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Misure con biomarcatoriII. Enzimologia
Prof. Giorgio SartorCorso di Laurea Specialistica in Scienze per l’Ambiente e il Territorio
Copyright © 2001-2006 by Giorgio Sartor.
All rights reserved.
Versione 3.0 - gennaio 2006
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 2
Spontaneità
• Una qualunque reazione chimica avviene
spontaneamente se e solo se la variazione di energia libera (G) è negativa:
GT,p < 0
GT = H – TS
• A T e p costanti
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 3
Spontaneità
• Quindi, data una qualunque reazione chimica
A B
• Essa avviene spontaneamente se le energie libere molari
GB < GA
• Più in generale qualunque trasformazione avviene se e solo se:
Gfinale < Giniziale
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 4
Spontaneità ed equilibrio
• QuandoGB = GA
• Quindi G = 0
• La reazione è all’equilibrio
BA
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 5
Spontaneità e realtà
• Questo non significa che una reazione chimica (un processo) esoergonica (G < 0) avvenga con velocità apprezzabile.
G°’ = -7.3 kcal·mole-1 (-30.6 kJ·mole-1) a pH 7G° = -10 kcal·mole-1 (-42 kJ·mole-1) a pH 9
NO
N
N
OHOHN
NH2OP
O
O
O
P
O
OO
P
O
OO
NO
N
N
OHOHN
NH2OP
O
O
O
P
O
OO
HO
H
OP
O
OO
..
+
ATP + H2O
ADP + Pi
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Energia di attivazione
• In soluzione l’ATP è stabile perché esiste l’energia di attivazione.
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 7
Catalisi
• In assenza di catalizzatore:
A + B C + D
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 8
Catalisi
Coordinate di reazione
En
erg
ia lib
era
G
G*
A + B
C + D
G* = Energia di attivazione
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 9
Catalisi
• In presenza di catalizzatore:
A + K AKAK + B ABK
ABK C + D + K
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Catalisi
G* c
Coordinate di reazione
En
erg
ia lib
era
G
G* c = Energia di attivazione in presenza di catalizzatore
A + B + K
C + D + K
AK + B
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 11
Controllo termodinamica e controllo cinetico di una
reazione
• Ogni reazione può avvenire se e solo se è termodinamicamente favorita (G < 0),
• Avviene se e solo se vi è abbastanza energia per superare l’energia di attivazione:
H202 H2O + ½ O2
• Catalizzatore:– Nessuno H* = 18 kcal·mole-1
– Platino H* = 11.7 kcal·mole-1
– Catalasi H* = 5.5 kcal·mole-1
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In una reazione chimica
A Bv = k · [A]
[A]
Velo
cità
di re
azi
one
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 13
In una reazione enzimatica
E + S ES E + P
[S]
Velo
cità
di re
azi
one
v = k' [Eo][S]
v = k'' [Eo]
Bassa concentrazionedi substrato
Alta concetrazionedi substrato
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 14
Enzimi
• Gli enzimi sono sistemi catalitici, in genere…
… proteine
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 15
Enzimi
• Gli enzimi sono sistemi catalitici, in genere…
… proteine
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 16
Specificità degli enzimi
• Specificità – Stereochimica – Assoluta– Di gruppo– Di legame
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 17
Specificità degli enzimi
• Specificità stereochimica
HOH
OH2
34
56
7
89
10
1112
13
14 15
16
17
1 2
34
56
7
89
10
1112
13
1415
16
17
1
steroide 11--monossigenasi
11--idrossi steroide
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Specificità degli enzimi
• Specificità assoluta
CH2OPO3H-
OHH
OHH
HOH
HOH
CH2OH
CH2OPO3H-
OHH
OHH
HOH
O
CH2OH
mannitolo-1-fosfato deidrogenasi
fruttoso-6-fosfatomannitolo-1-fosfato
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Specificità degli enzimi
• Specificità di gruppo– Proteasi
…-Leu-Arg-Gly-Phe-…
Taglia qui
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Specificità degli enzimi
• Specificità di legame– Esterasi
Estere Acido + Alcool
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 21
Classificazione degli enzimi
• Singolo enzima– Ureasi
• Complesso enzimatico– Complesso piruvato deidrogenasi
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 22
Classificazione gerarchica degli enzimi
• Ogni enzima viene classificato a secondo della reazione che catalizza.
• Viene classificato con un numero:
• EC X.Y.Z.T• X = classe• Y = sottoclasse• Z = sotto-sottoclasse• T = numero dell’enzima nella sotto-sottoclasse
– http://www.genome.jp/dbget-bin/get_htext?ECtable+-f+T+w+A– http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/enzymes/
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 23
Classificazione gerarchica degli enzimi
• Classi:– 1. Ossidoreduttasi
• Catalizzano una reazione redox.
