Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Sistemi di REGOLAZIONE enzimatica - Coggle Diagram
Sistemi di REGOLAZIONE enzimatica
Regolazione
ALLOSTERICA
Un tipo di regolazione che caratterizza le proteine a
struttura quaternaria
in cui oltre ad un
sito di CATALISI
ritroviamo anche un sito di legame per un
EFFETTORE ALLOSTERICO
il quale cambia la conformazione dell'enzima e ne influenza in qualche modo il meccanismo
Questo tipo di enzimi
non seguono la cinetica di tipo Michaelis-Menten
bensì nel grafico concentrazione di substrato velocità iniziale presentano un
andamento SIGMOIDE
Il legame con l'effettore porta a una variazione conformazionale che si trasmette via via in tutte le altre subunità della proteina tramite un
EFFETTO COOPERATIVO
Es: la
ASPARTATO TRANSCARBAMMILASI
(ATCasi)
La sua struttura è caratterizzata da 12 subunità di cui 6 presenta un
sito catalitico
mentre le altre 6 presentano un
sito regolativo (allosterico)
Le
subunità catalitiche
sono organizzate in
2 trimeri
che costituiscono il nucleo dell'enzima mentre le
subunità regolative
sono organizzate in
3 dimeri
che circondano il nucleo della cellula
Tutte queste informazioni riguardo le strutture sono state ottenute tramite la cristallizzazione di un composto stabile ed inattivo dell' enzima con un inibitore analogo dei substrati: il
PALA
.
Come ogni proteina dalla struttura quaternaria è caratterizzato da
due conformazioni
: una
tense (T)
, caratterizzata da un numero maggiore di interazioni quaternarie ed una
relaxed (R)
, che ne presenta meno
Il
legame dei substrati
con uno dei siti catalitici
stabilizza la
conformazione R
e aumenta l'affinità di tutte le altre verso il substrato che a loro volta stabilizzeranno al conformazione R (più conformazioni R ci sono più l'equilibrio si sposta verso R)
Questo enzima catalizza la prima reazione di una via metabolica che porta alla formazione di
CITIDINA TRIFOSFATO (CTP)
ovvero un
nucleotide pirimidinico
partendo da carbamil-fosfato e da un aspartato come substrati
L'effettore allosterico
di questa reazione che ha un effetto
INIBITORE
è proprio il
prodotto stesso del flusso metabolico
, ovvero la
CTP
Questo tipo di reazione si definisce a
FEEDBACK NEGATIVO
ovvero, il prodotto della reazione è lo stesso inibitore di una futura reazione
Una regolazione molto efficace perché la stessa reazione evita che se ne produca in eccesso
Il
legame della CTP
con i siti allosterici delle subunità catalitiche
stabilizzano la conformazione T
e
sposta l'equilibrio
in modo progressivamente maggiore delle altre subunità
verso la conformazione T
.
Vi è tuttavia anche una forma di inibizione nei confronti dell'inibizione della CTP
L'
ATP
infatti si comporta come un
inibitore reversibile competitivo della CTP
. Compete con questa per il legame con il sito allosterico presentano però un
effetto stabilizzante per la conformazione R
, quindi incentivante del legame con i substrati
Questo perché l'ATP è costituito da un nucleotide purinico mentre la CTP è un nucleotide piridinico. Posto che sono necessari entrambi i nucleotidi per sintetizzare gli acidi nucleici, un abbondante presenza di nucleotidi purinici incentiva una produzione di nucleotidi piridinici così da pareggiarne la quantità presente
La conformazione
T
presenta una
notevole minore affinità con i substrati
, diminuendo così l'efficienza catalitica dell'enzima.
