Biochimica BSA: Biochimica dei Sistemi e degli Apparati

Regolazione farmacologica delle chinasi

Le chinasi, dal punto di vista fisiologico e fisiopatologico, controllano processi importanti. Molti farmaci servono proprio per bloccare specifiche chinasi, favorendo un determinato decorso della patologia o migliorando la funzionalità di un organo.

L'ossidrile alcolico dell'enzima bersaglio è il sito in cui la chinasi va ad aggiungere il gruppo fosfato. Gli amminoacidi che presentano nella catena laterale un ossidrile alcolico (-OH) sono:

• Serina
• Treonina
• Tirosina

Dopo aver riconosciuto l'enzima bersaglio, viene trasferito il fosfato al residuo e l'enzima viene così modificato (attivato o disattivato). Questo processo è reversibile, è presente un'altra classe di enzimi "modificanti", le proteine fosfatasi (appartengono alla classe delle idrolasi), le quali idrolizzano il legame fosfoestere attraverso l'introduzione di un gruppo fosfato.

Una molecola di H₂O, favorendo così la successiva uscita di un gruppo fosfato. Il processo di fosforilazione/defosforilazione è un ciclo, un circuito chiuso, l'enzima è reversibilmente modificato, può oscillare dalla forma fosforilata a quella defosforilata a seconda che ci sia maggior attività chinasica o maggior attività fosfatasica. Se la cellula ha bisogno dell'enzima attivo, attiva la chinasi e lo fosforila; se invece la cellula deve renderlo inattivo, attiverà la fosfatasi la quale toglierà il gruppo fosfato dell'enzima attivo e lo "spegnerà". *discorso riferito all'immagine, se si prendesse in considerazione un altro enzima il meccanismo potrebbe avvenire al contrario: fosforilazione= disattivazione e defosforilazione=attivazione* Le chinasi possono essere distinte in due categorie a seconda della specificità di riconoscimento dei residui: 1) Chinasi

Serina-Treonina dipendenti

1. Chinasi Tirosina dipendenti

Ciò non significa che la chinasi riconosca tutte le serine, le treonine e le tirosine, infatti la condizione necessaria per essere riconosciuti è il fatto che questi residui devono essere posti in una sequenza specifica; dunque non tutte le serine, le treonine e le tirosine dell'enzima bersaglio vengono fosforilate, solo quelle riconosciute.

Controllo delle vie metaboliche

Le chinasi A, B e C sono tutte Serina-Treonina dipendenti [ST] quindi sono in grado di fosforilare una Serina o una Treonina (posto che questi residui si trovino nella sequenza descritta nell'immagine).

Questa sequenza è denominata "sequenza consenso" ed è costituita da:

• un amminoacido qualunque (X)
• un'arginina (R)
• un'arginina o un lisina [RK]
• un qualunque amminoacido (X)
• una serina o una treonina [ST]
• un amminoacido idrofobico [B] (ad esempio valina, alanina, isoleucina, metionina)

Questa particolare

sequenza è necessaria per la fosforilazione di un'enzima da parte della proteina chinasi A. Ovviamente le varie proteine chinasi (A,B,C) hanno diverse sequenze consenso edunque hanno una diversa capacità di fosforilare i vari enzimi target. Esempio: - Nella glicogenolisi, la glicogeno fosforilasi viene inattivata per defosforilazione e attivata per fosforilazione. - Nella glicogenosintesi invece la glicogeno sintasi viene attivata per defosforilazione e inattivata per fosforilazione. Glicogeno sintasi: - Tutti gli enzimi segna passo devono avere almeno due subunità. - Esiste in forma dimerica. - Considerando una sola catena dell'enzima si può notare che all'interno della sequenza di amminoacidi sono presenti vari siti di fosforilazione dalle chinasi Proteinachinasi A e Glicogeno sintasi chinasi. 3.6 controllo delle vie metaboliche: - Una proteina può essere bersaglio di varie chinasi, in questo caso sia la Proteinachinasi A sia...Glicogeno sintasi chinasi 3 sono enzimi che servono a "spegnere" la Glicogeno sintasi, andando a inattivare la sintesi del glicogeno. Per poter disattivare completamente l'attività di questo enzima c'è bisogno dell'azione combinata della protein chinasi A (PKA) e della glicogeno sintasi chinasi 3 (GSK3). L'azione combinata dei due enzimi è in grado di fosforilare tutti i siti fosforilabili di questo enzima e così facendo l'enzima viene spento e la via di sintesi del glicogeno può essere prontamente interrotta. La cellula ha bisogno di un sistema di segnalazione per poter controllare l'attività congiunta della chinasi e della fosfatasi -> per poter coordinare le due attività di fosforilazione/defosforilazione. Per analizzare questo aspetto funzionale di coordinazione della cellula vengono utilizzati i diagrammi biochimici: ovvero dei circuiti che mostrano come gli enzimi interagiscono tra di loro in

