Regolazione attività enzimatica

REGOLAZIONE  ATTIVITA’  ENZIMATICA  

Quattro  diversi  esempi  della  regolazione  dell’attività  enzimatica:  

1.   enzimi  allosterici  

2.   enzimi  regolati  da  modificazioni  covalenti  (forsforilazione  reversibile)  

3.   regolazione  tramite  attivazione  di  zimogeni  

4.   regolazione  tramite  degradazione  (ubiquitinazione  e  proteosoma)    

Enzimi  allosterici    

Un  enzima  allosterico  è  una    proteina  che  è  in  grado  di  cambiare  forma  in  base  a  diversi  stimoli.  

Esempio  di  via  metabolica  che  segue  questo  processo  di  regolazione  è  la  sintesi  dell’isoleucina  a  

partire  dalla  treonina.    

La  sintesi  di  isoleucina  avviene  in  modo  regolato,  non  viene  prodotta  in  qualunque  caso  sia  presente  

treonina,  poiché  comporterebbe  un  dispendio  energetico  inutile  per  la  cellula,  ma  solo  in  condizioni  

di  necessità.  L’isoleucina  è  anche  un  effettore  eterotropico  negativo  del  primo  enzima  della  via  (la  

treonina  idratasi),  ossia  è  la  presenza  della  stessa  che  ne  influisce  la  produzione.  

L’enzima  allosterico  è  un  enzima  che  modula  la  propria  attività  catalitica  in  funzione  del  legame  con  

il  substrato  (secondo  la  classica  equazione  di  Michaelis-­Menten)  e  con  modulatori  allosterici.    

Nell’esempio,   il   primo   enzima   della   via   è   un   enzima   allosterico,   sottoposto   alla   regolazione   di  

metaboliti,  diversi  dalla  treonina  (che  è  il  substrato),  in  questo  caso  l’isoleucina.  

Quando   questa   si   accumula   nella   cellula,   si   va   a   legare   alla   treoninidratasi,   provocando   una  

modificazione  conformazionale  dell’enzima  e  questo  diventa  meno  attivo.    

Quando  i  livelli  della  isoleucina  scendono,  questa  si  stacca  dall’enzima  e  l’enzima  torna  ad  essere  

attivo.  

Questo  è  un  classico  esempio  di  inibizione  a  feedback:  è  il  prodotto  finale  della  via  metabolica  che  

stabilisce  la  velocità  complessiva  della  via  metabolica.  

Nelle  vie  metaboliche  si  distinguono  due  tipologie  di  reazioni:  

con  DG(0)  positivo  

con  DG(0)  negativo.     DG(0)  

Se   una   reazione   ha   un   molto   negativo,   la   reazione   è   spontanea   in   quella   direzione   ed   è  

irreversibile  nelle  condizioni  cellulari,  poiché  la  reazione  opposta  non  avrà  mai  DG(0)  negativo.  

Se  una  reazione  ha  un  DG(0)  negativo  ma  vicino  allo  zero,  la  reazione  opposta  procederà  con  DG(0)    

sempre  negativo,  quindi  spontaneamente  e  la  reazione  avviene.  La  reazione  procede  in  un  senso  o  

nell’altro  a  seconda  di  chi  si  accumula.  

Le   reazioni   irreversibili   (nel   contesto   della   cellula)   di   una   via   metabolica   sono   normalmente  

catalizzate  da  enzimi  allosterici,  quindi  regolati  (es  fosfofruttochinasi  nella  via  glicolitica).    

Differenza  fra  enzimi  che  seguono  la  cinetica  di  Michaelis-­Menten  ed  enzimi  allosterici      

C’è  una  dipendenza  iperbolica  della  velocità  iniziale  della  reazione  in  funzione  della  concentrazione    

Per  un  enzima  allosterico  c’è  un  andamento  di  tipo  sigmoidale,  per  cui  si  può  sempre  identificare  la  

k   (concentrazione   del   substrato   in   corrispondenza   della   quale   la   velocità   è   pari   alla   metà   della  

velocità  massima).    

                                                                            Differenza   fra   enzimi   che   seguono   la   cinetica   di   Michaelis-­

Menten    ed  enzimi  allosterici.      

C’è   una   dipendenza   iperbolica   della   velocità   iniziale   della  

reazione  in  funzione  della  concentrazione    

Per  un  enzima  allosterico  c’è  un  andamento  di  tipo  sigmoidale,  

per   cui   si   può   sempre   identificare   la   k   (concentrazione   del  

substrato  in  corrispondenza  della  quale  la  velocità  è  pari  alla  

metà  della  velocità  massima).    

  Questa   curva   sigmoide   può   essere   modificata   se   l’enzima  

lega  effettori  negativi  o  positivi.    

Con  effettore   negativo   si   ha   un   valore  di   K=0,5  maggiore  e  

quindi  una  minore  affinità  apparente  per  il  substrato.  

Con   effettore   positivo   si   ha   una   K=0,5   minore   e   quindi   una  

maggiore  affinità  apparente  per  il  substrato.  

La   presenza   dell’effettore   cambia   il   valore   della   velocità  

dell’enzima  in  funzione  della  concentrazione  del  substrato.  

Perciò  si  può  modificare  la  velocità  di  una  reazione  agendo  su  

un  enzima  chiave  della  via.    

Gli   enzimi   allosterici   si   trovano   spesso   all’incrocio   di   diverse   vie   metaboliche,   così   che   la   cellula  

possa  decidere  il  destino  del  metabolita  in  quel  momento.    

Gli  enzimi  allosterici  funzionano  per  modificazioni  conformazionali  per  cui  spesso  l’enzima  allosterico  

è  costituito  da  due  diverse  catene  peptidiche  di  cui  una  ha  funzione  catalitica  che  legherà  il  substrato  

e  una  con  funzione  regolatoria  che  legherà  l’effettore  allosterico.  

  In   assenza   di   modulatore   la   proteina   assume   una  

conformazione  stabile  per  la  quale  il  sito  attivo  non  ha  grande  

affinità  per  il  substrato.    

Se  però  è  presente  il  modulatore,  questo  si  lega &nbs