REGOLAZIONE DELL’ATTIVITA’ ENZIMATICA

- Regolazione a lungo termine: la quantità di enzima può essere controllata regolando la velocità della sua sintesi o degradazione (minuti o ore)

- Regolazione a breve termine (secondi o frazioni di secondo): l’attività enzimatica varia in funzione di stimoli ambientali, primo fra tutti la concentrazione di substrato e di prodotto, in secondo luogo attraverso dei meccanismi di modulazione (regolazione).

Gli enzimi che subiscono modulazione controllano passaggi chiave delle vie metaboliche, perciò vengono anche detti:

Enzimi regolatori (regolano la velocità delle reazioni metaboliche)

1) MODULAZIONE ALLOSTERICA NON-COVALENTE (REVERSIBILE)

2) MODULAZIONE COVALENTE (REVERSIBILE o IRREVERSIBILE)

MODULAZIONE COVALENTE: l’enzima che deve essere regolato (in positivo o in negativo) subisce una modificazione post-traduzionale ad opera di altri

enzimi, che a loro volta possono essere regolati.

Modificazioni più comuni: fosforilazioni (su residui di Ser, Thr, Tyr, His)acetilazione (Lys, Ammino-terminale)ubiquitinilazione (Lys)metilazione (Lys, Arg)Altre……..

Ad opera di ► Chinasi► Acetilasi► Proteosoma► Metilasi

La fosforilazione di residui di Ser, Thr, Tyr o His è la forma più comune di modulazione covalente,

è controllata da 2 tipi di enzimi modificatori: CHINASI e FOSFATASI

Una proteina-chinasi trasferisce un gruppo fosforico dall’ATP sul sito di fosforilazione dell’enzima

Una proteina-fosfatasi rimuove il gruppo fosforico dall’enzima.

Proteina-chinasi e proteina-fosfatasi sono a loro volta

regolate e in genere inserite in una cascata di fosforilazioni

innescate da un segnale.

Glicogeno-fosforilasi b (meno attiva)

Glicogeno-fosforilasi a (più attiva)

2 subunità ciascuna con un sito di fosforilazione

Fosforilasi-chinasi

Fosforilasi-fosfatasi

DEGRADAZIONE DEL GLICOGENO

LA FOSFORILAZIONE PUÒ INIBIRE O ATTIVARE

L’ENZIMA.

ZIMOGENIMODULAZIONE COVALENTE MEDIANTE TAGLIO PROTEOLITICO

Enzimi prodotti in forma inattiva che vengono attivati solo dopo aver subito un taglio proteolitico che avviene solo nel momento e nella sede opportuni

Cascata di attivazione delle proteasi pancreatiche

Prodotta dalla mucosa del duodeno

attiva

attiva

attiva

attiva

attiva

Chimotripsinogenoinattivo

π-Chimotripsinaattiva

tripsinaattiva

tripsinogenoinattivo

Tripsina enteropeptidasi

π-chimotripsinaautolisi

α-Chimotripsinaattiva

3 catene legate tra loro da ponti disolfuro

MODULAZIONE ALLOSTERICA NON-COVALENTE

Enzimi allosterici: attività catalitica influenzata da cambiamenti della loro struttura

1) Hanno più subunità e più siti attivi per il substrato

2) Legano le molecole di substrato in modo cooperativo

3) Subiscono una transizione dallo stato T allo stato R

4) NON seguono la cinetica di Michaelis-Menten

Assenza di substratoEnzima stato T

meno affine

[S] aumenta: Il legame con le prime molecole di S induce cambiamenti conformazionali che convertono in modo cooperativo le subunità dell’enzima dallo stato T allo stato R

Aggiungendo ancora substrato:

transizione T > R completa

Vmax

K0.5

Substrato = modulatore omotropico positivo dell’enzima

L’affinità dell’enzima per il substrato è data dalla K0.5

[S] che permette di raggiungere metà della Velocità massima di

reazione

Gli enzimi allosterici possono essereregolati controllando la concentrazione disubstrato

Il substrato influenza l’equilibrio fra statoa bassa affinità e stato ad alta affinità.

Vmax [S]n

v0 = K0.5

n + [S]n

Equazione cinetica:

S

S

ET ERS

S

S

S

S

ET ERS

Regolazione eteroallosterica

MODULATORI ALLOSTERICI POSITIVI (ATTIVATORI)MODULARORI ALLOSTERICI NEGATIVI (INIBITORI)

Possono modificare la K0,5 o la Vmax o entrambe

+ attivatore + attivatore

+ inibitore

+ inibitore

Cambia la K0,5 ma non la Vmax Cambia la Vmax ma non la K0,5

Modulatori eteroallosterici

1) Si legano in siti diversi dal sito attivo = SITI REGOLATORI.2) Il legame con il modulatore altera la struttura dell’enzima che nella nuova conformazione ha proprietà cinetiche differenti.3) Il legame modulatore/enzima è sempre NON-covalente e reversibile.

4) Un inibitore allosterico favorisce

la forma dell’enzima con minore

affinità per il substrato

stabilizzandola.

5) Un attivatore allosterico

favorisce la forma R dell’enzima

rendendola molto più affine al

substrato Stato Tinattivo

Stato Rattivo

Stato Tinattivo

Stato Rattivo

Sito attivo distorto

Substrato

Sito attivo

Substrato

Sito attivo distortoSito attivo Enzima

Sito allosterico

Sito allosterico

Inibitore allosterico

Attivatore allosterico

Inibizione allosterica

Attivazione allosterica

Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2007

ATPAdenilato ciclasi

PPi

ATPAdenilato ciclasi

PPi

AMP ciclico (5’3’-adenosina-monofosfato)

Attivatore allosterico della PKA (proteina-chinasi A, fosforila varie proteine target)

PKA: 2 domini REGOLATORI (ciascuno con 2 siti di legame per il cAMP)2 domini CATALITICI

PKA inattivaPKA attiva

PKA attiva

Esempio di modulazione allosterica: la PKA, coinvolta nella trasduzione del segnale attraverso la membrana plasmatica che attiva l’adenilato ciclasi.

La modulazione di un enzima allosterico è utilizzata nel meccanismo della RETROINIBIZIONE (inibizione a feed back)

In un processo metabolico multistep il primo enzima della via è unenzima allosterico che viene inibito allostericamente dal prodotto chesi ottiene nell’ultima reazione della via.

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