modo funzionale. Questo tipo di modificazione covalente è definibile anche come "Segnaletica confosforilazione". Esiste un ulteriore meccanismo di attivazione/spegnimento reversibile: "Segnaletica GTP-Binding". In questo caso un ruolo centrale è occupato dalle proteine G che sono di due tipi - proteine G eterotrimeriche e - proteine G monomeriche. Quando queste proteine G legano la forma difosfato (GDP) sono "spente", quando invece legano la forma trifosfato (GTP) sono "attive". Anche in questo caso il processo è attivazione-spegnimento, l'accensione è lo scambio GDP con GTP mediato dal recettore trasnmembrana a sette eliche (attivato), lo spegnimento invece avviene ad opera dell'azione idrolitica della proteina G che è una specie di temporizzatore dell'attività stessa della molecola. In questi processi di scambio ci sono due famiglie di proteine che vengono indicate GAP (Gtase activeting

Le proteine G sono una famiglia di proteine coinvolte nella trasduzione del segnale cellulare. Esse agiscono come interruttori molecolari, trasmettendo il segnale da un recettore di membrana a una cascata di eventi intracellulari.

Le proteine G sono costituite da tre subunità: alfa, beta e gamma. La subunità alfa è quella che svolge l'attività catalitica, mentre le subunità beta e gamma sono coinvolte nella stabilizzazione della struttura e nella localizzazione delle proteine G nella membrana cellulare.

Le proteine G possono essere attivate o disattivate da altre proteine. Le proteine GAP (GTPase-activating protein) inattivano l'attività GTPasica della proteina G, mentre le proteine GEF (guanine nucleotide exchange factor) attivano la proteina G legandola nella sua forma inattiva e favorendo lo scambio del GDP con il GTP.

Il controllo delle vie metaboliche può avvenire attraverso modificazioni covalenti reversibili o irreversibili.

Le modificazioni covalenti reversibili prevedono l'aggiunta o la rimozione di gruppi chimici all'enzima di controllo. Queste modificazioni possono alterare l'attività catalitica dell'enzima o la sua affinità per il substrato.

Le modificazioni covalenti irreversibili prevedono la rottura idrolitica di un legame peptidico all'interno dell'enzima di controllo. Questa attività è irreversibile perché una volta scisso il legame peptidico, la cellula non ha modo di risintetizzarlo. Un esempio di questo tipo di modificazione si può riscontrare nella cascata di attivazione degli zimogeni, delle forme inattivate di enzimi proteolitici o digestivi.

coagulazione sanguigna.! Dato che in questo tipo di regolazione intervengono enzimi che devono riconoscere altri enzimi e mediare una reazione chimica è necessario un tempo maggiore rispetto alla regolazione allosterica che va dai secondi ai minuti.