– 2. Transferasi• Catalizzano il trasferimento di un gruppo da una
molecola ad un’altra: X-Y + Z X-Z + Y le chinasi trasferiscono un gruppo fosfato.
– 3. Idrolasi• Catalizzano la scissione idrolitica di legami C=O, C-N,
C-C, P-O-P,…
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 24
Classificazione gerarchica degli enzimi
• Classi:– 4. Liasi
• Catalizzano scissioni di legami con meccanismi diversi dalle Ossidoreduttasi e dalle Idrolasi.
– 5. Isomerasi• Catalizzano modificazioni geometriche.
– 6. Ligasi (Sintetasi)• Catalizzano l’unione di due molecole accoppiata al
consumo di ATOP o di un altro nucleotide trifosfato.
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 25
Classificazione gerarchica degli enzimi
• Per esempio:
Alcool + NAD+ Aldeide o chetone + NADH
• Nome comune: alcool deidrogenasi• Nome sistematico: alcool:NAD+ ossidoreduttasi• EC 1.1.1.1
La classe - Ossidoreduttasi
La sottoclasse – Agiscono sul gruppo di donatori CH-OH
La sotto-sottoclasse – con NAD+ o NADP+ come accettori
Numero dell’enzima nella sotto-sottoclasse
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 26
Isoenzimi
• Questa classificazione NON riguarda gli enzimi in quanto proteine ma in quanto CATALIZZATORI
• La classificazione riguarda quindi gli enziomi che catalizzano una reazione.
• Proteine diverse (con diversa struttura primaria) che catalizzano la stessa reazione, sono
ISOENZIMI
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 27
Isoenzimi
• Sono le forme multiple dovute a differenze, determinate geneticamente, di struttura primaria
• Sono anche isoenzimi quelle proteine che svolgono la stessa funzione ma sono geneticamente indipendenti, per esempio:
• EC 1.1.1.37 malato deidrogenasi– Citosolica (codificata dal DNA nucleare)– Mitocondriale (codificata dal DNA mitocondriale)
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 28
Cenni di cinetica chimica
• All’equilibriov1 = v-1
Velocità diretta v1 = - = k1[A]d[A]
dt
Velocità inversa v-1 = - = k-1[B]d[B]
dt
BAk1
k-1
k1
k-1[A]eq
[B]eq= = Keq
k1[A]eq = k-1[B]eq
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 29
Cenni di cinetica chimica• Ordine di reazione
– I ordinev1 = k1[A]
– II ordinev1 = k1[A]2
oppurev1 = k1[A][B]
• I ordine rispetto ad A• I ordine rispetto a B• II ordine globale
– Ordine 0v1 = k1
• indipendente dalla concentrazione dei reagenti
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 30
Dipendenza dalla temperatura• La velocità di una reazione dipende dalla
temperatura attraverso la costante di velocità k
• All’equilibrio
Keq = = = Z ek1
k-1
A1 e-
Eatt1
RT
A-1 e-
Eatt-1
RT
-Eatt
RT
v = k[A]
k = A e -Eatt
RT
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 31
Dipendenza dalla temperatura
Keq = Z e -Eatt
RT
Keq = e -H
RT
lnKeq = -H
RT
Coordinate di reazione
En
erg
ia
Eatt 1-Eatt -1 = Eatt
Eatt
Eatt 1
Reagenti
Prodotti
Eatt -1
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 32
Dipendenza dalla temperatura
1/T (K)
ln K
eq
ln Keq = -H/R 1/T
pendenza = -H/R
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Dipendenza dalla temperatura
• All’equilibrio
G = G°+ RT lnProdotti]
Reagenti]
= Keq; G = 0Prodotti]
Reagenti]
0 = G°+ RT ln Keq
G° = - RT ln Keq
G° = H° - TS°
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 34
Enzima e substrato
• In una reazione tra enzima (E) e substrato (S), possiamo distinguere tre fasi:
1. Legame tra E e S per formare il complesso ES
E + S ES [E]>>[S]Stato prestazionario
2. Stato stazionario
3. Scompare il substrato, [ES] diminuisce, v diminuisce
= 0;d[ES]
dt
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 35
Enzima e substrato
tempo
Conce
ntr
azi
one
1a faseStato
prestazionario
2a faseStato
stazionario3a fase
Fine
d[P]/dt cost.Prodotto
ES
d[P]/dt = cost.
