Enzimi e regolazione enzimatica

Il tutto è comandato dagli ormoni — > in base all’ormone in circolo esso comanda agli enzimi

dell’organismo di essere in forma defosforilata o fosforilata.

Questo è il meccanismo di regolazione che rende in sincrono tutte le cellule dell’organismo.

Es. se c’è in circolo un ormone tutti gli enzimi saranno in forma fosforilata e alcuni saranno in

forma attiva e altri in forma inattiva.

Due enzimi importanti sono insulina e glucagone:

- insulina —> defosforilazione

- glucagone —> enzimi master delle vie metaboliche in forma fosforilata

Questi due ormoni regolano i meccanismi di fosforilazione e defosforilazione degli enzimi master

che attivano o meno le vie metaboliche. Questi enzimi sono quelli posti all’inizio della via

metabolica, in modo che io possa inibire o meno la via metabolica.

Ci sono poi anche altri meccanismi come:

- acetilazione—> es. per gli istoni

- carbossilazione —> importante per formazione coaguli

Le modificazioni covalenti sono molto importanti per controllare molte attività metaboliche.

Gli enzimi posti nei punti chiave di regolazione saranno posti in regime di fosforilazione o

defosforilazione che sono regolati da glucagone o insulina.

Nella cellula c’è quindi una certa libertà di sintesi e controllo, però esiste il comando superiore che

comanda in modo forte e prevalente se gli enzimi devono essere fosforilati o defosforilati e quindi

essere attivi oppure no.

Enzimi allosterici

Sono enzimi complicati. La maggior parte degli enzimi allosterici sono quelli che stanno nei punti

chiave del metabolismo. Sono quindi enzimi complessi, sono formati da più subunità catalitiche, da

più subunità catalitiche. La legge di Michaelis-Menten va molto stretta a questi enzimi che sono

quindi molto complicati da studiare proprio perché sono formati di solito da più subunità —> più siti

catalitici e più siti di regolazione. è presente quindi il sito catalitico che però in molti casi gli enzimi

sono formati da più subunità quindi ci sono più siti catalitici e da dei siti di regolazione che sono

diversi e vengono a risentire della regolazione di diverse molecole.

Come sono fatti questi enzimi? Un enzima allosterico semplice è formato da un sito dove si lega il

substrato e da diversi siti di regolazione, questo perché il fattore allosterico può essere una

molecola che attiva l’enzima, ma può essere anche una molecola che inibisce l’enzima(se inibisce

l’enzima siamo all’interno dell’inibizione non competitiva, quindi l’inibizione non competitiva in

questo caso è una variante della regolazione allosterica).

I fattori allosterici —> sono molecole che sono presenti all’interno delle nostre cellule che

legandosi nei siti di regolazione di alcuni enzimi ne regolano l’attività enzimatica. Questo è un

controllo locale. La cellula modula l’attività dei suoi enzimi indipendentemente dalla concentrazione

dei fattori allosterici. A sua volta questi enzimi possono essere regolati per fosforilazione o

defosforilazione.

Di solito questi enzimi sono posti all’inizio della via meabolicat.

Possono essere dati anche da più subunità quindi con due siti catalitici per es. e più siti di

regolazione.

Esempio aspartato transcarbamilasi

Questo enzima è formato da sei subunità che contengono ognuna sei siti catalitici e poi ha anche

quattro subunità regolatrici che contengono anche in questo caso quattro punti di regolazione

allosterica.

Questo enzima è uno degli enzimi più studiati dal punto di vista allosterico.

Nel momento che nei siti di regolazione sono legati i fattori allosterici negativi, l’enzima non

funziona, si dice essere nella forma compatta o tesa —> i siti catalitici sono nascosti. Quando

l’enzima ha legato tutti i fattori negativi esso non lega il substrato.

Nel momento in cui all’enzima stacco le parti, esso sicuramente cambia conformazione, la capacità

di poter cambiare conformazione è una caratteristica molto importante negli enzimi allosterici.

Sicuramente tutti i fattori allosterici, sia positivi che negativi, portano delle piccole variazioni

conformazionali e le piccole variazioni conformazionali legate ai siti catalitici chiaramente ne

regolano la struttura e quindi la funzione dell’enzima.

Quindi quando sui siti di regolazione non sono più attaccati i miei fattori allosterici negativi

sicuramente abbiamo dei cambiamenti conformazionali —> si dice che l’enzima è in forma

rilassata e tutti i siti catalitici sono disponibili e il mio enzima inizia a funzionare.

# quindi gli enzimi allosterici cosa hanno di particolare?

La maggior parte degli enzimi allosterici sono formati da più subunità e hanno quindi più siti

catalitici e nella loro struttura hanno dei siti di regolazione, ovvero zone dell’enzima in cui si può

legare con un legame debole delle molecole o prodotti metabolici che, legandosi, cambiano la

conformazione dell’enzima rendendolo più o meno attivo.

Per es. in questo caso se all’enzima si legano dei fattori allosterici negativi l’enzima si dice si forma

la forma tesa, i siti catalitici sono nascosti e l’enzima non è funzionante. Se al mio enzima si

attaccano dei fattori allosterici negativi e si attaccano per esempio i fattori allosterici postivi (i siti

sono diversi, sullo stesso sito non si lega sia inibitore che effettore positivo) l’enzima diventa attivo,

funzionante.

