Biochimica

Il cambiamento del pH altera il grado di ionizzazione dei diversi gruppi ionizzabili presenti in una molecola enzimatica

Si può individuare un pH ottimale e un range dei valori entro cui l'enzima mostra la massima efficienza, sopra o sotto questo pH l'attività enzimatica decresce (analogamente a T si ha una curva a campana). Le variazioni del pH sono reversibili, ma variazioni molto ampie provocano un'inattivazione definitiva dell'enzima. La maggior parte degli enzimi ha un pH neutro = 7 come la tripsina che opera a livello intestinale, ma ci sono delle eccezioni come la pepsina che ha un pH molto acido = 5 e questo spiega perché questo enzima può avere un'attività catalitica in un ambiente acido come quello gastrico.

Presenza di inibitori o attivatori: L'attività di molti enzimi può essere inibita da parte di piccole molecole e ioni (inibitori). Gli inibitori sono sostanze che possono bloccare o rallentare

L'attività enzimatica, in grado di influenzare il legame con il substrato e/o il numero di turnover. Un inibitore può essere reversibile se agisce con una modalità che consente all'enzima di recuperare la propria funzionalità biologica o irreversibile, quando si lega con un legame covalente ad un residuo di un AA presente nel sito attivo, senza la possibilità di staccarsi (utilizzati in studio di siti catalitici, come farmaci, come antiparassitari).

Inibizione irreversibile - Gli inibitori irreversibili legandosi covalentemente con un residuo AA nel sito attivo inattivano l'enzima. Generalmente sono veleni, tossine oppure farmaci. Un tipico esempio di inibizione irreversibile è il DIPF (diisopropilfluorofosfato) e il Sarin, composti organofosforici e potenti veleni per il sistema nervoso per la loro capacità di inattivare l'acetilcolinaesterasi, un enzima che catalizza l'idrolisi del neurotrasmettitore acetilcolina.

Che richiede un residuo di Ser per la catalasi. L'acetilcolina è un neurotrasmettitore in grado di portare il segnale a cellule muscolari e nervose, innescando il processo di contrazione, da qui interviene l'acetilcolinaesterasi che è in grado di bloccare l'acetilcolina, ma in sua assenza essa si accumula nello spazio intersinaptico danneggiando il funzionamento delle fibre nervose e inducendo la paralisi. Sulla base di queste sostanze tossiche degli inibitori irreversibili acetilcolinesterasi si basano gran parte di gas nervini e insetticidi.

Inibizione reversibile-Formano con l'enzima complessi reversibili: le interazioni sono legami deboli oppure legami forti, ma facilmente reversibili (legami idrogeno, interazioni dipolo-dipolo, interazioni idrofobiche, legami covalenti facilmente reversibili, legami ionici che possono essere facilmente reversibili per solvatazione in acqua).

Possono essere caratterizzati in tre classi:

• Inibizione competitiva

→ l'enzima può legare il substrato (complesso ES) oppure l'inibitore (complesso EI), ma non entrambi (ESI), infatti molti inibitori competitivi ricordano strutturalmente il substrato e si legano al sito attivo dell'enzima, impedendo così il legame del substrato. L'efficacia di un inibitore competitivo dipende dalla sua affinità per l'enzima. Da questo schema possiamo capire come la velocità di reazione dipenda dalla concentrazione del substrato e quella dell'inibitore: una concentrazione di substrato sufficientemente alta fa sì che venga rimossa l'inibizione competitiva per il sito attivo, una bassa concentrazione di substrato fa sì che un inibitore competitivo diminuisca la velocità di catalisi riducendo il numero di molecole enzimatiche accessibili al substrato. Il valore di KM nell'equazione enzimatica è alterato: l'effetto di questo tipo di inibitore fa aumentare il valore.

della "KM apparente" rispetto a quello della KMoriginale.

Es. HMGCoA reduttasi per la biosintesi del colesterolo -> farmaci in grado di ridurre l'attività di questo enzima e quindi la sintesi endogena del colesterolo chiamati "statine", che agiscono come inibitori competitivi dell'enzima HMGCoA, riducendone l'attività.

Es. Ibuprofene inibisce l'enzima cicloossigenasi arrestando la sintesi di prostaglandine e quindi regolando processi infiammatori, febbrili e dolorosi.