d[ES]/dt = 0
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 36
Enzima e substrato• In una reazione enzimatica l’ordine di
reazione è variabile
[S]
Velo
cità
di re
azi
one
v = k[E][S]Ordine 1 v = k[E]
Pseudo ordine 0
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 37
Enzima e substrato• In una reazione enzimatica l’ordine di
reazione è variabile
[S]
Velo
cit à
[S]
Velo
cit à
Ordine 1 Ordine 0
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 38
Trattamento secondo Michaelis e Menten• In una reazione enzimatica:
• Per l’equilibrio veloce (1)
E + S ES (veloce) (1)k1
k-1
ES E + P (lento) (2)k2
vdiretta = k2[ES]
[ES] = [E][S]k1
k-1
K = =k1
k-1
[ES]
[E][S]
INDETERMINABILE
INDETERMINABILE
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 39
Trattamento secondo Michaelis e Menten• Per l’equilibrio veloce (1)
[Etot] misurabile
[Etot] = [E] + [ES]
[ES] = [E][S]k1
k-1
K = =k1
k-1
[ES]
[E][S] INDETERMINABILE
[ES] = ([Etot]-[ES]) [S]k1
k-1
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 40
Trattamento secondo Michaelis e Menten• Da cui
[ES] =
k1
k-1
[Etot][S]
+ [S]
k1
k-1 = Kd
E + S ES
k1
k-1
= Kd = KM
[E][S]
[ES]
Costante di dissociazionedel complesso ES
Costante di Michaelis e Menten
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 41
Trattamento secondo Michaelis e Menten
• La concentrazione del complesso ES
• Poiché:vdiretta = k2[ES]
[ES] = [Etot][S]
KM + [S]
vdiretta = k2[Etot][S]
KM + [S]
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 42
Trattamento secondo Michaelis e Menten• Quando tutto Etot diventa ES allora la velocità sarà
massima.
Vmax = k2[Etot]
• Quando il substrato satura l’enzima allora la velocità sarà massima
v = Vmax[S]
KM + [S]
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 43
Equazione di Michaelis e Menten
v = Vmax[S]
KM + [S]
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 44
Efficienza catalitica o numero di turnover
• k2 è detta anche kcat e si ottiene:
• k2 è detto anche numero di turnover (Moli di substrato consumate per secondo per moli di enzima) si esprime in s-1.
~1 s-1 < k2 < 106 s-1
kcat = Vmax
[Etot]
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 45
Trattamento secondo Michaelis e MentenBassa concentrazione
(relativamente) di substrato: [S]<<KM (Ordine 1)
[S]
Velo
cità
di re
azi
one
Alta concentrazione di substrato: [S]>>KM (Ordine 0)
v = Vmax[S]
KM
v = = Vmax Vmax[S]
[S]
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 46
Trattamento secondo Briggs-Haldane
• Da un punto di vista formale il trattamento è lo stesso di M.M., cambia il significato cinetico di KM
• Allo stato stazionario:
E + Pk2
E + S ESk1
k-1 k-2
d[ES]
dt= 0 = k1[E][S] - (k-1[ES] + k2[ES])
[ES] = k1[E][S]
(k-1 + k2)
formazione di ES scomparsa di ES
v = Vmax[S]
KM + [S]KM =
k1
k-1 + k2
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 47
Significato di KM
• KM è una concentrazione:
• È la concentrazione di substrato al quale la velocità della reazione è metà della Vmax
KM = Kd = = ; mol[E][S]
[ES] k1
k-1
v = = ; Vmax
2
Vmax[S]
KM + [S]= ;
12
[S]
KM + [S]
KM = [S]
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 48
Significato di Vmax
• Vmax è legata a k2
Vmax = k2[Etot]
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 49
Significato di KM e Vmax
[S]
v
v = Vmax
Vmax
KM
2
Vmax[S]
KM
v =
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 50
Linearizzazione dell’equazione di Michaelis e Menten
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 51
Lineweaver-Burk
• Inversione
v = Vmax[S]
KM + [S]
= = +Vmax[S]
KM + [S]1v
KM
Vmax [S]
1 1
Vmax
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 52
Lineweaver-Burk
= +1v
KM
Vmax [S]
1 1
Vmax
1/[S]
1/v
1/Vmax
-1/KM 0
Pendenza = KM/Vmax
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 53
Eadie-Hofstee• Trasformazione
[S]
vKM v[S]+ = Vmax[S]
KM[S]KM
vKM + = Vmax
KM
v
v (KM + [S]) = Vmax[S]
vKM + v[S] = Vmax[S]
1KM[S]
v= -
Vmax
KM
v v
v/[s]
Vmax/KM
Pendenza = - 1/KM
Vmax
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 54
Eadie-Hofstee (oppure)• Trasformazione
[S]
vKM v[S]+ = Vmax[S]
KM[S]KM
vKM + = Vmax
KM
v
v (KM + [S]) = Vmax[S]
vKM + v[S] = Vmax[S]
[S]v
= -KM + Vmaxv
v
v/[s]
Vmax/KM
Pendenza = - KM
Vmax
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 55
Reazioni enzimatiche con più substrati
• Meccanismo sequenziale: i substrati si legano in modo sequenziale:
• Prima uno poi l’altro in ordine preciso:– Meccanismo sequenziale ordinato
• Senza un ordine preciso:– Meccanismo sequenziale casuale