1. Controllo per modificazione covalente irreversibile: attivazione zimogeni

Il pancreas esocrino è in grado di produrre zimogeni proteolitici necessari per la digestione di proteine e lipidi:

• Chimotripsinogeno (zimogeno della chimotripsina)
• Tripsinogeno (zimogeno della tripsina)
• Proelastasi (zimogeno della elastasi)

Il pancreas è una ghiandola importante sia dal punto di vista esocrino che dal punto di vista endocrino. È responsabile della sintesi degli enzimi necessari per completare la digestione delle proteine e iniziare la digestione dei grassi.

Questi enzimi digestivi vengono prodotti in una forma inattiva, in quanto se fossero attivati nella ghiandola o nel passaggio dalla ghiandola all'intestino ci

sarebbe un dannobiochimico enorme per la cellula perchè questi enzimi potrebbero digerire le proteinedella cellula e i tessuti che la contengono.❗ La disfunzione di questi meccanismi (attivazione prematura di zimogeni pancreatici) è considerata una malattia gravissima: la pancreatite acuta.Il tripsinogeno può essere attivato dopo aver raggiunto ilduodeno. Le cellule della mucosa intestinale presenti nelduodeno, infatti, sono in grado di produrre e riversare alsuo interno un altro enzima, l'enteropeptidasi o8 controllo delle vie metabolichetripsina( una idrolasi), il quale controlla l'attivazione degli zimogeni pancreatici.Meccanismo d'azione: l'enzima riconosce il legame peptidico tra la Lisina 15 e laIsoleucina 16 del Tripsinogeno e lo attiva effettuando un taglio proteolitico dellegame.Questo è un esempio di controllo covalente irreversibile in quanto il legame chimicoviene scisso ad opera di una idrolasi (ENTEROPEPTIDASI o tripsina),mediantel'impiego di una molecola d'acqua. L'esapeptide costituito da Lisina più 4 Aspartati e una Valina si stacca dal Tripsinogeno e questa semplice rimozione dell'estremità N terminale del Tripsinogeno modifica la conformazione della proteina che a questo punto diventa Tripsina ovvero la forma attiva dell'enzima. Per attivare l'enzima è necessario modificarlo chimicamente attraverso la rottura di un legame peptidico. Una volta attivata la tripsina agisce sugli altri zimogeni (lo stesso Tripsinogeno, la Chimotripsina e la Proelastasi) attivandoli. Da notare che la Tripsina catalizza la propria sintesi: un prodotto del processo (la Tripsina) autoalimenta il processo stesso in quanto la Tripsina che si è prodotta va a attivare altre molecole di Tripsinogeno in un meccanismo che è a feedback positivo, anche definito circuito autocatalitico.quo, formando una cascata di reazioni che porta alla formazione del coagulo. Questa cascata è controllata da modificazioni covalenti irreversibili che avvengono sui fattori della coagulazione. Esempi di fattori della coagulazione sono la protrombina, il fattore XI e il fattore XIII. Questi fattori vengono attivati uno dopo l'altro, formando una cascata di reazioni che porta alla formazione del coagulo. Un altro esempio di controllo per modificazione covalente irreversibile è la via metabolica che inibisce l'attività dell'enzima segna passo. In questo caso, la via metabolica viene inibita attraverso modificazioni covalenti irreversibili sull'enzima segna passo. Nel sistema digestivo, il processo di attivazione degli enzimi avviene attraverso la formazione di zimogeni. Un zimogeno è una forma inattiva di un enzima che viene attivata tramite una modifica covalente irreversibile. Esempi di zimogeni pancreatici sono il chymotripsinogeno, il tripsinogeno, la proelastasi e la procarbossipeptidasi. Questi zimogeni vengono attivati tramite modificazioni covalenti irreversibili, trasformandosi in proteine attive. Nello stomaco, l'enzima pepsinogeno viene attivato tramite una modifica covalente irreversibile, trasformandosi in pepsina. In conclusione, il controllo per modificazione covalente irreversibile è un meccanismo importante per regolare l'attività degli enzimi e delle vie metaboliche. Questo tipo di controllo avviene attraverso modificazioni chimiche che rendono l'enzima o la via metabolica attivi o inattivi.