Enzimi
Altra fondamentale funzione delle proteine è quella enzimatica. Molte proteine sono enzimi catalitici, cioè rendono possibili, accelerandone i tempi, specifiche reazioni chimiche, alle quali partecipano rimanendo però inalterate. Le sostanze chimiche che subiscono una trasformazione nella reazione catalizzata da un enzima, al quale si legano con legami deboli, sono dette substrato per quell'enzima. La maggior parte degli enzimi si trova all'interno delle cellule, ma un certo numero è secreto all'esterno di esse e svolge la propria attività catalitica nel sangue, nel tubo digerente e negli spazi extracellulari.
Alcuni enzimi sono comuni a tutte le cellule, per esempio, quelli che catalizzano la sintesi delle proteine, degli acidi nucleici o dei fosfolipidi, come pure quelli che catalizzano le reazioni da cui deriva l'energia utilizzata dalle cellule. Alcuni particolari enzimi sono invece specifici di determinate cellule e si trovano esclusivamente in quelle. In genere le proteine enzimatiche sono localizzate, mediante membrane interne alla cellula, in determinati organuli, dove svolgono la loro azione.
Le molecole enzimatiche hanno due regioni importanti o siti: una riconosce e lega il substrato (sito di legame), l'altra catalizza la reazione dopo che il substrato è stato legato (sito catalitico).
Gli enzimi spesso contengono piccole molecole strettamente legate, denominate coenzimi, il cui ruolo è essenziale per l'attività dell'enzima stesso. Molte vitamine che nella dieta sono necessarie in quantità minime (tracce) vengono convertite in coenzimi. Il legame enzima-substrato può avvenire con due modalità: può semplicemente coinvolgere l'adesione di molecole complementari per forma e carica elettrica, interazione detta "a serratura e chiave"; oppure il substrato induce modificazioni di conformazione dell'enzima tali da rendere possibile un corretto legame tra i due e la conseguente reazione catalitica, e si parla in questo caso di adesione indotta.
L'attività catalitica degli enzimi cellulari è regolata in modo tale che la quantità di prodotti di reazione sia sufficiente a soddisfare le necessità del metabolismo della cellula, quindi né il numero delle reazioni né le differenti reazioni avvengono in modo rigidamente costante. Spesso un enzima che catalizza una reazione, o una serie di reazioni, è regolato (inibito o attivato) dal prodotto ultimo della reazione, con un processo di regolazione chiamato feed-back (meccanismo di retroazione).
Alcuni enzimi hanno siti di legame per piccole molecole (chiamate attivatori) che stimolano la loro attività. Gli enzimi possono avere più siti per il riconoscimento di più di un attivatore o inibitore; possono "misurare" le concentrazioni delle varie molecole e, in conseguenza di ciò, variare la propria attività. Le molecole che si legano a un enzima, aumentandone o diminuendone l'attività, sono dette effettori dell'enzima. Gli attivatori sono effettori positivi; gli inibitori sono effettori negativi. I siti a cui si lega l'effettore sono detti regolatori o allosterici (dal greco "dare altra forma"), perché il legame dell'effettore può modificare la conformazione dell'enzima e fargli assumere forme attive o inattive. Molti enzimi contengono più copie di una singola catena polipeptidica, ognuna con siti attivi; dopo il legame con un attivatore o con il substrato, la singola catena cambia conformazione, e questo cambiamento è trasmesso anche alle unità che non si sono legate all'attivatore o al substrato. Il modello descritto è detto a interazione cooperativa, e permette all'enzima di rispondere a piccole variazioni di concentrazione del substrato con una grande variazione dell'attività catalitica.
Gli enzimi non sono le sole proteine che legano in maniera specifica ed estremamente efficace altre piccole molecole. Per esempio, il recettore per l'insulina, come altri recettori di membrana, è una proteina, si trova sulla superficie delle cellule del fegato ed è in grado di legare in modo specifico l'insulina, ma non altre molecole veicolate dal sangue e aventi funzione ormonale, mediando in questa maniera l'azione specifica dell'insulina sulle cellule del fegato.
