitors are elements that can slow down or stop enzymatic activity, controlling metabolic pathways.

Competitive inhibitors resemble the substrate and compete for the enzyme's active site, slowing down the reaction.

Non-competitive inhibitors bind to a separate site on the enzyme, altering its shape and preventing substrate binding.

Feedback inhibition is a self-regulating mechanism where the product of a reaction can inhibit the enzyme, controlling metabolic rates.

The practical application of enzyme inhibition is seen in antibiotics, which work by inhibiting bacterial enzymes.

Metabolic pathways can be auto-activated or self-regulated based on the presence of substrates in the environment.

The lesson also covers the role of the plasma membrane in active and passive transport, as well as cellular respiration and photosynthesis in plant cells.

Transcripts

andiamo avanti e vediamo come funzionano gli  enzimi cosa sono gli enzimi gli enzimi sono  

i catalizzatori che permettono alla cerrone di  controllare le reazioni chimiche queste reazioni  

chimiche che servono al cielo e funzionate sono  controllate c'è la cellula poche di rallentarle  

o accelerarle in base alle sue esigenze come fa  dobbiamo introdurre il concetto dell'energia di  

attivazione abbiamo già visto in chimica ogni  reazione chimica necessita di uno specifico  

livello energetico per venire se nell'ambiente  non c'è abbastanza energia allestiti clinica  

non avviene infatti tra i reagenti e prodotti c'è  un divario energetico però per poter trasformare  

i reagenti prodotti quindi per attivare l'azione  chimica esiste una barriera energetica che cos'è  

questa barra energetica è quell'energia che  io devo fornire ai reagenti in modo di questi  

spontaneamente poi si trasformino in prodotti a  volte questa pratica è molto alta e ovviamente è  

molto dispendioso a livello etico per attivarla  allora per risparmiare energia che cosa fa la  

cellula utilizza gli enzimi cosa sono insieme  sono delle speciali proteine che funzionano in  

questo modo hanno un sito attivo dove viene  posizionato il substrato che cos'è substrato  

sono i degenti quindi i reagenti si posizionano  in una specifica saccà che è specifica per loro  

definita sito attivo e questo enzima aiuta la  reazione chimica ad avvenire senza che questa  

abbia la sua energia riattivazione quindi di  fatto facilità l'avvenimento del reazione chimica  

senza dover per forza superare questa barriera  energetica è un catalizzatore i catalizzatori  

che avevo già visto in chimica che non sono né  reagenti e nei prodotti azioni chimica quindi  

non si consumano durante l'azione chimica ma  che interagendo quelle genti attiva la reazione  

chimica senza dover raggiungere necessariamente  l'energia di attivazione quindi di fatto il lavoro  

di questo catalizzatore è quello di abbassare  questa barriera energetica in modo che reazione  

chimica avvenga spontaneamente a energie più  bassi quindi si può avere la stessa reazioni  

chimiche as consumando meno energia e quindi  nell'efficienza di una macchina come può essere  

quella cellulare questo è un lavoro molto utile  quindi l'enzima facilita la reazione chimica 3  

recente abbassando l'energia di attivazione della  reazione e facilitando la produzione dei prodotti  

cosa dobbiamo conoscere di questo enzima il sito  attivo ovvero la cavità che ospita i reagenti e  

ogni anzi ma è specifico per specifici reagenti  quindi specifiche reazioni chimiche hanno il loro  

specifico enzima quindi ci sono tante insieme  diversi ognuno dedicato a una specifica diversa  

reazione chimica e il substrato e substrato sono  i reagenti che si vanno a da lanciare nel sito  

attivo gli enzimi possono essere controllati in  realtà gli enzimi sono delle proteine e quindi  

la loro forma è molto più complessa da come  l'ho disegnata io qui vediamo una proteina quei  

suoi affari che beta foglietti e qui vediamo come  funziona abbiamo il substrato che si inserisce nel  

sito attivo e la proteina che facilita la reazione  chimica trasformando e substrato nei suoi prodotti  

quindi un enzima è una proteina che facilita o  rallenta le reazioni chimiche senza consumarsi mai  

quindi una delle caratteristiche dei catalizzatori  è che non partecipano attivamente reazione chimica  

quindi non solo nera gente nei prodotti e che non  si consumano rimangono nell'ambiente continuando  

a svolgere il loro lavoro con altri degenti  creando altri prodotti quindi i reagenti della  

reazione chimica sono definiti come substrato e il  substrato si inserisce nel sito attivo dell'enzima  

una volta che avviene questo l'enzima facilità  reazione chimica quindi fa venire la reazione  

chimica a energie più basse in molti casi  anche con l'assorbimento di acqua e alla fine  

