COME FUNZIONANO GLI ENZIMI
Summary
TLDRThis 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
🔬 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.
🌀 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.
🔄 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.
Mindmap
Keywords
💡Enzyme
💡Activation Energy
💡Active Site
💡Substrate
💡Catalyst
💡Cofactor
💡Metabolic Pathway
💡Inhibitor
💡Feedback Inhibition
💡Cellular Respiration
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
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