Regolazione per
LEGAME COVALENTE
Questa è un tipo di regolazione che prevede l'attivazione di un enzima in seguito al legame covalente di piccoli gruppi chimici all'enzima inattivo o
PROENZIMA
Ve ne sono di diversi tipi ma la più comune è
FOSFORILAZIONE
ovvero l'attivazione o disattivazione di un enzima attraverso il legame di uno o più
GRUPPI FOSFATO
Il gruppo fosfato è in grado di cambiare lo stato di un enzima in quanto questo è un
residuo ingombrate e che trasporta due cariche negative
in grado creare numerose interazioni con i più svariati substrati o di cambiare la conformazione stessa dell' enzima/substrato
Questo tipo di reazione regolativa deve a sua volta essere catalizzata da enzimi che leghino il gruppo fosfato alla proteina enzimatica ovvero le
PROTEIN CHINASI
Meccanismo di
RICONOSCIMENTO DEL SUBSTRATO
L'addizione del fosfato alla proteina deve necessariamente avvenire su di una serina, treoina o tirosina poiché deve
obbligatoriamente esserci un GRUPPO OSSIDRILE
*vedi meccanismo di legame
Perchè la chinasi però inizi il meccanismo di catalisi è necessario che questa riconosca sull'enzima/substrato una
specifica sequenza (primaria) di amminoacidi
al cui interno vi è anche l'amminoacido direttamente oggetto di catalisi definito
SEQUENZA CONSENSUS
e dà appunto il consenso alla chinasi per fosforilare
Meccanismo di
LEGAME DEL FOSFATO
alla proteina
Il gruppo fosfato
rigorosamente derivato dalla lisi di un ATP
Il fosforo elettrofilo coinvolto nel doppio legame con l'ossigeno del gruppo fosfato viene aggredito dal gruppo OH dell'enzima che si ci sia addiziona formando un intermedio bipiramidale a base trigonale
Il gruppo OH+ si deprotona in favore di uno degli ossigeni negativi, formando un legame etereo tra l' enzima e il fosfato, dopodichè il gruppo ossidrilico per riformare il doppio legame tra l'ossigeno e il fosfato e esce come gruppo OH-
1 more item...
Molto spesso gli stessi enzimi che fosforilano un enzima sono stati a loro volta attivati attraverso fosforilazione
Questo permette che si generi una sorta di
EFFETTO CASCATA
per cui essendoci una sempre maggiore quantità di enzima catalizzante vi è sempre una maggiore quantità di substrato catalizzato
aumentando in modo esponenziale l'efficenza catalitica e la velocità di reazione
Es: la
GLICOGENO FOSFORILASI
: un' enzima fosforilante che lide una molecola di glicogeno tramite fosforilazione per produrre fosfo-glucosio
La
fosforilasi a
è la forma fosforilata e
attiva
mentre la
fosforilasi b
è la forma non fosforilata ed è
inattiva
L'enzima che fosforila la glicogeno fosforilasi è la
FOSFORILASI CHINASI
ed agisce su una serina presente nella
sequenza consensus: Arg-Arg-X(residuo variabile)-Ser-Ile
Perchè avvenga la fosforilazioni non possono essere usati gli stessi enzimi e in generale le
CHINASI
ma bisogna che queste reazioni siano catalizzate da delle
FOSFATASI
Esempio di regolazione
mista allosterico/covalente
PROTEIN CHINASI A (PKA)
Enzima dalla struttura quaternaria formato da 4 subunità: due catalitiche e due regolatorie
Quando le due unità catalitiche sono legate alle unità regolative l'enzima è inattivo
Quando
l'effettore allosterico
cAMP
si lega al sito regolatorio le unità catalitiche si staccano, si attivano e iniziano la loro azione di fosforilazione che cerca sequenze consenso Arg-Arg-X(variabile)-Ser-Ile
Se il
cAMP
si stacca dalle subunità regolative queste tornano a "ingannare" le subunità catalitiche con la pseudosequenza consenso inattivando l'enzima
Le subunità contengono una
pseudosequenza consenso
che porta le subunità regolative a essere delle sorte di inibitori analoghi del substrato che inattivano l'enzima
Regolazione per
espressioni di forme multiple
Si utilizzano
ISOENZIMI
: ovvero enzimi molto simili tra loro decodificati da geni
PARALOGHI
con solo minime variazioni che comportano anche qualche variazione funzionale in base al luogo o al momento in cui vengono usati.
