Pianeta Salute 186 – Approfondimento Ferorelli

Le proteine, traduzione del codice genetico, rappresentano per eccellenza il fenomeno vita: gli enzimi, in particolare, i veri “operai molecolari” delle cellule, portano avanti tutte le reazioni biochimiche necessarie alla vita. Si tratta di macromolecole la cui struttura primaria (sequenza di aminoacidi), condiziona la conformazione spaziale in modo da definire selettività per i substrati specifici, in un gioco di incastri che rende elementare il più complesso “puzzle”. Anomalie della struttura spaziale, indotte da metalli pesanti ed altre interferenze, rappresentano la base molecolare di disturbi e patologie, ponendo le premesse per una nuova disciplina: l’Enzimologia clinica. Le reazioni che avvengono in una cellula, infatti, sono quelle per le quali sono presenti e attivi gli enzimi appropriati, pertanto nel caso delle reazioni cellulari, gli enzimi fanno la differenza tra il poter avvenire e l’avvenire. Si consideri pure che le reazioni spontanee da un punto di vista termodinamico non avvengono a velocità apprezzabile in assenza di un opportuno catalizzatore e che gli enzimi, appunto, sono i catalizzatori biologici. Per la maggior parte delle reazioni biologicamente importanti a temperature cellulare normali, l’energia di attivazione è sufficientemente alta da far sì che la quantità di molecole che possiedono questa energia in ogni istante sia estremamente bassa: Ne consegue che nelle cellule le velocità delle reazioni non catalizzate (da enzimi) sono stazionarie, sebbene queste molecole siano dei reagenti potenziali: in altre parole, essi sono termodinamicamente instabili, ma non hanno sufficiente energia per superare la barriera dell’ energia di attivazione. Si dice che queste molecole apparentemente stabili sono in uno stato metastabile. Le elevate energie di attivazione e il conseguente stato metastabile dei costituente cellulari sono essenziali, perché la vita, per sua stessa natura, è mantenuta in uno stato stazionario, lontano dall’ equilibrio. Se non fosse per lo stato metastabile, tutte le reazioni procederebbero velocemente verso l’equilibrio e la vita, cosi come la conosciamo, non sarebbe possibile: la vita infatti dipende da elevate energie di attivazione, che impediscono il verificarsi delle reazioni cellulari in assenza di opportuno catalizzatore. Un modo per aumentare il contenuto energetico del sistema è l’ immissione di calore semplicemente aumentando la temperatura: in tal modo aumenterà l’energia cinetica delle molecole reattive facilitando l’idrolisi dell’ATP. Il problema dell’ uso di temperature elevate è però che questo approccio è incompatibile con la vita, perché i sistemi biologici necessitano di una temperatura relativamente costante. Le cellule sono fondamentalmente sistemi isotermi (a temperatura costante) e richiedono metodi isotermi per risolvere il problema dell’ attivazione e modulazione delle reazioni.