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Presentazione…Presentazione…Questo contenuto didattico digitale (CDD) ha come oggetto principale il concetto di enzima. Difficilmente i libri di testo delle scuole secondarie di I grado dedicano spazio a questo argomento, che invece è essenziale per la comprensione di tanti processi, strettamente biologici e non.La didattica tradizionale associa il concetto di enzima a quello di alimentazione. Questo, seppur innegabile, risulta estremamente riduttivo per la completa descrizione di questa classe di molecole. Attualmente, infatti è sempre più vasto l’impiego di enzimi in contesti extra-biologici, come la produzione di detersivi o il risanamento ambientale.In questa ottica, con questo CDD, si vuole procedere a una descrizione semplice ma rigorosa di come gli enzimi funzionano, delle loro possibili applicazioni nei diversi settori, facendo uso di simulazioni ed esperimenti virtuali.
Molecole semplici
Macromolecole
(plisaccaridi, acidi nucleici,
lipidi, proteine) Le reazioni che
avvengono all’interno delle
cellule, hanno luogo grazie alla presenza
di enzimi
Enzimi: i protagonisti del metabolismo
Enzimi: cosa fanno?
Gli enzimi aumentano la velocità di una reazione chimica
Reazione senza enzima
Reazione con
enzima
Enzimi che digeriscono i polisaccaridi
Enzimi che digeriscono le
proteine
Enzimi che digeriscono i lipidi
Enzimi nella digestione
L'amido è il più importante fattore nell'alimentazione umana, sono composti quasi interamente di amido molti alimenti:
Chimicamente l'amido è un carboidrato, (ossia una sostanza composta da carbonio, idrogeno ed ossigeno) ed è un polimero, cioè una sostanza formata da molte unità tutte uguali (unità di glucosio) legate fra loro.
Cereali Pasta
Legumi PanePatate
Gli organismi viventi possono utilizzare l'amido previa demolizione in frammenti sempre più piccoli sino a giungere a molecole di glucosio.
Glucosio Glucosio
Glucosio Glucosio Glucosio Glucosio Glucosio Glucosio Glucosio
Glucosio
INIZIAMO DALLA BOCCA…
AMILASI
La demolizione dell'amido in frammenti più piccoli ha inizio nella bocca ad opera di una sostanza presente nella saliva: l'amilasi salivare o ptialina.L'azione dell'amilasi salivare sull'amido può essere facilmente dimostrata con il seguente esperimento
Aggiungiamo qualche goccia di tintura di iodio
Lo iodio colora di viola l’amido ma non il glucosio: nella terza provetta la ptialina ha
trasformato l’amido in glucosioGlucosio
GlucosioGlucosioGlucosioGlucosioGlucosioGlucosioGlucosio
Glucosio
Glucosio
Glucosio
Glucosio
Glucosio
Glucosio
PTIA
LIN
A
Provetta contenente
acqua e amido
Provetta contenente
acqua e glucosio
Provetta contenente
acqua, amido e saliva
PEPSINA
Enzimi che digeriscono le proteine: per scopi dignostici è possibile prelevare del succo gastrico facendo pervenire una sonda nello stomaco del paziente
e aspirando. Un succo gastrico artificiale può essere ottenuto con l’enzima pepsina e un po’ di acido
Mescoliamo energicamente il bianco d’uovo crudo in molta acqua: si forma
una emulsione con proteine (albumina) finemente coagulate.
Provetta contenente albumina
emulsionata
Provetta contenente
albumina non trattata
Aggiungiamo qualche goccia di
succo gastrico artificiale
Il succo gastrico riesce a degradare le proteine. Se queste non sono finemente
coagulate, ci vorrà molto più tempo.
“Nuovo Omino Bianco Additivo 100 Piu' elimina più di 100 macchie diverse, da oggi anche in acqua fredda, e ti garantisce un bucato senza macchia e bianchi più bianchi.ENZIMI: attivi contro tutte le macchie "enzimatiche" (es: cioccolato, maionese, latte, etc)”
Enzimi nei detersivi
Maglietta sporca di maionese e caffè…….
Con l’azione degli enzimi (amilasi, lipasi, proteasi…) le macchie….scompaiono!!
“Detoxilase: brevettato Biotherm, è un enzima di "detossinazione" estratto dal germe di grano. La sua azione è quella di neutralizzare le tossine che l'epidermide da sola non riesce ad espellere, rafforzando il processo di purificazione naturale della pelle. Così la cute, ben ripulita, è pronta a ricevere un'idratazione al top.”
Enzimi nei cosmetici
Enzimi nel campo ambientale
Ricavare energia da rifiuti!
Per comprendere meglio simuliamo una fermentazione
alcoolica....
Riempiamo, per metà, un barattolo di vetro con del
succo di fruttaAggiungiamo del lievito
sospeso in acqua, copriamo con un pezzo di tela e dopo
qualche giorno….
IlGli enzimi del lievito hanno trasformato il glucosio in anidride carbonica e alcool etilico…vero e proprio BIOETANOLO!
Enzimi nel campo ambientale
Riciclare acque di scarico: gli enzimi prodotti da alcuni funghi sono in grado di degradare
molecole inquinanti come i coloranti sintetici....
Alcuni coloranti non sono degradati
completamente….sintesi “ecologica” di nuovi
coloranti!
Acqua “sporca”
Acqua “pulita”
Abbiamo visto che gli enzimi:
Sono le “FERRARI” delle reazioni biochimiche
Fanno parte di NOI
Possono essere molto UTILI, (anche fuori da noi!!)
….ma come sono fatti???
Enzimi: di cosa sono fatti?
Proteine…
…e non solo!
+
EnzimaSubstrato (reagente
)
Enzima/Substrato
Reazione in presenza di un enzima
EnzimaProdotto
+L’enzima “accompagna” i
reagenti perché si trasformino in prodotti. Per fare questo
l’enzima e i reagenti devono essere….COMPLEMENTARI!
Enzima e substrato...
Complementarietà geometrica
Complementarietà elettronica
-+
Substrato
-+
- +
Simuliamo la regolazione dell’attività enzimatica
Inibizione
Enzima
Substrato Inibitore
L’inibitore blocca l’enzima, non permettendogli più di funzionare.
Il processo di inibizione viene sfruttato per la sintesi di famosi
farmaci.
Penicillina: antibiotico
Dipeptide D-Ala D-Ala (“mattone “per
costruire la parete cellulare del batterio)
Il batterio per crescere e riprodursi ha bisogno di una parete. Quest’ultima viene costruita dal batterio stesso
grazie alla presenza di un enzima, (la transpeptidasi) che mette insieme i
mattoni.
L’antibiotico blocca l’enzima inibendolo,
in questo modo il batterio non può
sopravvivere
Enzima bloccat
o
Enzima e substrato = parete =…malattia!!!
Fine
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