Gli ENZIMI

Le proteine a funzione catalitica: gli ENZIMI

Gli enzimi sono proteine specializzate per la funzione catalitica e agiscono accelerando le reazioni chimiche.

Le proprietà degli enzimi

tre caratteristiche fondamentali

Proprietà peculiari

• agiscono nelle condizioni di pH, temperatura e pressione caratteristiche degli organismi viventi

Condizioni fisiologiche

• riconoscono selettivamente la molecola che deve essere trasformata nella reazione

Sono altamente specifici

• la velocità di una reazione può essere regolata mediante l’interazione fra l’enzima e una molecola che agisce da modulatore

Sono modulabili

• accelerano notevolmente la reazione

Efficienza

Classificazione e nomenclatura

NOMENCLATURA TRADIZIONALE Il nome corrente di un enzima è costituito dal nome della molecola che deve essere trasformata e da un secondo termine con suffisso -asi, che specifica il tipo di reazione catalizzata.

La CATALISI ENZIMATICA

Processo che implica la trasformazione, attraverso un enzima, di un substrato molecolare in una nuova molecola, il prodotto.

Altre caratteristiche

Numero di TURNOVER

ATTIVITA' enzimatica

Eureka!

Numero di TURNOVER

L’efficienza catalitica di un enzima è espressa attraverso il numero di turnover. Il numero di turnover di un enzima è dato dalle moli di substrato che sono trasformate in prodotto da parte di una mole di enzima in un secondo e in condizioni di reazione ottimali. Ogni enzima ha il proprio numero di turnover.

Attività ENZIMATICA

L'attività enzimatica dipende invece in modo direttamente proporzionale dalla quantità di enzima presente. L’attività enzimatica è la quantità di substrato che viene trasformata in prodotto nell’unità di tempo in condizioni di reazione ottimali.

Regolazione dell'attività enzimatica

La maggior parte degli enzimi svolge la propria azione all’interno delle cellule; la loro attività deve quindi essere modulata in modo da rispondere alle esigenze metaboliche cellulari

Regolazione covalente

Allosterismo

Inibizione enzimatica

+ processo

+ processo

+ processo

Gli enzimi sottoposti a controllo allosterico sono di norma costituiti da più subunità e vanno incontro a un lieve cambiamento conformazionale quando legano in modo specifico, ma non covalente, un effettore allosterico. Gli effettori allosterici sono piccole molecole prodotte dalle attività metaboliche cellulari. A seconda dei casi, la variazione strutturale indotta dagli effettori allosterici può modificare l’attività dell’enzima in senso positivo (aumento dell’attività) o negativo (riduzione dell’attività).

+ go back

Le modificazioni covalenti irreversibili prevedono la rimozione di piccole parti della catena polipeptidica di un precursore enzimatico inattivo. La modificazione covalente consiste nell’idrolisi di uno o più legami peptidici e porta alla produzione dell’enzima attivo.

Le modificazioni covalenti, reversibili o irreversibili, della catena polipeptidica, consistono nel legame di specifici gruppi chimici alle catene laterali di alcuni amminoacidi dell'enzima. Queste modifiche inducono un cambiamento conformazionale cui è associata una variazione di attività in senso positivo o negativo, a seconda dei casi considerati.

La principale modificazione covalente reversibile è la fosforilazione dell'enzima, che consiste nel legame di gruppi fosfato alle catene laterali degli amminoacidi serina, treonina e/o tirosina. Le reazioni di fosforilazione sono catalizzate da enzimi specifici, noti come proteina chinasi. Il processo è reversibile perché, all'occorrenza, altri enzimi chiamati fosfoproteina fosfatasi catalizzano la defosforilazione dell’enzima, ossia la rimozione dei gruppi fosfato.

+ go back

Gli enzimi possono combinarsi con molecole, chiamate inibitori, formando complessi che perdono la capacità di legare il substrato o di catalizzarne la trasformazione. Questo fenomeno prende il nome di inibizione enzimatica. Un esempio importante di inibizione enzimatica è l’inibizione retroattiva (o a feedback negativo): i prodotti finali di una via metabolica spesso agiscono come inibitori degli enzimi che catalizzano le prime reazioni di tale via metabolica.

+ tipologie

- INIBITORI -

reversibili

irreversibili

inibiscono l’enzima legandosi in modo permanente.

si combinano con l’enzima per mezzo di legami deboli e possono quindi venirne allontanati lasciando l’enzima nuovamente attivo. Possono ridurre l’attività degli enzimi in due modi:

1. legandosi nel sito attivo al posto del substrato (inibitori competitivi);
2. legandosi all’enzima in una zona diversa dal sito attivo, formando con questo e con il substrato un complesso cataliticamente inattivo (inibitori non competitivi).

Altri FATTORI che influenzano l'attività enzimatica

L'attività enzimatica è influenzata in modo marcato da alcuni fattori chimico-fisici: pH, temperatura e concentrazione del substrato.

Regolazione del METABOLISMO attraverso gli ENZIMI

Controllo dell’attività catalitica degli enzimi

La regolazione di una specifica via metabolica avviene mediante il controllo dell’attività dell’enzima che catalizza la reazione più lenta, che è la tappa chiave dell’intera via.La tappa chiave è in genere una delle prime reazioni della via metabolica, e l’enzima che la regola è definito enzima chiave di tale via metabolica.

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Controllo delle concentrazioni degli enzimi

Il secondo meccanismo di controllo di una via metabolica si basa sulla variazione delle concentrazioni intracellulari degli enzimi chiave. La concentrazione intracellulare di un enzima può essere variata favorendo o ostacolando due processi opposti: la biosintesi e la degradazione intracellulare dell’enzima. Un aumento della biosintesi di un enzima associato alla riduzione della sua degradazione determina l’incremento della concentrazione intracellulare dell’enzima; al contrario, un aumento del processo degradativo non accompagnato da adeguata biosintesi si traduce nella riduzione della concentrazione dell’enzima.

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Compartimentazione delle vie metaboliche

La terza modalità di controllo consiste nella compartimentazione di enzimi e substrati in specifici distretti cellulari. In questo modo, gli intermedi di vie metaboliche diverse si trovano separati da barriere fisiche, rappresentate dalle membrane che circondano gli organuli cellulari.

Gli ENZIMI e il controllo delMETABOLISMO

Ciclo di Krebs

Glicolisi

+ chiave

+ chiave

Enzima CHIAVE

La regolazione della glicolisi avviene tramite il controllo allosterico della fosfofruttochinasi, l’enzima chiave, appartenente alla famiglie delle trasferasi. Questo enzima è attivato da AMP e fruttosio 2,6-bisfosfato, mentre è inibito da ATP e citrato.

Classi enzimatiche nella glicolisi

In generale, gli enzimi coinvolti nelle due fasi della glicolisi appartengono alle famiglie delle trasferasi, isomerasi, liasi e ossidoreduttasi.

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Enzima CHIAVE

La velocità con cui decorre il ciclo dell’acido citrico è regolata dalla richiesta di ATP da parte della cellula. Il principale enzima regolatore del ciclo di Krebs, ovvero il cosiddetto enzima chiave, è la citrato sintasi, che è inibita da ATP e NADH e attivata da ADP.