Effetti allosterici - Modelli d azione GLI ENZIMI ALLOSEICI hanno più subunità che agiscono in maniera cooperativa. La cinetica enzimatica ha un andamento SIGMOIDE (non MM) Negli enzimi allosterici le subunità catalitiche tendono ad avere due forme conformazionali. Per ragioni storiche: FOMA ESA MINOE AFFINIÀ per il substrato FOMA ILASSAA MAGGIOE AFFINIÀ per il substrato Sono stati proposti due modelli, quello SIMMEICO (MWC) e quello SEQUENZIALE (KNF) S S S S MODELLO SIMMEICO MODELLO SEQUENZIALE
EGOLAZIONE ALLOSEICA : POCESSI COOPEAIVI GLI ENZIMI ALLOSEICI non seguono una cinetica di tipo Michaelis-Menten CINEICA MM attività [substrato] attività [substrato] E n + ns ES n E n + np Equazione di Hill V max [S] h v = h K 0.5 + [S] h h = coeff. di Hill (in genere < n di siti attivi e non necessariamente un numero intero )
Equazione di Hill per un generico ligando E + L EL E n + nl EL n K a = [EL] / [E][L] = k a / k d NB: K a = 1 / K d K a = [EL n ] / [E][L] n K a [L] [E] = [EL] θ = (siti legame occupati) / (siti totali) θ = [L] n / ([L] n + K d ) θ = [EL] / ([E] + [EL]) = K a [L] [E] / ([E] +K a [L] [E]) θ / (1- θ) = [L] n / K d θ = [L] /([L] + 1/K a ) = [L] / ([L] + K d ) log{θ / (1- θ)} = log {[L] n / K d } log{θ / (1- θ)} = log {[L] h / K d } Quando [L] = K d θ = 0,5 K d K 0,5 log{θ / (1- θ)} = log [L] h - logk d eq. Di Hill Kd = costante di dissociazione (M) attivi) Proteina Ligando h = coeff. di Hill (in genere < n di siti K d (M)
Cinetica degli enzimi allosterici: grafico di Hill ligando Equazione di Hill: E n + ns ES n E n + np [S] max max [S] log{ / (1- )} = log [L] h - logkd enzima V max [S] h v = h K 0.5 + [S] h NB: θ v se θ 1, v V max θ / (1- θ) v / V max - v log v / (V-v) log[s]
MIOGLOBINA (monomerica) ed EMOGLOBINA (tetramerica) I termini ESO e ILASSAO derivano originalmente dalla descrizione delle forme dell EMOGLOBINA, e dalla sua cinetica di rilascio dell ossigeno. Questa proteina, anche se non è un enzima, è l esempio classico di allosterismo. L EMOGLOBINA è una proteina tetramerica, presente negli eritrociti, che trasporta O 2 nel sangue mentre la MIOGLOBINA è una proteina monomerica simile ad una subunità dell emoglobina, che serve come riserva di O 2 nel muscolo. Nella MIOGLOBINA, il legame/rilascio di O 2 segue una cinetica tipo Michaelis-Menten mentre nell EMOGLOBINA è un processo cooperativo (cinetica tipo Hill) Fe 2+ His distale N NH His prossimale O 2 0.4 Å eme protoporfirina IX (ematina = Fe 3+ :pix) His prossimale His distale
Effetto allosterico del legame dell ossigeno nell emoglobina
regolazione allosterica omotropica dell emoglobina L EMOGLOBINA è composta da 4 subunità con due tipi di catena: tetramero tipo α 2 β 2 In assenza di ossigeno (desossihb) le subunità sono più compatte (FOMA ESA) I contatti fra subunità sono ricchi in ponti salini e legami-h (superfici con contatti slittanti, regioni di scorrimento). I terminali-n e -C delle catene polipeptidiche α e β si trovano nella cavità (interstizio) al centro del tetramero e sono ricchi in residui cationici che formano diversi contatti salini Il legame di O 2 allo ione Fe 2+ in una delle subunità α della desossihb (le sole accessibili a O 2 nella forma tesa) causa lo spostamento della istidina prossimale. Questo movimento si propaga lungo la catena ed è amplificato, portando a spostamenti nei contatti slittanti con le altre subunità. Gli effetti conformazionali causati dal legame di O 2 ad una subunità (rilassamento) sono quindi trasmessi anche alle altre subunità che passano a loro volta dalla forma tesa alla forma rilassata ( ossihb).
regolazione allosterica omotropica dell emoglobina Il legame con O 2 causa variazioni conformazionali che portano allo slittamento delle interfaccie fra subunità
regolazione allosterica eterotropica dell emoglobina EFFEO BOH: La deossihb è un acido più debole della ossihb. La forma tesa espone diversi residui che possono legare H +. Il legame di protoni porta alla formazione di ponti salini che favoriscono la forma tesa ed il rilascio di O 2. Nei tessuti il ph si abbassa a causa dell'equilibrio anidrasi carbonica CO 2 + H 2 0 H 2 CO 3 HCO 3- + H + EFFEO DI CO 2 : A parte partecipare nell effetto Bohr, il CO 2 lega ai gruppi α-amminici N- terminali delle subunità α nella cavità interstiziale formando carbammato, con variazione della carica da positiva a negativa. I terminali sono attirati da residui con carica negativa sul C- terminale dell altra subunità α, favorendo la forma ESA
regolazione allosterica eterotropica dell emoglobina EFFEO DI BPG (bisfosfoglicerato): I globuli rossi (eritrociti) di alcuni mammiferi (incluso l uomo e i primati) hanno un'alta concentrazione di BPG, che è anionico. Si lega ai residui cationici presenti nei terminali delle catene β a livello dell interstizio e favorisce la forma tesa (deossi). - - - - - 2,3-bisfosfoglicerato
Anemia falciforme, la prima malattia genetica molecolare ad essere identificata β β forma desossi