Regolazione attività enzimatica

DIGESTIONE  DELLE  PROTEINE  

La  digestione  in  generale  di  carboidrati  e  lipidi  comincia  a  livello  del  cavo  orale,  grazie  alla  saliva  

che  contiene  enzimi  digestivi.  La  digestione  delle  proteine  invece  comincia  a  livello  dello  stomaco.    

Quando   il   cibo   dopo   essere   stato   parzialmente   lavorato   con   la   saliva   giunge   allo   stomaco,  

l'organismo   reagisce   lasciando   nel   sangue   un   ormone,   la   gastrina,   che   viene   recepito   a   livello  

parietale  nello  stomaco  e  determina:  

•   il  rilascio  di  acido  cloridrico,  che  provoca  il  crollo  del  ph  dello  stomaco  che  scende  a  valori  di  

1,5/2.  Lo  stomaco  presenta  esposta  al  lume  una  mucosa  che  impedisce  ad  un  pH  così  basso  

di  aggredire  le  cellule  della  parete.  

•   il  rilascio  di  pepsinogeno    

La  secrezione  di  acido  cloridrico  nello  stomaco  è  importante  poichè  ha  tre  diverse  funzioni:    

1.   effetto  antisettico  (azione  contro  i  batteri)  

2.   denaturazione   di   gran  parte  delle  proteine   (le  proteine   che  entrano  nello   stomaco   in   gran  

parte  in  forma  globulare  vengono  denaturate  e  ciò  rende  più  facilmente  attaccabili  i  legami  

peptidici)  

3.   il   pepsinogeno   subisce   una   modificazione   conformazionale   di   auto   proteolisi   diventando  

pepsina  e  cominci  a  “tagliare”  le  proteine  ingerite  in  peptidi  più  piccoli  idrolizzando  legami  

specifici.    

Successivamente  il  bolo  transita  nell'intestino.  Qui,  si  ha  il  rilascio  di  secretina,  la  quale  comanda  il  

rilascio  da  parte  del  pancreas  all'interno  del  lume  intestinale  di  bicarbonato.    

Il   bolo   estremamente   acido   che   proviene   dallo   stomaco   viene   neutralizzato,   poiché   le   pareti  

dell'intestino   non   sono   protette   da   mucosa,   e   portato   ad   un   pH   leggermente   alcalino   (7,2),   che  

permette  di  attivare  altri  enzimi  proteolitici.  

Successivamente   viene   rilasciato   un   altro   ormone:   colecistochinina,   che   comanda   il   rilascio   di  

granuli  da  parte  delle  cellule  del  tessuto  esocrino  del  pancreas  nel  dotto  pancreatico  che  contengono  

zimogeni:  tripsina,  elastasi,  carbossipeptidasi.  

Questi  enzimi  sintetizzati  in  forma  inattiva  vengono  immagazzinati  all'interno  di  vescicole  (granuli),  

che  si  fondono  con  la  membrana  e  rilasciate  nel  dotto  pancreatico.  La  forma  inattiva  degli  enzimi  è  

necessaria  per  non  idrolizzare  le  proteine  del  pancreas.    

Nell'intestino  avviene  la  cascata  di  attivazione  degli  zimogeni  tramite  un  enzima,  enteropepsidasi,  

rilasciato  dalle  pareti  dell'intestino.  

La  chimotripsina  è  un  esempio  di  enzima  che  diventa  attivo  in  seguito  ad  attivazione  proteolitica,  

appartiene  alle  proteasi,  ed  è  in  grado  di  espletare  la  sua  funzione  catalitica  senza  cofattori  (minerali  

vitamine).   Le   varie   proteasi   hanno   ciascuna   una   propria   specificità   di   substrato;;   in   particolare   la  

chimotripsina  taglia  i  legami  peptidici  adiacenti  ai  residui  aromatici  (triptofano,  tirosina,  fenilalanina)  

dato  che  nel  sito  attivo  è  presente  una  tasca  idrofobica  che  permette  il  riconoscimento  del  residuo  

aromatico.    

