Cinetica e regolazione enzimatica

per arrivare al prodotto finale. Gli enzimi sono suddivisi in 6 classi, in base al tipo di reazioni catalizzate.

• Ossidoreduttasi catalizzano reazioni di ossidoriduzione (con aggiunta o rimozione di idrogeno, ossigeno ed elettroni)
• Transferasi catalizzano reazioni di trasferimento di un gruppo funzionale da un reagente a un altro.
• Idrolasi catalizzano reazioni di idrolisi
• Liasi catalizzano reazioni di addizione o rimozione
• Isomerasi catalizzano reazioni di isomerizzazione, nelle quali una molecola si trasforma in un suo isomero
• Ligasi catalizzano reazioni in cui si forma un legame covalente

Cinetica enzimatica

La velocità di una reazione enzimatica dipende da molti fattori, quali ad esempio la temperatura, il pH, la concentrazione dell’enzima, la concentrazione della molecola con cui interagisce ecc.

Il modello di Michaelis-Menten spiega il meccanismo di azione di molti enzimi. Esso prevede che:

• l’enzima si lega al substrato formando il complesso enzima-substrato ES
• il complesso enzima substrato si separa per riformare l’enzima e il substrato liberi
• in alternativa si verifica la trasformazione del substrato in prodotto, che, a questo punto si sgancia dall’enzima, quest’ultimo rimane inalterato ed è nuovamente disponibile.

E + S ⇄ ES ➔ E + P

A parità di concentrazione di enzima, la velocità iniziale varia al variare della concentrazione di substrato e Michaelis e Menten elaborarono un’equazione che dimostra l’andamento della velocità di una reazione in funzione della concentrazione del substrato. A basse concentrazioni di S, la velocità dipende da S; ad alte concentrazioni di S, la velocità dipende dalla quantità di enzima; a concentrazioni intermedie, entrambi i parametri influenzano la velocità.

v₀ = ^v_max[S] / _{Km + [S]}

L’andamento della velocità iniziale in funzione della concentrazione è suddiviso in 3 fasi e può essere rappresentato in un grafico.

• Prima fase: a basse concentrazioni di substrato, il substrato è molto piccolo rispetto a K_m, perciò può essere trascurabile e risulta che la velocità è direttamente proporzionale alla concentrazione di substrato. v₀ = ^v_max / _Km[S]
• Seconda fase: la concentrazione del substrato ha un valore intermedio. La velocità è influenzata sia dalla concentrazione del substrato (ma non è più presente una proporzionalità diretta) sia dall’enzima.
• Terza fase: ad alte concentrazioni di substrato, il substrato è molto grande rispetto a K_m, pertanto può essere trascurato. Questa condizione è detta saturazione: la variazione di substrato non ha alcun effetto sulla velocità, che può essere aumentata soltanto aumentando la concentrazione di enzima. v₀ = v_max

I coenzimi

Molti enzimi sono costituiti da una parte proteica, detta apoenzima e da una parte non proteica, che può essere formata da ioni metallici o da molecole organiche complesse, dette coenzimi. L’insieme della parte proteica e non proteica di grandi enzimi è detto oloenzima. I coenzimi sono importanti coenzima in quanto aiutano l’enzima a svolgere la funzione di catalizzatore, in quanto prendono parte alla reazione attiva, allo stesso modo degli sustrati e si alterano nella reazione. I coenzimi si legano al substrato e lo attivano in una capacità di legare il substrato all’enzima. Gli enzimi possono legarsi in modo specifico: sia nella cavità dell’enzima (specificità di legame) o un gruppo di molecole specifiche (specificità di gruppo). Organizzandosi in funzione del catalizzatore, l’enzima si deve legare ad una molecola di substrato e formare il complesso enzima-substrato, che poi può dissociarsi un substrato rilasciando un prodotto generato quando la reazione è avvenuta. Il substrato si lega in una regione definita dell’enzima, denominata sito attivo, che ha una forma complementare a quella della molecola del substrato.

per arrivare al prodotto finale. Gli enzimi sono suddivisi in 6 classi, in base al tipo di reazioni catalizzate.

