Biochimica

M

semimassimale.

L’equazione Michaelis-Menten, che descrive la cinetica enzimatica, afferma che la velocità iniziale

Vo—>

La K è un indicatore dell’affinità dell’enzima ai substrati. Ipotizziamo che un enzima catalizzi la

M

reazione di fosforilazione di glucosio a glucosio 6-fosfato. Tuttavia, l’esochinasi può anche

catalizzare la reazione di fosforilazione del fruttosio in fruttosio 6-fosfato. Se andiamo a vedere la

cinetica e disegniamo il grafico, notiamo che la K nel caso del fruttosio è più alta e ciò significa

M

che è necessaria una maggiore concentrazione di fruttosio per far lavorare lo stesso enzima alla

velocità semi-massimale. Quindi, possiamo dire che l’esochinasi ha una maggiore affinità per il

glucosio rispetto al fruttosio, ecco perché la K viene indicata come una misura di affinità.

M

Regolazione dell’attività enzimatica

Esiste una regolazione a breve termine, ovvero:

• Controllo a livello di substrato(concentrazione di substrato e inibizione da prodotto). Un

esempio di inibizione da prodotto è quando per esempio la reazione successiva alla prima

reazione della glicolisi è inibita e, quindi, il glucosio 6-fosfato tenderà ad accumularsi. A

questo punto, per evitare ciò, il glucosio 6-fosfato inibisce la sua stessa formazione. In tal

caso, viene inibita l’esochinasi e ciò determina anche un accumulo di glucosio, il quale se si

accumula esce dalla cellula. Quindi, se la cellula non ha bisogno di ATP va ad inibire la

glicolisi in modo tale che il glucosio non entri proprio.

• Interazione con ligandi(regolazione allosterica, per cui c’è un sito diverso dal sito attivo in

cui si vanno a legare delle molecole che vanno ad aumentare o inibire l’affinità dell’enzima

per il substrato).

• Modifica covalente(fosforilazione e proteolisi).

Poi abbiamo anche la regolazione a lungo termine, ossia:

• Induzione. In tutte le cellule ci sono enzimi costitutivi(sempre presenti) ed enzimi

inducibili, che in risposta a specifici segnali inducono la trascrizione(sintesi degli RNA

messaggeri complementari al filamento del DNA) e la traduzione(sintesi delle proteine a

lievblo dei ribosomi a partire dall’RNA messaggero).

• Repressione(viene inibita la trascrizione e la traduzione).

• Turnover, grazie al quale tutte le proteine vengono sintetizzate e demolite di continuo per

evitare che si accumulino molecole proteiche danneggiate e non più funzionanti.

Un esempio di regolazione allosterica da parte di un effettore negativo è l’inibizione retroattiva(o

feedback) di una via metabolica. In particolare, se una determinata via metabolica genera un

prodotto che non è più necessario alla cellula, quel prodotto va ad inibire la prima tappa del

processo in modo che il processo non avvenga. In più, possiamo avere anche l’inibizione da

prodotto(quella che abbiamo visto prima).

Gli enzimi allosterici:

• Sono sempre proteine oligomeriche, ossia costituite da più catene polipeptidiche che

possono essere alcune catalitiche(che intervengono nel processo catalitico) e altre con

ruolo regolatorio(dove si vanno a legare i modulatori allosterici).

• Vengono regolati mediante il legame reversibile di un modulatore allosterico in un sito

diverso dal sito attivo. L’ATP per esempio è un modulatore allosterico negativo dell’enzima

che trasforma il fruttosio 6-fosfato in fruttosio 1,6-bisfosfato.

• Le proprietà sono influenzate da cambiamenti conformazionali e principalmente viene

variata la Km(se aumenta la Km diminuisce l’affinità, se la Km diminuisce aumenta

l’affinità).

• Generalmente catalizzano reazioni irreversibili.

• La loro cinetica è come quella dell’emoglobina(cioè sigmoide, in quanto gli enzimi

allosterici hanno più siti attivi, come per esempio l’emoglobina, in cui la cinetica sigmoide è

data dalle 4 subunitá ciascuna avente un sito di legame per l’ossigeno).

Disegniamo un grafico(in basso) in cui abbiamo sull’asse delle ordinate la velocità delle reazione,

mentre sull’asse delle ascisse la concentrazione di substrato. Qui abbiamo un analogo della K ,

M

ossia K , ovvero la concentrazione di substrato alla quale l’enzima lavora alla velocità

0.5

semimassimale.

Se si lega un modulatore allosterico negativo la K aumenta(per cui ci vorrà più substrato per

0.5

arrivare a quella velocità), mentre se ho un modulatore allosterico positivo la K diminuisce(con

0.5

minore quantità di substrato si arriva alla stessa velocità).

Regolazione covalente

Abbiamo due condizioni, ossia buona alimentazione(fino a due ore dal pasto, per cui in circolo c’è

glucosio e l’ormone insulina) e digiuno(lontano dai pasti, in cui diminuisce la concentrazione di

glucosio e in circolo c’è il glucagone).

Il glucagone e l’insulina sono ormoni peptidici(non possono entrare nelle cellule), per cui si legano

a dei recettori.

