Enzimologia - catalisi enzimatica

Lezione sulla catalisi enzimatica

Meccanismo catalitico delle proteasi a serina

Cominciamo a parlare del meccanismo catalitico delle proteasi a serina, in particolare del meccanismo con cui una generica proteasi a serina come la chimotripsina catalizza l’idrolisi di un peptide. Caratteristica del sito attivo sarà, sicuramente, la tasca idrofobica; dove, come sappiamo, il substrato in quanto attivo si andrà ad organizzare, a sistemare, chiaramente la porzione idrofobica del peptide. Quindi l’amminoacido che viene riconosciuto specificatamente dalla chimotripsina si andrà ad inserire nella tasca di legame che è quella deputata al riconoscimento.

Inserimento del substrato

Che cosa accade nel momento in cui il substrato si può inserire? Prima tappa: ci troviamo all’interno del sito attivo della chimotripsina; come vediamo, il substrato ha due colorazioni diverse proprio a mettere in evidenza il punto di idrolisi, di scissione per dare origine alla reazione. La reazione, come sappiamo, procede attraverso l’attacco nucleofilico da parte dell’ossidrile della serina in cui, come vediamo, il protone non è staccato, ma è in rosso, cioè sicuramente questo atomo di ossigeno ha delle caratteristiche differenti rispetto alle caratteristiche che avrebbe un generico gruppo ossidrilico, questo perché, come sappiamo, c’è l’istidina che esercita questa trazione nei confronti del protone. Classico attacco nucleofilico da parte di questo ossigeno sul carbonile di questo legame peptidico.

Formazione dell'intermedio

Che cosa succede? Si ottiene un intermedio, quindi parliamo di una molecola ben definita, a vita breve; in particolare vediamo un atomo di carbonio tetraedrico che si è venuto a formare per il legame con l’enzima, attraverso la serina; e vediamo come questi elettroni, che sono proprio quelli coinvolti nel legame che verrà ad essere idrolizzato, di fatto vengono utilizzati per strappare questi protoni all’istidina, in modo tale che di fatto verrà ad essere idrolizzato il peptide. Il primo prodotto di fatto è quello che vediamo segnato come prodotto1, che potrà lasciare il sito attivo dell’enzima; di fatto la reazione avviene subito, l’idrolisi è avvenuta; di fatto, il ciclo non è completo perché, come ben sappiamo, l’enzima deve ritornare nelle condizioni iniziali, quindi, vi è il sito attivo libero, pronto per accomodare un nuovo peptide.

Intermedio dell'acil-enzima

Quindi continuiamo e veniamo al punto 3: abbiamo visto come il sito attivo dell’enzima è stato in parte, metà liberato perché il primo prodotto ha lasciato l’enzima e, di fatto, la reazione continua, in che modo? Questo prende il nome di intermedio dell’acil-enzima, di cui abbiamo già sentito parlare; perché se ricordiamo bene era una di quelle strutture studiate attraverso la cristallografia, che si era riusciti ad ipotizzare attraverso cristallografia.

Intervento della molecola d'acqua

Nella seconda parte interviene una molecola di acqua, che di fatto può prender parte, catalizzata dall’enzima, in che modo? Nella stessa maniera in cui la serina aveva innescato la reazione, cioè l’atomo di ossigeno della molecola di acqua va a determinare un attacco nucleofilico a livello dell’intermedio dell’acil-enzima sul carbonile, sfruttando il fatto che c’è sempre l’istidina in posizione ottimale per attrarre a è il prodotto, prodotto nell’acqua; quindi, l’acqua si comporta esattamente come aveva fatto prima la serina.