i prodotti della reazione vengono rilasciati in  ambiente e l'enzima che non si è consumato e ora  

pronto per accettare 9 reagenti quindi l'enzima  continua a stare nell'ambiente svolgendo il suo  

lavoro in un certo modo questo processo può essere  controllato spingendo o accendendo l'enzima che ci  

serve vedremo adesso come fa la cellula a spegnere  o accendere un enzima alcuni enzimi per svolgere  

la propria funzione a volte hanno bisogno di co  fattori ovvero gli oni inorganici come il ferro  

il calcio il rame e lo zinco e manganese cobalto  il magnesio che sono inorganici con i quali senza  

di loro molte reazioni chimiche non potrebbero  avvenire come funziona o cofattore abbiamo sempre  

l'enzima il substrato però questo substrato non  riesce ad agganciarsi a lenzi ma se non c'è un  

terzo fattore non organico come un coenzima  inoltre alcuni consigli possono essere anche  

organici infatti possono essere piccole molecole  organiche oppure addirittura delle vitamine alcune  

vitamine servono per far funzionare delle azioni  chimiche con la vitamina d per esempio viene  

festa del calcio nelle ossa quindi esistono dei  co fattori che sono elementi terzi utili a far  

legare il substrato nel sito attivo dell'enzima  altrimenti l'enzima non riesce a funzionare però  

prima di questo volevo spiegargli che cos'è una  via metabolica cioè come fossero gli enzimi la  

via metabolica è una sequenza di reazioni chimiche  dove i prodotti di una sono i reggenti di quella  

successiva alla fine di tutti questi passaggi  abbiamo il prodotto finale che lo scopo ultimo  

della via metabolica le metaboliche possono  essere piccole o molto lunghe e complesse  

generalmente possono anche intense cassi tra  loro allora vediamo come funziona abbiamo un  

reagente a che tramite un enzima specifico  viene convertito in un prodotto ben questo  

prodotto b era gente di un alterazione chimica  che tramite un altro enzima viene convertito  

in un prodotto c a sua volta questo prodotto c  è il reagente di una terza reazione chimica di  

questa via metabolica e tramite un terzo enzima  che è diverso dai precedenti viene convertito in  

un prodotto di e così via fino alla fine della  via metabolica che come detto può essere molto  

lunga qual è il concetto tutto questo è che  alcuni enzimi specifici non tutti i marconi  

vengono utilizzati come dei rubinetti ovvero  sono dei punti chiave su cui la cellula può  

agire per poter dare o accelerare una reazione  chimica una via metabolica può essere regolata  

producendo nuovi enzimi oppure in qualche  modo spingendo silenziando quelli attivi in  

quest'ultimo caso servono gli inibitori che cosa  sono gli inibitori sono elementi che disturbano  

affermano l'attività enzimatica rallentando  o fermando così la via metabolica quindi in  

una via metabolica ci sono tanti enzimi e tante  reazioni ma solamente alcuni sono e gli enzimi  

chiave su cui la cellula può agire producendoli  o silenziando lì proprio per poter accelerare  

o rallentare la via metabolica in questione e  quindi lasciarlo può controllare quanto zucchero  

bocciare quanto ossigeno consumare o quanti  altri elementi produrre o demolire andiamo  

avanti e vediamo che cos'è un inibitore come fa  una cellula a silenziare un enzima utilizzando  

degli elementi che vanno a disturbare il loro  lavoro gli elementi che disturbano il lavoro di  

un enzima vengono chiamati inibitori esistono due  tipi inibitori vediamo il primo quello competitivo  

l'inibitore competitivo è simile al substrato e  quindi va a occupare il sito attivo dell'enzima  

impedendo che questo possa svolgere il suo lavoro  con gli agenti effettivi reazione chimica in  

questo modo i reagenti rimangono e l'ambiente e  non si attiva la lezione chimica perché l'enzima  

è occupato dall'inibitore che di fatto fa fitta  di essere il reagente quindi nazioni chimica vieni  

qualche modo rallentata o fermata l'inibitore  competitivo è simile a substrato dell'enzima che  

vuole inibire occupa sostitutivo competendo con  il reagente reali quindi raggiante le reti che  

compete se gli enzimi con questo intruso di fatto  rallentando la reazione chimica in questo modo la  

via metabolica viene rallentato fermata infatti  non è che c'è un solo zima cioè gli enzimi di  

questioni che sono tanti se il 50 60 70 per cento  e viene occupato da quest inibitore alla fine  

la via metabolica si riduce del 60 70 per cento  quindi viene rallentata normalmente non si arriva  

mai al completo arresto di una viene da bolic a  lasciarlo al massimo la rallenta anche di molto  

all accelera in base alle sue esigenze ma più o  meno le metriche rimangono quasi sempre attive  

