Velocità reazione enzimatica
La velocità di reazione può essere espressa come indicato nella figura a lato.
Lezione della Prof. Margherita Ruoppolo
Questo grafico riporta la formazione del prodotto in funzione del tempo a concentrazione di E costante.
Sono rappresentate concentrazioni di substrato [S] variabili.
Per qualsiasi [S] nelle fasi iniziali la curva ha un andamento lineare ed è per questo che si definisce la Vo ovvero la velocità iniziale.
Teoria di Michaelis & Menten
Equazione di velocità della reazione enzimatica in funzione della concentrazione del substrato (spiegazione teorica per l’andamento iperbolico della curva).
Per una trattazione completa della teoria di Michaelis e Menten vedere il file di approfondimento.
Il valore di Km:
Confronto Km di E che catalizzano la stessa reazione
Esoso + ATP → Esoso-P + ADP
ESOCHINASI : Km = ~ 0.1 mM glucosio; 1.5 mM fruttosio
GLUCOCHINASI (isoenzima epatico): Km = 10 mM glucosio
Il confronto fra questi numeri ci dà informazioni sul metabolismo degli zuccheri:
Inoltre il confronto fra I due valori di Km ci dice che il glucosio è preferito al fruttosio.
Velocità reazione enzimatica
Fattori che influenzano la velocità di una reazione enzimatica:
Effetto del pH
Il pH può far variare sia la Km che la kcat di un enzima attraverso la protonazione/deprotonazione di determinati residui aa (acidi o basici) che partecipano al meccanismo di catalisi.
L’effetto del pH si manifesta in genere con una curva a campana Ogni enzima comunque ha il suo caratteristico valore di pH a cui manifesta la sua massima attività
Reazioni enzimatiche più complesse
Non sempre le reazioni enzimatiche sono semplici e di conseguenza l’equazione di Michaelis & Menten non è sempre valida (in alcuni casi può essere corretta).
Reazioni a spostamento singolo (sequenziali), in cui due substrati si legano insieme all’enzima per poter generare il/i prodotto/i (meccanismo ordinato o casuale).
Reazioni a spostamento doppio (ping-pong), in cui il secondo substrato può legarsi all’enzima solo dopo che il primo substrato è stato convertito in prodotto.
Isoenzimi
Gli isoenzimi (isozimi) sono forme multiple dello stesso enzima (catalizzano quindi la stessa reazione), in genere sono differentemente distribuiti nei vari tessuti.
Hanno sequenze aa simili, ma non identiche ed i rispettivi geni codificanti hanno in genere un’origine evolutiva comune.
Il meccanismo di catalisi degli isoenzimi è lo stesso, ma variano i loro parametri cinetici (Km e Vmax), così come la loro eventuale regolazione.
La caratterizzazione delle varie forme isoenzimatiche di un enzima si è spesso rivelato un importante strumento diagnostico, come ad esempio per le diverse forme isoenzimatiche della lattato deidrogenasi (LDH) o creatina chinasi (CK) presenti nel sangue.
Sostanze che aumentano l’attività enzimatica sono detti attivatori.
Sostanze che diminuiscono l’attività enzimatica o rendono l’enzima inattivo sono detti inibitori.
Inibizione enzimatica
Gli inibitori sono sostanze (in genere piccole molecole), che legandosi all’E, ne riducono l’attività, modificando l’affinità per il substrato e/o la velocità di catalisi.
Lo studio degli inibitori è di fondamentale importanza per:
Gli inibitori si distinguono in:
Inibizione reversibile
Si può classificare definendo :
I diversi tipi di inibizione reversibile sono anche distinti anche sulla base dei diversi effetti sui parametri cinetici dell’enzima (Km, Vmax e kcat).
I diversi tipi di inibizione reversibile:
Inibizione competitiva
Inibizione incompetitiva
Enzimi Allosterici
Sono costituiti :
Modulatori
Le molecole che aumentano l’affinità e la velocità catalitica vengono detti effettori positivi.
Le molecole che diminuiscono l’affinità e la velocità catalitica vengono detti inibitori.
Vitamine
Le vitamine sono composti organici che l’organismo non produce e devono essere introdotti con la dieta Si dividono in due grandi categorie: idrosolubili e liposolubili. Le vitamine liposolubili verranno trattate nella lezione n.15.
La maggior parte delle vitamine idrosolubili svolge importanti funzioni coenzimatiche.
Le vitamine idrosolubili possono essere eliminate con le urine se presenti in eccesso.
Il complesso delle vitamine B esplica la propria azione fisiologica solo dopo essere state trasformate nell’organismo nei corrispondenti coenzimi.
I coenzimi derivati dalle vitamine del complesso B
Le più importanti vitamine idrosolubili sono:
Trasportatori di elettroni
I più comuni trasportatori di elettroni sono quattro coenzimi nucleotidici:
FAD, FMN, NAD+, NADP+
Il flusso di elettroni implica la presenza di trasportatori di elettroni specializzati, che accettano temporaneamente gli elettroni ceduti dai metaboliti per donarli in tappe successive
TPP = la parte attiva è l’anello tiazolico
L’H legato al C2 dell’anello tiazolico è acido e quindi si dissocia come H+, generando il carbanione della TPP.
Nella reazione catalizzata dalla piruvato decarbossilasi, il carbanione della TPP lega il gruppo carbonilico del piruvato.
Acido piruvico → Acetaldeide + CO2
Coenzima A
Il Coenzima A è costituito da:
PLP: gruppo prostetico delle amminotransferasi.
Si lega mediante il suo gruppo aldeidico al gruppo NH2 di una lisina dell’enzima, formando una base di Schiff
Coenzimi
Biotina: gruppo prostetico di carbossilasi Si lega al gruppo ε-NH2 di una lisina dell’enzima con il suo gruppo carbossilico (legame amidico).
Lega lo ione HCO3– su uno dei suoi due atomi di azoto (nucleofilo) dell’anello.
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