Lezione di Biochimica

REAZIONI A PING-PONG

(Nella pagina successiva c’è la rappresentazione grafica di questa reazione)

C’è un processo dove le reazioni che avvengono

sono dette a PING-PONG, dove in una reazione di

tipo ping-pong quello che succede è che l’enzima

reagisce con il substrato e nella sua reazione con il

substrato il complesso enzima-substrato si trasforma

in un complesso enzima-prodotto dove anche

l’enzima cambia parzialmente forma per cui viene

definito un enzima che da EA diventa FP, cioè una

forma diversa enzimatica; a questo punto viene

liberato P e l’enzima F potrà andare, nella sua nuova

configurazione, a reagire con il substrato B formando

un complesso FB che a poco a poco diventerà un

complesso EQ, cioè l’enzima che riprende le sue

caratteristiche primarie con associato il secondo

prodotto che uscirà dalla reazione e l’enzima tornerà

a essere quello che era all’inizio della reazione. Il

nome ping-pong deriva dal fatto che si definisce

FASE PING la liberazione del primo prodotto e FASE

PONG la liberazione del secondo prodotto; noi

incontreremo questo tipo di reazioni per quanto

riguarda le transaminasi, le transaminasi hanno il

ruolo di trasformare gli amminoacidi in chetoacidi

ma anche i chetoacidi in amminoacidi, quindi le

transaminasi sono quegli enzimi che ci servono per

trasformare tutti gli amminoacidi, sia L-amminoacidi

che D-amminoacidi, in quegli amminoacidi che a noi

servono per supportare le nostre cellule, quindi

quello che loro fanno nella prima reazione di PING è

che un amminoacido viene trasformato in

chetoacido, nella seconda fase un chetoacido viene

trasformato in amminoacido; noi ne parliamo in

maniera separata ma quello che succede

effettivamente è che nello stesso tempo si ha da una

lato una trasformazione da amminoacido a

chetoacido e da un altro da chetoacido a

amminoacido, per cui le due reazioni vanno in

parallelo. (Rappresentazione reazione ping-pong)

Se io prendo un enzima e lo faccio reagire con il suo

substrato e guardando l’andamento di come la

reazione catalizzata enzimaticamente avviene noto

che al variare dalla temperatura quello che vedo è

che per un certo tempo, fino a una certa

temperatura, la curva del grafico sale e dopo “di

botto”, a circa 44-45°C, inizia a scendere per poi

riprendere a crescere molto più lentamente

all’aumentare della temperatura; quello che succede

è che a 44-45°C gli enzimi, così come tutte le

proteine, iniziano a denaturarsi, la denaturazione è

un processo che si amplifica nel momento in cui si

attiva per cui si ha questa caduta repentina

dell’attività enzimatica e quindi produciamo

pochissimo prodotto ma ad un certo punto

ricomincia la produzione di prodotto perché essendo

una reazione chimica tra reagenti, una volta che si è

denaturato l’enzima la reazione chimica non si ferma

ma va avanti secondo le leggi della chimica e per le

leggi della chimica la capacità di trasformazione

dipende dal numero di urti che le molecole fanno tra

di loro e la capacità si urti che si possono generare è

in funzione della temperatura e quindi più alta è la

temperatura più probabile è che si abbia

un’interazione e quindi una reazione e quindi

vediamo nuovamente prodursi prodotto.

Per la temperatura c’è questo tipo di andamento ma

per il pH la situazione è diversa; noi potremmo

pensare che essendo il pH un elemento denaturante

potrebbe influenzare la capacità di un enzima di

lavorare, effettivamente è così ma a seconda del

tipo di enzima perché ci sono enzimi che lavorano in

condizioni di pH neutro, in maniera ottimale, e ci

sono enzimi che lavorano in condizioni di pH

altamente acido come la pepsina che è un enzima

che si trova nello stomaco digestivo e il suo picco

massimo di attività ce l’ha intorno a 2 e questo

significa che questo enzima per la sua

configurazione e la sua funzione il luogo dove si

trova è stato selezionato per avere un’alta efficienza

quando si ha il pH acido e questo significa che

strutturalmente questo enzima deve essere fatto in

maniera tale che i protoni che si trovano

nell’ambiente in cui si trova pure l’enzima, perché il

pH è prettamente acido, in qualche modo ne

influenzano la struttura positivamente o comunque

la capacità enzimatica e quindi questo enzima è

altamente efficace a pH acido; se io prendo la

tripsina il suo punto massimo di efficienza è pH 7.4

ed è il cosiddetto pH fisiologico che troviamo a livello

ematico e anche in molti tessuti, la tripsina se si

sposta di pH sia in direzione acida che in direzione

basica funziona poco quindi il suo picco ha la

neutralità ma per il resto non funziona molto bene;

la colinesterasi è un enzima che funziona da pH

neutro e poi per pH prettamente basici; l’enzima più

“strano” è la papaina che è un enzima che ha la

capacità di tagliare i ponti di solfuro, questo enzima

qualsiasi pH abbia è perfettamente efficace; se io

guardo l’andamento della papaina al variare del pH ,

la papaina lavora sempre al massimo perché è

sempre sul picco di attività, il fatto che rimanga sul

picco di attività da pH acidi a pH prettamente basici,

dal punto di vista strutturale questo indica che la sua

componente proteica è una componente che

ovviamente ci deve essere perché per poter svolgere

la sua funzione deve avere una parte proteica per

poter reagire con i suoi substrati e sicuramente è

ricca di carboidrati e di lipidi in maniera tale che sia

protetto dalla variazione eccessiva di pH e quindi la

sua componente proteica sia meno suscettibile

all’azione di ossidrili o protoni a secondo da quale

lato della scala di pH ci troviamo, in questo modo la

papaina riesce a essere sempre efficiente.

