Enzimi e regolazione della catalisi

Ogni enzima ha un alta specificità e selettività per il substrato e la

reazione da catalizzare, riconosce un preciso substrato. Il sito attivo

è la regione specifica che interagisce col substrato, è

complementare al substrato in termini di seq aa e di struttura 3d o

ingombro sterico. Si creano specifiche interaz deb. Per migliorare la

selettività e la specifcità bisogna aumentare la dimensione del sito

att.

I reagenti sono attratti dall enzima per affinità, quando si legano

all enzima nel sito attivo l enzima cambia leggermente

conformazione per adattarsi ai reagenti e questo meccanismo si

chiama adattamento indotto, poi avviene la reazione che trasforma

reagenti in prodotti, i prodotti non sono +affini all enzima qunidi

vengono rilasciati, e il ciclo ricomincia con altre molecole di reagente.

Al termine della reazione, nonostante sia dinamico e sia cambiato

leggermente durante la reazione, l enzima torna all esatta forma

iniziale.

L enzima mostra una cinetica di saturazione o curva di saturazione

che è una curva iperbolica, in cui plotto la velocità di reazione vs la

[] di substrato, rispetto a una data [] di enzimi. Simile a quella del

trasporto mediato e ha stesso significato. Quando la [] del substrato

è bassa, la vr aumenta in modo direttamente proporzionale alla

[] di substrato ovvero si è in una zona pressochè lineare. All

aumentare della [] di substrato, gli enzimi vengono

progressivamente occupati e notiamo un progressivo appiattimento

della curva che tende asintoticamente a una vmax, ad alte [] qunidi

ci si avvicina alla saturazione degli enzimi ovvero a un certo punto si

ha che la [] di substrato raggiunge quella degli enzimi. Da qui in poi ho

un

eccesso di substrato rispetto agli enzimi, la v rimane costante e dipende

dal numero di enzimi presenti e dal numero di turnover intrinseco dell

enzima.

In realtà, in condiz fisiologiche, non raggiungo mai la saturazione,

ovvero rimane sempre qualche enzima libero, però mi trovo ad alte [].

Primo step della catalisi:

substrate binding o legame enzima-substrato per creare il

complesso ES. Questo è lento e reversibile perché è caratterizzato da

un meccanismo a ping pong, infatti se l interazione tra S e E non è

quella corretta dal pov geometrico allora il complesso ES non si forma o

si disgrega. Quando l interazione è corretta parte il secondo step. Il

secondo step è quello catalitico ed è veloce e irreversibile, ovvero

avviene la trasformazione del S in prodotto P e il rilascio di P dall E.

Tutti gli enzimi sono caratterizzati da un numero di turnover =

numero max di reazioni catalizzate al secondo, che è una misura

della loro velocità di catalisi, e dall efficienza che quantifica sia l

affinità per il substrato che la capacità catalitica e dipende dalla

frequenza delle interazioni ES corrette.

Gli enzimi cataliticamente o cineticamente perfetti sono enzimi

ideali in grado di formare i prodotti a qualsiasi collisione E S.

Se consideriamo i parametri cinetici. Gli enzimi aumentano la

velocità di reaz. Infatti vanno ad abbassare l energia di attivazione

Ea che servirebbe ai reagenti per raggiungere uno stato di transizione

TS da cui poi possono decadere in prodotti e

qunidi predispone i reagenti alla trasformazione. I parametri

termodinamici sono riferiti al deltaG ovvero a endoerg e esoerg. L

enzima non può rendere una reaz endoerg esoerg, non può

cambiare i parametri termodinamici ma solo cinetici. Punto iniziale

e finale nell energia di reagenti e prodotti sono gli stessi.

La catalisi enzimatica può essere regolata, in particolare può essere

favorita o up-regolata opp sfavorita o down-regolata.

Esiste un controllo della quantità di enzima prodotto, che diepnde

dal rapporto tra velocità di sintesi e di degradazione dell enzima, che

avviene grazie a una regolazione genica: induzione e inibizione

enzimatica. Questo è un meccanismo a lungo termine e che di solito

proprio perché +lungo non viene osservato in condiz fisiologiche

bensì patologiche.

Esiste poi un controllo dell attività dell enzima, che può avvenire

grazie ad attivatori o inibitori, modulatori allosterici o modifiche

covalenti. Sono tutti meccanismi a breve termine molto sfruttati

dalle cell.

Gli inibitori sono molecole che si legano all E e abbassano la sua

attività. L inibizione può essere irreversibile, con inibitori esogeni ad

es i farmaci, che sfruttano dei leg cov con gli E. Oppure reversibile

come avviene fisiologicamente attraverso leg non cov, è il caso degli

inibitori competitive/uncompetitive/non-competitive.

L inib competitivo riconosce l E libero e può legarsi al suo sito

attivo oppure legarsi a un suo sito allosterico in modo da chiudere

il sito attivo a causa del suo ingombro sterico, in ogni caso il

complesso EI impedisce il leg con il substrato, cioè c è

competizione tra s e i per legarsi a E, se si lega l i non si può più legare

il s. Quindi bloccano il primo step della catalisi.

Gli inib uncompetitive

riconoscono il

complesso ES, si

legano ad esso

formando il

maxicomplesso ESI,

distorcono il sito

attivo dell E e non permettono la formazione dei P. Quindi

impediscono il secondo step della catalisi. In questo caso l i non

somiglia al s e lavora meglio ad alte [s].

Gli inib non-competitive riconoscono sia E che ES. Si possono legare

quindi a un sito allosterico di E e indurre una distorsione del sito

attivo, opp possono legarsi al sito attivo al S e anche qui fare una

distorsione che impedisce al s di legarsi all e oppure di trasformarsi in p.

Modulazione allosterica. Un modulatore allosterico, che può essere

un substrato reagente o il prodotto, riesce a legare il sito allosterico,

è un sito lontano dal sito attivo, cambia l equilibrio tra le

conformaz R e T. Quindi è presente solo negli enzimi con stutt quat.

Se favorisce la conf R o relaxed o ad alta affinità o ad alta attività

allora è un attivatore allosterico, se favorisce la T o tight o a bassa

affinità o a bassa attività allora è un inib all. Il sito allosterico si

trova sulla subunità regolatoria, il sito attivo sulla subunità

catalitica.

La modulazione covalente è quella in cui l agginuta di un gruppo

chimico all enzima mediante leg cov gli fa cambiare forma. Ci

sono tre tipi di modulazione a seconda del gruppo chimico:

glicosilazione per aggiunta di uno zucchero, metilazione per aggiunta

di un metile -CH3, fosforilazione per aginuta di un gruppo fosfato P.

Fosforilazione. Le chinasi agginugono il P utilizzando ATP come

coenzima e attivano l enzima, le fosfatasi tolgono il P e

inattivano l enzima. Per questa attivazione ci vuole +tempo di prima

ma comunque breve.

La glicogeno fosforilasi è l enzima che catalizza la glicogenolisi,

ovvero il rilascio di glucosio a partire dal glicogeno. La glicogeno

fosforilasi aggiunge un gruppo fosfato a un terminale del

glicogeno dove si trova un glucosio legato con leg alpha-1,4-

glicosidico e rilascia un glucosio-1-P.

Possiamo avere + di una forma di regolazione su un enzima. Infatti la

glicogeno fosforilasi è sia regolata da fosforilazione che da

modulatori allosterici.