• Inibizione non competitiva → l'inibitore e il substrato si possono legare simultaneamente alla molecola enzimatica, ma in siti differenti (ESI). Un inibitore non competitivo agisce diminuendo il numero di turnover, ma non la proporzione delle molecole enzimatiche che possono legare il substrato. L'inibizione non competitiva, al contrario di quella competitiva, non può essere rimossa dall'aumento della concentrazione del substrato.

è il grafico dei doppi reciproci (Lineweaver-Burk) e si può applicare alle tre inibizioni.

Inibizione competitiva, dove l’intercetta sull’asse delle ordinate, è la stessa in presenza o in assenza dell’inibitore mentre la pendenza è diversa. L’aumento della pendenza della retta nel grafico dei doppi reciproci è proporzionale alla forza del legame dell’inibitore competitivo. Le rette si intersecano nelle ordinate e ascisse.

Inibizione non competitiva, dove l’intercetta sull’asse delle ascisse, è la stessa in presenza o in assenza dell’inibitore, mentre l’intercetta sull’asse delle ordinate cambia: il valore 1|Vmax cambia e tende ad abbassarsi in presenza di un inibitore. L’aumento della pendenza della retta nel grafico dei doppi reciproci è direttamente proporzionale alla forza del legame dell’inibitore non competitivo. Le rette si intersecano sull’asse delle ordinate.

ascisse.Inibizione incompetitiva, dove le rette che si ottengono3. in assenza o in presenza di un inibitore sono tra loro parallele, ma la presenza di questo inibitore va amano a mano amodificare il punto diintersezione 1|Vo e ancheil punto di intersezionesull’asse 1|[S]. Le rettenon si intersecano nésull’asse delle ascisse, nésu quello delle ordinate.

Un organismo deve essere in grado di regolare le attività catalitiche degli enzimi in modo da potercoordinare i numerosi processi metabolici e rispondere ai mutamenti dell’ambiente in cui si trova:

Regolazione allosterica-Le proprietà cinetiche di alcuni enzimi non possono essere spiegate dalmodello di Michaelis-Menten.Questo gruppo di enzimi è costituita da enzimi allosterici. Gli enzimi allostericihanno una struttura quaternaria e più siti attivi su catene polipeptidichedifferenti. Essi legano il substrato in modo cooperativo: il legame del substratoa un sito attivo modifica le

L'equilibrio tra la forma T e la forma R, cioè sono in grado di cambiare le proporzioni relative degli stati T e R di un enzima. Un effettore positivo (attivatore) si lega alla forma R e la stabilizza aumentando in questo modo la sua quantità e rendendo più facile l'interazione tra R e S; un effettore negativo (inibitore) si lega alla forma T e la stabilizza aumentando la quantità di forme T e diminuendo la probabilità di legame tra R e S. Grazie al fatto che possono essere controllati da inibitori o attivatori rendono possibile un controllo metabolico estremamente complesso.

L'andamento sigmoideo di un enzima allosterico: la curva blu è l'enzima in assenza di effettori, la rossa l'enzima in presenza di un effettore negativo e la verde rappresenta l'enzima in presenza di un fattore allosterico positivo con una maggiore affinità.

Un classico esempio di un enzima allosterico è l'aspartato

transcarbamilasi (ATCasi), che catalizza la condensazione dell'aspartato e il carbamilfosfato, primo step di una serie di reazioni che portano alla sintesi di citidina trifosfato (CTP) (sintesi delle pirimidine).

ATCasi ha una composizione in subunità di tipo CR, dove C ed R sono rispettivamente le subunità catalitiche e regolatrici; le subunità catalitiche sono organizzate in due trimeri (C3) e le subunità regolatrici modulano l'attività delle subunità catalitiche. La CTP è un effettore allosterico negativo: si lega in un sito regolatore diverso dal sito attivo della forma T stabilizzandola (rende più difficile la conversione allo stato R). In presenza di CTP la curva si sposta verso concentrazioni più elevate di substrato: è necessaria una maggiore concentrazione di aspartato affinché la reazione raggiunga una determinata velocità. ATP e CTP competono con lo stesso sito di legame e quindi il

loro rapporto