Quali sono gli effettori che possono cambiare l’attività dell’enzima?

Gli effettori possono dare effetti di due tipi:

- omotropici —> lo stesso sub stimola il legame ad altri. Immaginiamo un enzima con due

subunità con due siti catalitici, nel momento in cui un sito catalitico si lega a un substrato questo

porta un cambiamento conformazionale che rende l’altro sito più sensibile al substrato. Questo

avviene perché al momento in cui si legano queste molecole portano sempre a dei cambiamenti

conformazionali

- eterotropici —> sono i maggiori effettori allosterici, sono molecole diverse dal substrato che si

formano all’interno delle cellule, sono dei metaboliti.

# i siti di regolazione possono essere siti di regolazione negativi o siti di regolazione positivi.

I fattori eterotropici sono quindi fattori diversi dal subsrato che legandosi al sito di regolazione

attiva o inibisce il mio enzima, oppure la stessa regolazione può essere data dal substrato che

legandosi al sito catalitico sicuramente porta delle piccole conformazioni configurazionali che

facilitano il legame della seconda molecola di substrato al secondo sito catalitico, al terzo, al quarto

ecc…

Questi enzimi sono molto studiati, mentre la regolazione allosterica eterotropa è stata abbastanza

capita e studiata —> una molecola si lega ad un altro sito e porta sicuramente ad un cambiamento

conformazionale nel sito catalitico che ne aumenta per esempio l’affinità; oppure si lega un

effettore eterotropico al sito di regolazione, cambia la conformazione del sito catalitico e il mio

enzima funziona meno.

Quella omotropica invece ha dato origine a molte teorie di cui non si sa quale sia quella giusta:

- modello sequenziale

- concertato

Modello concertato

Secondo il modello concertato il mio enzima si riesce a trovare nelle due forme, ovvero nella

forma che è incapace di legare il substrato e nella forma in cui è capace di legare il substrato. Nel

momento in cui si lega la prima molecola di substrato questa facilita la reazione delle altre

molecole del substrato. Quindi secondo questo modello in cui alcuni enzimi sembrano funzionare

con questo meccanismo, l’enzima esiste in entrambe le forme, nella forma tesa e nella forma

rilassata. La forma tesa non lega il substrato, la forma rilassata lega il substrato, però la

probabilità che si lega il substrato anche nella forma rilassata non è molto elevata. Nel momento in

cui una molecola di substrato riesce a legarsi, il legame facilita il legame delle altre subunità

catalitiche.

Quindi secondo questa teoria nella cellula ci sono entrambe le forme, la forma che non lega il

substrato e la forma che lega il substrato. Esiste sia la forma gialla che quella azzurra, però la

forma azzurra ha una bassa propensione a legare il substrato anche se esiste. Cosa succede

però? Nel momento in cui si lega il substrato il secondo sito diventa più affine e così via —> tutto

l’equilibrio si sposta verso la forma fortemente attiva dell’enzima. è quindi lo stesso substrato che

legandosi al primo sito catalitico che facilita la reazione di tutti gli altri siti catalitici.

# secondo questo modello le due forme esistono già nella cellula.

Modello sequenziale

Esiste solo la forma tesa, la forma rigida, che non lega e, mano a mano che il substrato si lega lo

trasforma nella forma rilassata e funzionante.

Quindi secondo questa teoria non esiste la forma che è già capace di legare il substrato —> è nel

momento in cui si lega il primo substrato che poco a poco si trasforma nella forma rilassata, nella

forma che lega il substrato.

Di solito il fattore omotropico è sempre positivo invece in quelle eterotropico può essere il fattore

sia positivo che negativo.

Le curve enzimatiche sono molto complicate. La curva ha la forma di s italica, il valore di km è il

punto di flesso, significa che l’enzima ha velocità bassa quando la concentrazione del substrato è

bassa. Aumentando la concentrazione del substrato la velocità aumenta molto velocemente.

Se ci mettiamo un effettore allosterico positivo la curva diventa sempre più in piedi perché la km

diminuisce e quindi l’affinità aumenta. Quindi se all’enzima allosterico metto un enzima allosterico

positivo la curva ad s italica si trasforma in una iperbole a poco a poco, dove la km viene a

diminuire, l’affinità dell’enzima aumenta. Se metto invece l’effettore allosterico negativo, la km

aumenta, l’affinità diminuisce —> la curva i abbassa sull’asse delle x.

Negli enzimi allosterici quindi la curva ha forma di s italica.

Negli enzimi allosterici quindi mano a mano che io metto i fattori posso aumentare o diminuire la

km, quindi aumentando o diminuendo l’affinità e quindi anche la velocità di reazione.

Gli enzimi chiave non possono avere una sola modalità di regolazione, perché sarebbe troppo

pericoloso —> se un enzima master ha un solo meccanismo di regolazione basterebbe che per

qualsiasi motivo es. una piccola mutazione l’enzima non può pi&ugra