Ciascuno dei trilioni di cellule del tuo corpo dipende da migliaia di reazioni chimiche. Le reazioni chimiche che avvengono all'interno del tuo corpo potrebbero avvenire in una provetta, ma avverrebbero molto più lentamente, troppo lentamente per supportare le attività di un organismo vivente.
Enzimi sono proteine all'interno di organismi viventi che aiutano le reazioni chimiche lungo. La loro capacità di funzionare e la velocità con cui lavorano è influenzata da diversi fattori. Alcuni di questi fattori sono altri prodotti chimici.
Come funzionano gli enzimi?
Le reazioni chimiche comportano la rottura e la formazione di legami tra atomi. Rompere i legami delle sostanze chimiche iniziali – i reagenti – richiede energia. Questa è chiamata energia di attivazione. Gli enzimi sono proteine che si aggrappano ai reagenti e li orientano in modo tale che l'energia di attivazione sia inferiore. I reagenti sono anche chiamati substrati.
Un enzima agisce per legare i substrati in posizioni specifiche chiamate siti attivi. I siti attivi sono modellati in modo tale da consentire loro di agganciarsi a substrati specifici. Il complesso enzima-substrato legato rende più facile per i reagenti rompere i loro legami e formarne di nuovi nel prodotto.
Quindi il prodotto viene rilasciato dall'enzima.
Sostanze chimiche che aiutano le reazioni chimiche: cofattori
La forma del sito attivo è ciò che consente agli enzimi di funzionare. Se il sito attivo è distorto, il substrato non si legherà e la reazione non sarà aiutata. Alcuni enzimi richiedono tipi di sostanze chimiche chiamate cofattori per assumere la forma corretta.
I cofattori possono essere sotto forma di atomi inorganici o molecole organiche. Esempi di cofattori includono un atomo di zinco ionizzato – uno che ha perso un paio di elettroni – che è necessario nell'enzima alcol deidrogenasi, usato per metabolizzare l'alcol.
La molecola nicotinammide adenina dinucleotide è un comune cofattore molecolare organico ed è anche chiamata a coenzima. Spesso partecipa a reazioni che richiedono il trasferimento di atomi o ioni di idrogeno. I coenzimi e i cofattori inorganici possono essere necessari affinché un enzima funzioni e, se non ce ne sono abbastanza, la velocità di reazione complessiva sarà lenta.
Sostanze chimiche che aiutano le reazioni chimiche: substrati
Ogni enzima ha una funzione specifica. Un enzima che divide una molecola di fruttosio in due parti non può essere utilizzato per liberare ossigeno da globuli rossi. Perché avvenga una reazione, devono essere presenti sia l'enzima che il substrato. La velocità di reazione può essere limitata da una carenza di enzima o substrato.
In altre parole, se c'è molto substrato in una cellula e non molto enzima, l'aggiunta di più enzima aumenterà la velocità di reazione. Al contrario, se c'è molto enzima e non molto substrato, l'aggiunta di substrato aumenterà la velocità di reazione. Tuttavia, l'aggiunta di più substrato quando c'è molto substrato e non molto enzima (o l'aggiunta di più enzima nella situazione opposta) non aumenterà la velocità di reazione.
Tassi di reazione più rapidi
La velocità effettiva di una reazione catalizzata da un enzima non cambia. Cioè, il tempo dal legame del substrato al rilascio del prodotto è lo stesso per ogni particolare tipo di enzima. Quando si parla di accelerare l'azione di un enzima, si intende aumentare il numero di enzimi che partecipano attivamente alle reazioni chimiche in modo che il numero totale di reazioni salga.
Ad esempio, se non è abbastanza zinco per adattarsi a tutto un tipo specifico di enzima di elaborazione del DNA in una cellula, quindi l'aggiunta di più zinco aumenterà la velocità di reazione rendendo possibile l'attivazione di più enzimi.
Lo stesso vale per l'aggiunta di più substrato o più enzima: l'azione viene accelerata consentendo a più enzimi di catalizzare le reazioni chimiche, non accelerando un particolare enzima.