Fosforilazione(implica l’intervento di proteine con attività chinasica—> chinasi)—> L’interazione

glucagone-recettore attiva le proteine G, che una volta attivate, attivano un enzima chiamato

adenilato ciclasi. Questo enzima prende l’ATP e catalizza la trasformazione di ATP in AMP ciclico, il

quale attiva un enzima chiamato proteina chinasi AMP ciclico-dipendente. Tale enzima, in

presenza di ATP, fa sì che specifici enzimi vengano fosforilati, cioè catalizza una reazione in cui

specifici enzimi interagiscono con l’ATP e vengono fosforilati(reazione irreversibile).

Defosforilazione(implica l’intervento di proteine con attività fosfatasica—> fosfatasi)—>

L’insulina, invece, interagisce col suo recettore e va ad attivare l’enzima che fosfatasi va a

defosforilare specifici enzimi coinvolti nella reazione, cioè con l’intervento dell’acqua va ad

allontanare un gruppo fosfato. Quindi, si tratta reazioni entrambe irreversibili, ma vengono

catalizzate da enzimi che riescono a rendere i processi reversibili.

Tuttavia, la fosforilazione non significa attivazione e la defosforilazione non significa inibizione, per

cui ci saranno enzimi attivi defosforilati ed enzimi inattivi fosforilati.

A lievello epatico avviene la glicogenosintesi e la glicogenolisi—> La glicogenosintesi si ha in

condizioni di buona alimentazione, in cui in circolo ce l’insulina e deve essere prodotto glicogeno;

quindi, l’enzima glicogenosintasi è nella forma defosforilata attiva perché c’è l’insulina che va a

defosforilare l’enzima. Invece, la glicogenolisi è inibita e l’enzima coinvolto, definito

glicogenofosforilasi, è nella forma defosforilata inattiva. Nel caso del digiuno(in cui c’è il

glucagone), invece, ci saranno solo enzimi fosforilati.

Regolazione enzimatica mediante proteolisi(rottura di legami peptidici)

La digestione delle proteine riguarda la rottura dei legami peptidici, in quanto quando le proteine

vengono ingerite un primo accenno di digestione avviene nello stomaco, in cui il pH acido fa sì che

la struttura terziaria delle proteine venga denaturata ad opera della pepsina.

Poi nel lume intestinale(duodeno) avviene la digestione vera e propria ad opera di enzimi

proteolitici prodotti nel pancreas nella forma inattiva(perché altrimenti l’enzima attaccherebbe le

proteine del pancreas). Queste proteine inattive si chiamano zimogeni perché sono proteine

enzimatiche a cui vengono tolti dei piccoli peptidi e un esempio è il tripsinogeno, ossia una

proteina attivata con l’allontanamento dei un peptide di soli 6 amminoacidi dall’estremita N-

terminale; ciò, quindi, attiva il tripsinogeno che diventa tripsina, la quale ha un’attività

autocatalitica, cioè agisce su se stessa(più tripsina viene prodotta più velocemente il tripsinogeno

viene trasformato in tripsina). Tuttavia, il processo è irreversibile.

Regolazione mediante compartimentazione

Nelle cellule eucariotiche abbiamo una notevole compartimentazione, la quale è anche un livello

di regolazione. Nei mitocondri avviene il ciclo di Krebs, l’ossidazione degli acidi grassi e la

decarbossilazione del piruvato, nel citosol si verifica la glicolisi e la sintesi degli acidi grassi, nel

nucleo avviene la sintesi di DNA e di RNA e, infine, nei lisosomi si verifica la degradazione di

biomolecole complesse.

La bioenergetica

Il metabolismo e bioenergetica sono alla base della biochimica.

La glicolisi è un processo che avviene nel citosol e serve principalmente a produrre energia/ATP.

La via metabolica corrisponde ad una serie di reazioni enzimatiche dove il prodotto della prima

reazione diventa il substrato della seconda e così via. Esistono dei metabolismi lineari(come la

glicolisi, in cui si parte da una molecola di glucosio e si producono due molecole di piruvato) e dei

metabolismi ciclici(come il ciclo di Krebs).

La via metabolica che avviene spontaneamente è un processo esoergonico(es. glicolisi), cioè

produce energia(deltaG<0), per cui la sintesi del glucosio è un processo endoergonico(è un

processo che non avverrebbe spontaneamente, ma per farlo avvenire forniamo energia, in cui

deltaG>0).

Le molecole prodotte in una via metabolica sono detti metaboliti o intermedi metabolici, ognuno

dei quali viene prodotto in reazioni catalizzate da enzimi.

Ogni via metabolica possiede un enzima regolatorio, ossia quell’enzima che decide in base alle

condizioni cellulari se quel metabolismo deve procedere o deve fermarsi; in altre parole,

regolando l’attività dell’enzima che catalizza una delle prime reazioni della via metabolica, in

genere la più lenta, è possibile controllare la velocità di un’intera via metabolica.

Il metabolismo è l’insieme delle reazioni chimiche catalizzate da enzimi che avvengono nella

cellula di un organismo e si distingue in catabolismo(degradazione dei nutrienti introdotti o delle

riserve energetiche cellulari per poter produrre energia) e anabolismo(da prodotti semplici si

producono molecole complesse fornendo energia), ossia processi opposti, ma subordinati perché

se non avviene uno non avviene neanche l’altro. Il processo anabolico così com’è non potrebbe

avvenire se non fornissimo energia. Per esempio, la glicolisi è un processo catabolico, mentre la

sintesi degli acidi grassi è una via anabolica. Tuttavia, è importante ricordare che queste attività

cellulari vengono modulate in relazione alle disponibilità energetiche.

Noi organismi chemioeterotrofi partiamo dai