e poi abbiamo l'altro tipo inibitore quello non  competitivo come funziona questo in questo caso  

abbiamo che l'enzima a un secondo sito attivo  che è un sito per inibitore e l'editore che si  

inserisce in questo sito attivo quindi in questo  caso l'inibitore non fa finta di essere substrato  

non va a occupare il sito attivo dell'enzima ma  va a occupare un secondo posto lasciando libero  

il sito attivo quindi se attivo rimane accessibile  però quando l'inibitore occupa il suo sito cambia  

la forma dell'enzima la forma delle zima cambiata  impedisce a substrato di entrare nel sito attivo  

che quindi diventa inaccessibile quindi si  attivano le più accessibile e in questo caso  

l'enzima si mette comunque di funzionare perché  il substrato rimane fuori non viene più catturato  

perché esso sito attivo è rimasto inaccessibile  quindi l'inibitore non competitivo è l'elemento  

esterno che si inserisce in un sito diretto da  quella attivo modificando la forma dell'enzima  

e quando questo cambia la forma non è più capace  di poter ospitare substrato nel società attivo  

perché di fatto e si attiva non è più accessibile  e quindi smette di funzionare sono i due modi  

diversi in cui il debitore può silenziare  o di fatto spingere un enzima che cos'è  

il feedback a retrazione negativa come può una  reazione chimica autoregolarsi spesso lo stesso  

prodotto di una lezione chimica è il suo stesso  inibitore quindi se le nazioni chimica produce  

troppo prodotto questo prodotto va a inibire gli  enzimi della stessa reazione chimica quindi la  

cellula è un sistema molto complesso dove al  suo interno vengono tantissime azioni chimiche  

in numerose vie metaboliche diverse che spesso  interagiscono tra loro e i prodotti di alcune  

vie metaboliche spesso sonno inibitori di altri  veneta boric e quindi l'attivazione di una rete  

monica può rallentare o spingere un'altra  è tutto un meccanismo che si autoregola da  

solo e questo meccanismo in cui il prodotto di  una reazione chimica è il suo stesso mito rene  

definito feedback a retrazione negativa ovvero se  la via de boli ca funziona troppo bene alla fine  

si auto spinge quindi di fatto la cellula può  controllare e regolare le proprie metaboliche  

spesso il processo è automatico perché il prodotto  stesso del lavoro enzimatico si comporta alla fine  

come un editore non appena spiegato rallentando  o fermando la via metabolica quando questa  

comincia a produrre troppi prodotti poi ancora gli  inibitori hanno numerose pratiche per esempio nei  

farmaci molti antibiotici agiscono inibendo gli  enzimi dei batteri che causano le malattie come  

la penicillina che inibisce la formazione della  membrana cellulare di alcuni batteri poi ancora  

altre vie metaboliche sono tarate per attivarsi  o spingersi nell'ambiente in cui si trovano gli  

enzimi aumentando ad esempio la sostanza che  inibisce la via metabolica stessa come facciamo  

un esempio il lattosio nell'intestino le persone  intolleranti al lattosio non hanno l'enzima che  

digerisce questo carboidrato come ad esempio la  lattasi quindi queste persone sono intolleranti  

al lattosio se una persona non interessante  lattosio beve del latte o dei prodotti che  

contengono lattosio enzimi all'interno del suo  intestino si attivano in modo automatico perché  

la tos diventa substrato che attiva il processo  quando finisce il lattosio il processo si ferma  

perché non c'è più substrato quindi si può anche  auto regolare in questo modo cioè si attiva quando  

nell'ambiente compare un determinato reagente che  fa da substrato ad esempio mangiando bevendo del  

latte e si spinge quando questo substrato questo  la gente si esaurisce e quindi la metabolica  

sia auto attiva e si auto spinge all'occorrenza  questo è solo un estratto della lezione completa  

sui meccanismi che avvengono all'interno della  cellula in questa lezione però molto spazio al  

lavoro della membrana plasmatica quindi i vari  tipi di trasporto attivo e passivo vedremo come  

funziona il metabolismo energetico di una cellula  e quindi in particolare come la vita riesca a  

ricavare energia dall'ambiente esterno quindi mi  concentrerò in particolare sulle più importanti  

vie metaboliche della cellula e quindi rapporti  tra il catabolismo e lana bullismo che regolano il  

metabolismo cellulare e l'accoppiamento energetico  che ci attrezzi ovviamente parlerò anche della  

respirazione cellulare e della fotosintesi nelle  cellule vegetali potete trovare questo ed altro  

ancora nella lezione completa la cellula al lavoro  nella lezione numero 4 del mio corso di biologia  

nel mio canale youtube e sulle mie pagine social  instagram e facebook Prof Antonio Loiacono grazie