Enzimi regolatori

Enzimi regolatori

• Catabolismo: serve a rompere molecole complesse per ottenere energia. Questa energia viene "conservata" sotto forma di ATP e trasportatori di elettroni carichi (NADH, FADH₂, NADPH).
• Anabolismo: serve a costruire molecole complesse partendo da precursori semplici. Questo processo consuma ATP e il NADPH prodotti dal catabolismo.
Affinché il metabolismo sia efficiente, la cellula deve evitare che avvengano contemporaneamente processi opposti (come costruire e distruggere la stessa molecola nello stesso momento). Per farlo usa tre strategie:
1. Regolazione Separata: le vie cataboliche e anaboliche sono regolate in modo che se una è attiva, l'altra è bloccata.
2. Enzimi Diversi: anche se una via di andata e una di ritorno collegano gli stessi composti, almeno una tappa deve essere catalizzata da un enzima diverso. Questo permette alla cellula di "spegnere" l'andata senza bloccare il ritorno, andando ad agire su quell’enzima diverso.
3. Compartimentazione: la cellula separa fisicamente le reazioni usando gli organelli delimitati da membrana. Gli enzimi metabolici seguono la teoria di Michaelis e Menten (+ substrato=+ velocità) proprio perché la Km è vicina alle concentrazioni di substrato fisiologiche. Gli enzimi regolatori, invece, sono veri e propri punti di controllo che determinano quanto velocemente procede una via metabolica. La cellula non ha sempre bisogno della stessa quantità di energia o di biomolecole, per questo, senza agire su tutti gli enzimi di quella via, modula la cascata agendo solo su l'enzima regolatore.

Velocità della reazione

La velocità della reazione può essere regolata da:
- Disponibilità del substrato: se concentrazione < K_m, la velocità della reazione dipende direttamente da quanto substrato è presente. Più "cibo" c'è per l'enzima, più lui lavora.
- Regolazione ormonale: gli ormoni mandano segnali da fuori la cellula e possono influenzare l’abbondanza e l’attività degli enzimi.
-Regolazione dell'enzima: la cellula agisce direttamente sull'enzima, cambiandone l'attività o la quantità presente. Più è complesso l’enzima e più si può avere una regolazione raffinata.
Di seguito ci concentriamo su quest’ultimo punto, cioè la regolazione degli enzimi. Esistono tre modi principali per regolarli:
1) Regolazione allosterica (reversibile): gli enzimi allosterici sono proteine che spesso hanno più subunità ed hanno un sito attivo per il substrato e uno o più siti per i modulatori allosterici (sono sempre endogeni). I modulatori si legano con legami reversibili non covalenti e possono essere attivatori (favoriscono la conformazione attiva dell'enzima R), inibitori (stabilizzano la forma inattiva T). Sono inoltre detti omotropici se il substrato è anche modulatore o eteropici se substrato e modulatore sono molecole diverse (ex. inibizione a feedback negativo). Un esempio è l’aspartato transcarbamilasi (ATCasi), enzima che catalizza la sintesi delle pirimidine. Due molecole modulatrici controllano la sua attività: l’ATP agisce come attivatore, mentre il CTP è un inibitore. Il CTP è un prodotto finale della via: quando si accumula, segnala che la cellula ha già abbastanza pirimidine e quindi spegne l’enzima (feedback negativo). Al contrario, alti livelli di ATP indicano che la cellula sta crescendo ed è utile produrre più nucleotidi per RNA e DNA, quindi l’enzima viene attivato. L’inibizione a feedback negativo è utile anche in vie metaboliche ramificate, dove da un solo substrato si possono ottenere vari prodotti. Se un prodotto è in eccesso va a inibire solo la sua ramificazione, ma senza inibire le ramificazioni che portano agli altri prodotti.

Feedback negativo

Il feedback negativo della vie ramificate può essere di 2 tipi:
- Multivalente: quando da un substrato otteniamo diversi prodotti, abbiamo l’inibizione del 1º enzima assoluto solo se tutti i prodotti finali sono in eccesso. Se manca anche solo uno, la via continua a produrre tutti i prodotti finali.
- Cumulativo: l'inibizione del primo enzima è additiva. Ciascun prodotto finale riduce in parte l'attività dell'enzima. Solo quando tutti i prodotti sono presenti, l'inibizione diventa massima.
Gli enzimi regolatori non seguono la cinetica di Michaelis e Menten. Infatti la cinetica di Michaelis e Menten prevede un andamento iperbolico (cioè la velocità aumenta all’aumentare del substrato finché non si satura l’enzima e la curva si appiattisce). Gli enzimi regolatori invece hanno un andamento a sigmoide, cioè una curva ad S, poiché sono caratterizzati da cooperatività (all’inizio la velocità è bassa ma ad un certo punto si impenna proprio perché un piccolo aumento di substrato-> cambio conformazionale-> enzima più affine-> aumenta tanto la velocità). Quindi, a differenza degli enzimi normali, questi allosterici riescono a variare di molto la velocità anche con piccole variazioni di concentrazione.