• Ossidoreduttasi catalizzano reazioni di ossidoriduzione (con aggiunta o rimozione di idrogeno, ossigeno ed elettroni)
• Transferasi catalizzano reazioni di trasferimento di un gruppo funzionale da un reagente a un altro.
• Idrolasi catalizzano reazioni di idrolisi
• Liasi catalizzano reazioni di addizione o rimozione
• Isomerasi catalizzano reazioni di isomerizzazione, nelle quali una molecola si trasforma in un suo isomero
• Ligasi catalizzano reazioni in cui si forma un legame covalente

Cinetica enzimatica

La velocità di una reazione enzimatica dipende da molti fattori, quali ad esempio la temperatura, il pH, la concentrazione dell’enzima, la concentrazione della molecola con cui interagisce ecc.

Il modello di Michaelis-Menten spiega il meccanismo di azione di molti enzimi. Esso prevede che:

• l’enzima si lega al substrato formando il complesso enzima-substrato ES
• il complesso enzima substrato si separa per riformare l’enzima e il substrato liberi
• in alternativa si verifica la trasformazione del substrato in prodotto, che, a questo punto si sgancia dall’enzima, quest’ultimo rimane inalterato ed è nuovamente disponibile.

E + S ES -> E + P

A parità di concentrazione di enzima, la velocità iniziale varia al variare della concentrazione di substrato e Michaelis e Menten elaborarono un’equazione che dimostra l’andamento della velocità di una reazione in funzione della concentrazione di substrato. A basse concentrazioni di S, la velocità dipende da S; ad alte concentrazioni di S, la velocità dipende dalla quantità di enzima; a concentrazioni intermedie, entrambi i parametri influenzano la velocità.

v₀ = ^v_max[S]/_{Km + [S]}

L’andamento della velocità iniziale in funzione della concentrazione è suddiviso in 3 fasi e può essere rappresentato in un grafico.

• Prima fase: a basse concentrazioni di substrato, il substrato è molto piccolo rispetto a K_m, perciò può essere trascurabile e risulta che la velocità è direttamente proporzionale alla concentrazione di substrato. v₀ = ^v_max[S]/_Km
• Seconda fase: la concentrazione del substrato ha un valore intermedio. La velocità è influenzata sia dalla concentrazione del substrato (ma non è più presente una proporzionalità diretta) sia dall’enzima.
• Terza fase: ad alte concentrazioni di substrato, il substrato è molto grande rispetto a K_m, pertanto può essere trascurato. Questa condizione è detta saturazione: la variazione di substrato non ha alcun effetto sulla velocità, che può essere aumentata soltanto aumentando la concentrazione di enzima. v₀ = v_max

I coenzimi

Molti enzimi sono costituiti da una parte proteica, detta apoenzima e da una parte non proteica, che può essere formata da ioni metallici o da molecole organiche complesse, dette coenzimi. L’insieme della parte proteica e non proteica di un enzima è definito oloenzima. I coenzimi sono importanti perché aiutano l’enzima a svolgere la funzione di catalizzatore, in quanto legano al substrato e, se attivo, alla capacità di legare il substrato e di far avvenire la reazione.

Alcuni enzimi legano stabilmente il coenzima, altri invece legano temporaneamente il substrato (enzimi liberi e coenzimi legati) e una parte in cui si lega. Inoltre un enzima può legare un substrato (specificità di legame) o un gruppo di molecole (specificità di gruppo).

Quando sono privi del catalizzatore, l’enzima si deve legare ad una molecola di substrato e formare il complesso enzimatico per consentire che avvenga la reazione in modo che esse vengono spaccati facilitano quando la reazione avviene. Il substrato si lega in una regione specifica dell’enzima, denominata sito attivo, che, una ha forma in modo per impedire che la reazione successivamente saturazione.