S Km v VS

Km0 max

v E kS

KTOT catm

0 v E Sk

KTOTcat

m0

v VS

S Km0

max

Il rapporto kcat/Km (costante di specificità) è una misura dell’efficienza cataliticadi un enzima: è la costante di second’ordine con cui E ed S reagiscono per dare P

E+S Pkcat/Km

L’energia di legame del substrato abbassa l’energia diattivazione di kcat/Km

[ETOT] [E]

RT

GB eh

TKk

att

E+S ES ES± E+P

kcat/Km

RT ln(kcat/Km) = RT ln(KBT/h) - Gatt

GS G±

E+S ES± E+PGatt

RT ln(kcat/Km) = RT ln(KBT/h) - G± - GS

Gatt = G± + GS

RT

GB eh

TKk

att

RT ln(kcat/Km) = RT ln(KBT/h) - G± - GS

Gatt = G± + GS

La massima energia di legame tra enzima e substrato si ha quandoogni gruppo chimico del substrato viene alloggiato in un sito

complementare dell’enzima.

Tuttavia, siccome la struttura del substrato cambia durante lareazione, divenendo prima lo stato di transizione e poi

i substrati, l’enzima può essere complementare ad una solaforma del substrato.

Come vedremo, dal punto di vista della catalisi, èvantaggioso che l’enzima sia complementare allo

stato di transizione, piuttosto che al substrato.

[S] >> Km v = kcat [E0]

Uniform bindingenergy effect

(no advantage)Km kcat =

Differential bindingenergy effect

(disadvantage)Km kcat

Differential bindingenergy effect(advantage)

Km =kcat

[S] << Km v = kcat/Km [S][E]

Uniform bindingenergy effect(advantage)

Km kcat

Differential bindingenergy effect

(mild advantage)Km kcat =

Differential bindingenergy effect(advantage)

Km =kcat

Gb = massima energia di legame disponibile

GR = variazione di energia avversa dovuta alla scarsa complementarità

G0± = energia di attivazione

dovuta alla rottura e formazione di legami

Massima complementarità con lo stato di transizione (——) Gatt = G0± + Gb

Massima complementarità con il substrato (------) Gatt = G0± + Gb + GR

La complementarità tra enzima e substrato comporta che kcat/Km sia la massima

Evoluzione della massima costante di velocità:

•Legame debole del substrato•Legame forte dello stato di transizione

Per valori di kcat / Km costanti, le velocità massime si hanno per Km > [S]

v E Sk

KTOTcat

m0 [ETOT] [E]

Fanno eccezione gli enzimi che catalizzano tappe di controllo

1. Il valore di kcat/Km è massimo se l’enzima è complementare allo stato di transizione.2. La [E] è massima quando la Km è grande, così che la maggior parte dell’enzima è in forma libera

L’evoluzione di un enzima può essere schematizzata in due punti:

Distribuzione dei valori di Km / [S] per gli enzimi glicolitici

Il concetto di distorsione del substrato di Haldane

Esochinasi D-glucosio + ATP D-glucosio 6-fosfato + ADP + H+

Adattamento indotto

Esochinasi D-glucosio + ATP D-glucosio 6-fosfato + ADP + H+

Adattamento indotto

Legame non produttivo