REGOLAZIONE DELL ATTIVITA ENZIMATICA 1) MODULAZIONE ALLOSTERICA NON-COVALENTE (REVERSIBILE)

Transcript

1 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)

2 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

3 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 proteinafosfatasi sono a loro volta regolate e in genere inserite in una cascata di fosforilazioni innescate da un segnale. Fosforilasichinasi Fosforilasifosfatasi 2 subunità ciascuna con un sito di fosforilazione Glicogenofosforilasi b (meno attiva) LA FOSFORILAZIONE PUÒ INIBIRE O ATTIVARE L ENZIMA. Glicogenofosforilasi a (più attiva) DEGRADAZIONE DEL GLICOGENO

4 ZIMOGENI MODULAZIONE 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

5 MODULAZIONE ALLOSTERICA NON-COVALENTE Enzimi allosterici: attività catalitica influenzata da cambiamenti della loro struttura Aggiungendo ancora substrato: transizione T > R completa 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 substrato Enzima 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

6 Substrato = modulatore omotropico positivo dell enzima Gli enzimi allosterici possono essere regolati controllando la concentrazione di substrato E T S E R S Il substrato influenza l equilibrio fra stato a bassa affinità e stato ad alta affinità. S L affinità dell enzima per il substrato è data dalla K 0.5 Vmax [S] che permette di raggiungere metà della Velocità massima di reazione Equazione cinetica: v 0 = Vmax [S] n K 0.5n + [S] n K 0.5

7 Regolazione eteroallosterica MODULATORI ALLOSTERICI POSITIVI (ATTIVATORI) MODULARORI ALLOSTERICI NEGATIVI (INIBITORI) Possono modificare la K 0,5 o la Vmax o entrambe Cambia la K 0,5 ma non la Vmax Cambia la Vmax ma non la K 0,5 + attivatore + attivatore + inibitore + inibitore

8 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 Sito catalitico Sito regolatore substrato Attivatore stabilizzandola. 5) Un attivatore allosterico Enzima Stato T inattivo favorisce la forma R dell enzima Legame con attivatore rendendola molto più affine al substrato Enzima Stato R Complesso Enzima attivo-substrato

9 Esempio di modulazione allosterica: la PKA, coinvolta nella trasduzione del segnale attraverso la membrana plasmatica che attiva l adenilato ciclasi. ATP PP i Adenilato ciclasi AMP ciclico (5 3 -adenosina-monofosfato) Attivatore allosterico della PKA (proteinachinasi A, fosforila varie proteine target) PKA: 2 domini REGOLATORI (ciascuno con 2 siti di legame per il camp) 2 domini CATALITICI PKA attiva PKA inattiva PKA attiva Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, zanichelli editore S.p.A. Copyright 2007

10 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 un enzima allosterico che viene inibito allostericamente dal prodotto che si ottiene nell ultima reazione della via. Sintesi di Isoleucina a partire da Treonina: processo in 5 reazioni. La prima è catalizzata dalla treonina deidratasi che è inibita allostericamente dalla Isoleucina (prodotto finale)