MISURE DELL’ATTIVITA’ ENZIMATICA

Ovviamente l’attività enzimatica viene misurata e

fondamentalmente si usano unità internazionali di

enzima dove come unità internazionale di enzima

viene indicata la quantità di un enzima che produce

una micro mole di prodotto in un minuto a 25°C,

praticamente 1 atmosfera di pressione e in

condizioni di non variabilità; l’unità di misura di

questa produzione di una micro mole di prodotto al

minuto a questa temperatura si chiama 1 katal;

questa misurazione noi la facciamo anche con

quantitativi molto piccoli infatti l’unità di misura che

effettivamente utilizziamo è un micro Katal dove una

micro mole di prodotto viene prodotta ogni minuto a

25°C da un enzima; il quantitativo di enzima

necessario per produrre questo quantitativo di

prodotto a secondo dell’efficienza dell’enzima sarà

più o meno elevato. La costante catalitica, o numero

di turnover di un enzima, è il numero di molecole di

substrato che vengono trasformate in prodotto in

un’unità di tempo ; effettivamente il numero di

turnover mi indica anche la vita media di un enzima

cioè quando effettivamente lui sarà funzionale nel

tempo.

INIBIZIONE ENZIMATICA

Quando noi studiamo gli enzimi studiamo anche i

processi di inibizione enzimatica perché gli enzimi in

qualche modo devono essere regolati perché se non

sono regolati c’è rischio che si fa danno. Gli inibitori

enzimatici li possiamo dividere in due parti: inibitori

reversibili e inibitori irreversibili.

Gli inibitori irreversibili sono molecole che in genere

si legano all’enzima o al complesso enzima-substrato

e una volta che si sono legati non si possono

staccare più per cui bloccano per sempre l’attività di

quell’enzima, ma la maggior parte degli inibitori non

sono irreversibili ma sono inibitori reversibili proprio

per poter modulare la funzionalità di questi enzimi.

Ci sono tre tipi di processi di inibizione:

-inibizione competitiva : (definizione di inibizione

Un inibitore

competitiva presa dalle slide:

competitivo riduce quindi la concentrazione di

enzima libero disponibile per legare il substrato)

l’inibitore è competitore del substrato, ovvero che

l’inibitore è molto simile al substrato su cui

generalmente lavora un determinato enzima ed

essendo così simile reagisce con l’enzima

bloccandone la funzione e quindi nell’inibizione

competitiva quello che succede è che l’inibitore

competendo con il substrato blocca l’attività

enzimatica; un esempio è la succinato deidrogenasi

che è un enzima che è implicato (?) nel ciclo di krebs

per una delle vie metaboliche per la produzione

dell’energia, questa succinato deidrogenasi in

genere ha come attività quella di trasformare il

succinato in fumarato, e questa è una tappa del ciclo

di krebs, ma c’è un elemento che si chiama

malonato che è inibitore della succinato

deidrogenasi; se guardiamo il succinato e il

malonato vediamo che sono molto simili con la

differenza però che nel succinato ci sono due gruppi

CH e nel malonato ce n’è solo uno ;la reazione che

2

fa la succinato ad idrogenarsi è quella di andare a

generare un doppio legame tra i due carboni, nel

fare questo la succinato deidrogenasi si lega

saldamente al suo substrato e modifica il legame

che avvien tra i due carboni formando così il

fumarato, nel momento in cui c’è l malonato, questo

riesce ugualmente a legarsi alla succinato

deidrogenasi, perché è molto simile, e non si ha

alcuna reazione. Come fa la succinato deidrogenasi a

capire se deve lavorare sul succinato o deve lavorare

sul malonato?

Nell’inibizione competitiva se vado a schematizzare

la reazione di cinetica enzimatica secondo Michaelis

e di Menten io avrò enzima più substrato con le sue

costanti di velocità, di formazione e di demolizione,

forma l’enzima substrato e poi formerà il prodotto

più enzima, nel momento in cui io metto l’inibitore la

scelta fra i due sarà solo esclusivamente in funzione

della concentrazione dei due elementi.

Se disegno la cinetica enzimatica del mio enzima in

assenza di inibitore o in presenza di inibitore, vedo

nelle curve che in presenza di inibitore le curve si

spostano più verso destra e questo significa che il

valore K , cioè la concentrazione del substrato alla