Regolazione enzimatica
In una cellula le varie vie metaboliche devono funzionare in maniera coordinata.
La regolazione dell’attività enzimatica consente di rispondere alle diverse esigenze metaboliche della cellula.
In ogni via metabolica una o più reazioni sono catalizzate da enzimi regolatori.
Gli enzimi regolatori possono aumentare o ridurre la loro attività catalitica in risposta a determinati segnali.
Nelle vie metaboliche vi sono due tipi di enzimi regolatori:
- enzimi allosterici;
- enzimi regolati mediante modificazioni covalenti reversibili.
Enzimi allosterici
Gli enzimi allosterici hanno struttura quaternaria (più subunità polipeptidiche).
Le subunità possono essere uguali o diverse.
Gli enzimi allosterici possiedono:
- un sito catalitico al quale si lega il substrato/i;
- un sito regolatore al quale si lega il modulatore/i (effettore/i).
Modificazioni conformazionali
Gli enzimi allosterici esistono in due stati conformazionali interconvertibili tra loro:
- conformazione tesa (T);
- conformazione rilassata (R).
Il legame del substrato e/o dei modulatori determina il cambio conformazionale verso l’una o l’altra conformazione.
L’enzima in conformazione tesa (T) è caratterizzato da:
- bassa affinità per il substrato;
- minore attività catalitica;
L’enzima in conformazione rilassata (R) è caratterizzato:
- alta affinità per il substrato;
- maggiore attività catalitica.
Cinetica degli enzimi allosterici
Se si riporta in grafico la velocità della reazione in funzione della concentrazione del substrato si ottiene una curva sigmoidale e non un’iperbole (Figura 1).
Gli enzimi allosterici vanno incontro a saturazione ad elevate concentrazioni di substrato.
La curva sigmoidale riflette il comportamento cooperativo degli enzimi allosterici.
Le modificazioni strutturali (cambio conformazionale T ⇆ R) di una subunità vengono trasmesse alle altre subunità.
Piccole variazioni di concentrazione del substrato possono determinare notevoli variazioni nell’attività dell’enzima.
Il principale regolatore dell’attività catalitica degli enzimi allosterici è il substrato stesso.
Fig. 1 Grafico della velocità della reazione catalizzata da un enzima allosterico in funzione della concentrazione del substrato. K0.5 rappresenta la concentrazione di substrato alla quale la velocità è ½ della velocità massima. K0.5 non corrisponde alla Km perché gli enzimi allosterici non seguono la cinetica di Michelis-Menten
Effetto dei modulatori
Gli enzimi allosterici sono regolati anche da molecole diverse dal substrato, i modulatori.
Il modulatore può indurre l’attivazione dell’enzima (modulatore positivo) o l’inattivazione (modulatore negativo).
Il modulatore positivo spinge l’enzima verso la conformazione R.
Il modulatore negativo spinge l’enzima verso la conformazione T.
Un modulatore positivo può trasformare la curva sigmoide quasi in un’iperbole.
Un modulatore negativo genera una curva con un andamento sigmoide ancora più pronunciato (Figura 2).
Fig. 2. Effetto di un modulatore positivo (verde) e di un modulatore negativo (rosso) su un enzima allosterico
Modificazioni covalenti reversibili
In altri enzimi regolatori l’attività catalitica è regolata mediante modificazioni covalenti reversibili.
La modificazione covalente reversibile consiste nell’aggiunta o rimozione di alcuni gruppi chimici su determinati residui amminoacidici della molecola di enzima.
I gruppi chimici sono il fosfato, l’adenosina monofosfato, l’uridina monofosfato e i gruppi metilici.
Questi gruppi possono legarsi all’enzima ed essere rimossi mediante l’azione di specifici enzimi.
Regolazione mediante fosforilazione
La fosforilazione di specifici residui amminoacidici è uno dei meccanismi più comuni di regolazione dell’attività enzimatica.
L’aggiunta dei gruppi fosfato è catalizzata da una proteina chinasi.
La rimozione dei gruppi fosfato avviene ad opera di una proteina fosfatasi (Figura 3).
La fosforilazione di determinati residui amminoacidici causa modificazioni strutturali dell’enzima con conseguente modificazione dell’attività catalitica.
Fig. 3 Regolazione dell'attività enzimatica mediante fosforilazione/defosforilazione
Modificazioni covalenti irreversibili
Alcuni enzimi sono attivati mediante modificazione covalente irreversibile.
Ad esempio, gli enzimi digestivi (pepsina, tripsina, chimotripsina) sono secreti in forma inattiva (zimogeni).
La conversione nella proteina matura richiede uno o più tagli proteolitici che determinano modificazioni conformazionali che favoriscono la formazione del sito attivo.
Le lezioni del Corso
1. Struttura degli amminoacidi e legame peptidico
3. Proteine fibrose e proteine globulari (collageno e mioglobina)
4. Emoglobina e legame all'ossigeno
5. Proprietà generali degli enzimi e cinetica enzimatica
7. Regolazione dell'attività enzimatica
8. Coenzimi
9. Significato generale del metabolismo intermedio
10. Metabolismo dei carboidrati. Glicolisi e destino metabolico del...
12. Trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa
14. Gluconeogenesi
17. Sintesi degli acidi grassi
18. Metabolismo del colesterolo. Lipoproteine e trasporto dei lipid...
19. Principali reazioni del catabolismo delle proteine. Degradazion...
