enzimi

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Sostanze indispensabili alle reazioni chimiche proprie della vita

In ogni istante dell'esistenza di un essere vivente, migliaia di molecole diverse necessarie alla sua vita vengono sintetizzate solo in presenza di altre molecole, altrettanto essenziali, dette enzimi. In effetti, senza gli enzimi, alla temperatura moderata degli organismi (che per l'uomo è circa 37 °C) tutte le fondamentali reazioni chimiche della vita non avverrebbero o sarebbero così lente da non essere utili alla sopravvivenza

Perché possiamo mangiare gli spaghetti

Gli enzimi sono attori importanti nella vita degli organismi: sono molecole prodotte dalle cellule, incaricate di rendere possibili e rapide le trasformazioni chimiche necessarie alla vita.

Negli organismi viventi i composti chimici si trasformano continuamente grazie a un insieme di processi chiamato metabolismo. Le molecole complesse del cibo, cariche di energia, si trasformano in molecole più semplici, meglio utilizzabili per liberare l'energia contenuta. Per esempio, gli spaghetti che mangiamo contengono una molecola complessa, l'amido, che per opera di un enzima di nome amilasi viene digerita nell'intestino e si trasforma in molecole più piccole di glucosio (carboidrati), che a loro volta, dentro le cellule, si trasformano in molecole ancora più semplici, producendo energia.

Questo processo metabolico avviene attraverso almeno 30 trasformazioni, ciascuna attivata da un enzima specifico. Quindi, in tutte le forme di vita, dai batteri agli elefanti, ogni trasformazione metabolica avviene perché un enzima la rende possibile. Nel corpo umano lavorano incessantemente almeno 450 mila enzimi diversi.

Il termine che indica l'azione dell'enzima è biocatalisi, in cui il prefisso bio- si riferisce alla vita mentre il termine catalisi indica quel fenomeno per il quale una reazione chimica, che avverrebbe molto lentamente, è resa molto più veloce da sostanze dette catalizzatori: dunque un enzima è un catalizzatore delle reazioni proprie della vita.

Perché servono gli enzimi?

Se una reazione chimica può avvenire per conto proprio, perché deve essere attivata da un enzima? A cosa serve un enzima, se la frantumazione della grossa molecola di amido in molecole semplici di glucosio è comunque una reazione energeticamente possibile? Il problema nasce dalla stabilità della molecola di amido a 37 °C. In effetti, se lasciamo l'amido a questa temperatura senza l'amilasi, la reazione di frantumazione per avvenire richiederebbe alcuni secoli: troppo tempo perché l'organismo possa avere il nutrimento necessario alla sua sopravvivenza! Alternativamente, la frantumazione può avvenire rapidamente se scaldiamo l'amido a temperature superiori a 100 °C, in condizioni cioè in cui la molecola diventa instabile e quindi pronta a trasformarsi. Ma queste sono condizioni di cottura di un cibo e quindi incompatibili con la vita. Perché la reazione possa avvenire efficientemente e in fretta a 37 °C, cioè alla temperatura di molti organismi, è necessario rendere instabile la molecola anche a 37 °C. Così fa l'enzima amilasi con l'amido e noi gustiamo la pastasciutta.

Com'è fatto un enzima

Gli enzimi sono per lo più proteine, cioè sono collane di aminoacidi che si ripiegano su loro stesse formando gomitoli irregolari, con 'nicchie' e 'spunzoni' sulla superficie. Le proteine enzimatiche sono capaci di accogliere in una nicchia, chiamata sito attivo, le molecole di cui attivano la trasformazione. Nel sito attivo dell'enzima la molecola da trasformare viene come tirata da due lati, resa meno stabile e quindi facilmente trasformabile.

In altre parole, attraverso il loro sito attivo gli enzimi sono capaci di riconoscere in modo specifico singole molecole e di renderle più fragili, facendo così avvenire velocemente, alla bassa temperatura del corpo, una trasformazione altrimenti lentissima. Ogni molecola da trasformare ha il suo differente e specifico sito attivo corrispondente, come è specifica ogni serratura per la sua chiave.

Il numero di molecole che un enzima è in grado di trasformare in un minuto è detto turn over, termine inglese che vuol dire appunto "trasformazione"; gli enzimi più veloci hanno un numero di turn over fino a 36.000 molecole al minuto. Per capire l'importanza e il lavoro degli enzimi nel metabolismo della cellula immaginate un laboratorio chimico dove funzionano 450 mila alambicchi, ciascuno dei quali fa avvenire migliaia di trasformazioni molecolari al minuto.