II

III

IV

RIPERCORRENDO L’EVOLUZIONE

La possibilità di produrre piccole alterazioni nella strutturadi un enzima ci consente di esplorare gli eventi che hannoavuto luogo nella fase finale dell’evoluzione ed hannoregolato finemente l’attività di un enzima in funzione delsuo ambiente cellulare.

Thr40

La treonina 40 mostra un legame di tipo differenziale consubstrati, stato di transizione e prodotti.Questo tipo di legame può abbassare l’energia dello stato ditransizione rispetto a quella del complesso ES e quindi avere l’effetto di aumentare la kcat.

Altri residui danno un contributo di legame di tipo uniformedurante tutto il corso della reazione. Questo tipo di legame hal’effetto di aumentare la costante di velocità della reazione soloquando [S]<<KM.

Questi effetti sono chiaramente illustrati dalla variabilitàdella posizione 51 nella tirosil-tRNA sintetasi. L’enzimada B. stearotermophilus ha un residuo di Thr in questaposizione. Gli enzimi di B. caldotenax e E. coli hanno,rispettivamente, dei residui di Ala e Pro.

La mutazione della posizione 51 nell’enzima di B. stearotermophilusdetermina un aumento della costante di velocità della reazione diattivazione della tirosina, ma non ha effetto sulla costante di affinitàper l’ATP, come pure non ha nessun effetto sulla costante cataliticadella reazione complessiva di di aminoacilazione del tRNA.

Dal diagramma dell’energia differenziale si vede che l’aumentodella costante di attivazione della tirosina è dovuto all’energiadi legame differenziale con lo stato di transizione e con i prodottideterminata dalle mutazioni. L’energia di legame differenzialenon aumenta però la kcat della reazione complessiva di acilazionedel tRNA.

La cinetica del’aminoacilazione del tRNA è complessa ed è similea quella a due passaggi dell’idrolisi degli esteri catalizzata dallachimotripsina. In quest’ultimo caso si è osservato che accelerandoil primo passaggio non si aumenta la kcat della reazione complessivama si diminuisce la KM.

Il risultato è che l’evoluzione ha generato una famiglia di enzimiin cui l’attività di ogni membro è ottimizzata per la concentrazionecellulare di ATP.

Ottimizzazione della velocità complessiva di una reazionecostituita da più passaggi