Nella   tripsina   (simile   alla   chimotripsina,   poiché   derivano   tutte   dallo   stesso   gene   ancestore   e  

successivamente  si  sono  diversificate  nel  corso  dell’evoluzione)  vi  è  una  tasca  con  un  residuo  carico  

negativamente  perciò  all’interno  potrà  entrare  la  catena  laterale  di  un  residuo  carico  positivamente,  

come  lisina  e  arginina.  

Per   studiare   il   meccanismo   d’azione   della   chimotripsina,   e   in   generale   quella   di   tutti   gli   enzimi,    

tramite  metodi  spettroscopici  è  necessario  che  sia  presente  una  differenza  fra  substrato  e  prodotto  

che  possa  essere  rilevata  spettroscopicamente  (per  esempio  se  il  substrato  è  una  molecola  che  non  

assorbe  l’ultravioletto  mentre  il  prodotto  si).    

Per  una  proteasi  ciò  non  è  possibile.  Le  proteasi  sono  in  grado  di  idrolizzare  sia  i  legami  peptidici  

che   quelli   esterei;;   il   para-­nitrofenilacetato   è   una   molecola   che   può   essere   idrolizzata   dalla  

chimotripsina  (anche  se  non  viene  usata  come  substrato  naturale)  e  viene  utilizzato  per  studiarne  il  

meccanismo  d'azione.  Utilizzare  questo  substrato  ha  due  vantaggi:    

1.   la  velocità  di  idrolisi  sarà  molto  inferiore  rispetto  al  suo  substrato  naturale  perciò  è  più  facile  

da  seguire  sperimentalmente    

2.   il  prodotto  dell'idrolisi,  il  para-­nitrofenolo,  assorbe  la  luce  ad  una  lunghezza  d'onda  diversa  

dal  substrato    

Quando  si  utilizza  questo  substrato  si  osserva  che  se  si  segue  la  formazione  del  prodotto  in  funzione  

del   tempo   si   ha   una   prima   fase   esplosiva,   in   cui   il   prodotto   si   accumula   velocemente,   mentre   si  

accumula  più  lentamente  nel  corso  della  reazione.  La  reazione  avviene  così  tramite  un  meccanismo  

di   catalisi   covalente:   si   forma   un   intermedio   covalente   tra   l'enzima   e   il   substrato   che   poi   viene  

idrolizzato.                  

La  triade  catalitica  è  data  da  serina,  istidina  e  aspartato  che  lavorano  di  concerto  e  sono  sempre  

conservati,  diversamente  l’enzima  si  denatura.  Il  residuo  catalitico  vero  e  proprio  è  dato  dalla  serina,  

ma   la   presenza   di   istidina   e   aspartato   è   fondamentale:   l’istidina   strappa   il   protone   alla   serina  

rendendola  più  nucleofila  e  questa  carica  è  stabilizzata  dall’aspartato.  

I  FASE  (fasi  veloci):  legame  del  substrato  al  sito  attivo,  formazione  del  complesso  di  Michaelis.  

II  FASE:  acilazione.  

L’ossidrile   della   serina   esegue   un   attacco   nucleofila   al   carbonile   del   peptide   e   cede   un   protone  

all’istidina;;  l’ossidrile  perde  il  protone,  diventa  carico  negativamente  (nucleofilo)  e  attacca  il  carbonio  

carbonilico  (elettrofilo).  

Si  forma  un  legame  fra  intermedio  tetraedrico  a  vita  breve  stabilizzato  dai  legami  idrogeno  nel  buco  

ossianionico.  

III  FASE:  Collasso  dell’intermedio  tetraedrico  

Si  forma  nuovamente  il  doppio  legame  C=O  e  si  rompe  il  legame  peptidico.    

L'istidina  cede  un  protone  alla  nuova  estremità  amminica.  

Esce  il  primo  prodotto,  quello &nbs