Es: la
LATTATO DEIDROGENASI
: la proteina che trasporta ossigeno nei ratti formata da un tetramero di subunità ciascuna delle quali che si presenta in
due isoforme
differenti:
H
e
M
Si nota che nel cuore vi sono tetrameri formati solamente da isoforme H e nei muscoli da sole isoforme M
Isoforma M
ha
minore affinità con l'O2
quindi serve nei
muscoli
dove c'è carenza di ossigeno
Isoforma H
ha
maggiore affinità con l'O2
quindi serve nel
cuore
dove c'è alta presenza di ossigeno
Per la formazione del tetramero sono possibili tutte le diverse "gradazioni di isoforme"
Regolazione per
MODIFICAZIONE PERMANENTE
Gli enzimi vengono sintetizzati sotto forma di
proenzimi inattivi (ZIMOGENI)
e vengono poi
irreversibilmente attivati
tramite
PROTEOLISI
ovvero taglio di una parte dell' enzima che solitamente interessa il sito attivo da parte di un gruppo di enzimi:
PROTEASI
Questa è una misura che si utilizza in caso di enzimi delicati e pericolosi che necessitano di attente regolazioni
Es:
enzimi digestivi
che se non controllati digerirebbero i tessuti
Vengono prodotti come
zimogeni
nel pancreas e attivati una volta arrivati nell'intestino
Es:
CHEMIOTRIPSINA
Viene sintetizzata come zimogeno ovvero
CHEMIOTRIPSINOGENO
Grazie all'azione della
TRIPSINA
avviene la proteolisi del chemiotripsinogeno per divenire una forma poco attiva che successivamente si autolide divenendo pienamente attiva
A sua volta la tripsina era stata attivata per proteolisi da un altro enzima a partire dal suo zimogeno: l
'ENTEROPEPTIDASI
Si viene così a creare un
EFFETTO CASCATA
per cui essendoci una sempre maggiore quantità di enzima catalizzante vi è sempre una maggiore quantità di substrato catalizzato
aumentando in modo esponenziale l'efficenza catalitica e la velocità di reazione
1 more item...
La
proteolisi
genera una
variazione conformazionale nella proteina substrato
, se pur solitamente lieve, che attivano l'enzima liberando spesso il sito attivo
Es. enzimi che avviano la
coagulazione sanguigna
.
La coagulazione non è altro che un fenomeno che sfrutta la rapidità dell' effetto cascata dell' attivazione tramite zimogeni.
Nel sangue infatti sono già presenti una serie di zimogeni i cui enzimi sono proteasi per altri zimogeni e così la coagulazione riesce ad esser un processo immediato ed efficace nelle quantità di substrato catalizzato
La catena prosegue sino alla
TROMBINA
che è la
protesi
del
FIBRINOGENO
, ovvero lo zimogeno della
FIBRINA
: proteina reticolare che ingloba all'interno molte componenti del sangue formando il
COAGULO
Il
fibrinogeno
è costituito da un
dimero di tre catene α,β e γ.
Le prime due convergono al centro nel sito di legame la terza si posiziona all'esterno dei dimeri
La
trombina
rompe delle estremità sporgenti
(
fibrinopeptidi
) delle catene
α e β
dal centro catalitico. Questo fa si che
le estremità restanti delle catene riescano ad incastrarsi con
le catene
γ
esterne di altre fibrine, formando un
polimero reticolato
che formerà un coagulo
Anche questo processo necessita di una regolazione altrimenti si formerebbero coaguli incontrollati che ostruirebbero i capillari
2 more items...