• Meccanismo a ping-pong
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 56
Meccanismo sequenziale ordinato
A + B P + QE
E + A EA; EA + B EAB;
EAB EPQ; EPQ EQ + P;
EQ E + Q
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 57
Meccanismo sequenziale casuale
A + B P + QE
E + A EA
EAB EPQ
E + B EB
EP E + P
A
B
EQ E + Q
Q
P
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 58
Meccanismo a ping-pong
A + B P + QE
E + A EA E'P E' + P
E' + B E'B EQ E + Q
E E'A E'P E' E'B EQ E
A P B Q
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 59
Meccanismo a ping-pong
• Così funziona l’esochinasi
ATP + D-glucoso ADP + Glucoso-6-PE
E EATP EP E-P-glucoso E-glucoso-P E
ATP ADP
D-glucoso glucoso-6-P
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 60
Reazioni enzimatiche con più substrati
• Il trattamento è complesso, occorre fare lo studio cinetico tenedo fissa la concentrazione di uno dei substrati (B) variando l’altro (A), così, di grafici di Lineweaver-Burk si può avere una descrizione del meccanismo:
1/[A] 1/[A]
1/v 1/v
[B] [B]
Sequenziale casuale Ping-pong
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 61
Regolazione dell’attività enzimatica
• I fattori che regolano l’attività enzimatica sono:– Temperatura
• Enzimi solubili o di membrana
– pH– Effettori
• Inibitori (inattivatori)• Attivatori• Effetti allosterici
– Concentrazione di substrati e prodotti• Vie metaboliche
– Repressione o induzione genica
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 62
Temperatura
• La velocità delle reazioni chimiche dipende dalla temperatura.
• La stabilità di una proteina dipende dalla temperatura.
Temperatura
Velo
cità
optimum
Aumento cinetico Denaturazione
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 63
Temperatura• La temperatura influenza la fluidità di membrana
Ln v
Temperaturabassa
1/T 1/T
Ln v
Temperaturabassa
Temperaturaalta
Temperaturaalta
Temperaturadi transizione
della fase lipidica
Enzima solubile Enzima di membrana
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 64
pH
• La stabilità di una proteina dipende dal pH.• Alcuni processi coinvolgono valori estremi di
pH
Velo
cità
rela
tiva
pH
TripsinaPepsina Aceticolinesterasi
2 6 10
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 65
Effettori
• Attivatori• Inibitori
• La differenza non è netta, la stessa molecola può funzionare in entrambi i modi a seconda delle condizioni– Carica– Concentrazione– Enzima legato ad altre molecole – …
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 66
Inibitori
• Si definiscono inibitori quelle molecole che diminuiscono l’attività di un enzima, possono dare
• Inibizione reversibile – Modificano in modo reversibile (in genere attraverso
un legame non covalente) l’enzima
• Inibizione irreversibile– Modificano in modo irreversibile l’enzima
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 67
Inibitori reversibili
• A secondo delle loro caratteristiche si definiscono:
– Inibitori competitivi– Inibitori non competitivi– Inibitori acompetitivi
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 68
Inibitori competitivi
• Agiscono competendo con il substrato per lo stesso sito di legame, agiscono quindi sulla formazione del complesso ES.
• L’inibizione è rimossa aumentando la concentrazione di S
E + PS ES
I EI E + P
E +
KM
Ki
Ki =[EI ]
[I ][E]
KM =[ES]
[S][E]
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 69
Inibitori competitivi
• Senza inibitore
• Con inibitore
[S]
v
v = KM + [S]
Vmax [S]
[I ]
Ki
v =
KM ( 1 + ) + [S]
Vmax [S]
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 70
Inibitori competitivi
• Senza inibitore
• Con inibitore1/[S]
1/V
0-1/KM(app)
1/Vmax
= +1v
KM
Vmax [S]
1 1
Vmax
= ( 1 + ) +1v
KM
Vmax [S]
1 1
Vmax
[I ]
Ki
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 71
Inibitori competitivi
• Sono molecole simili al substrato
• Occupano lo stesso sito di legame
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 72
Inibitori non competitivi• Agiscono legandosi in un sito diverso dal sito
di legame del substrato il quale può comunque legarsi.
• L’inibizione NON è rimossa aumentando la concentrazione di S
E + PE + S ES
+ I
EI + S
+ I
ESI
KM
KM
KiKi
Ki = = [EI ]
[I ][E]
KM =[ES]
[S][E]
[ESI ]
[I ][ES]
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 73
[I ]
Ki
( 1 + )
v = KM + [S]
Vmax [S]
v =
KM + [S]
Vmax[S]
Inibitori non competitivi
• Senza inibitore
• Con inibitore
[S]v
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 74
= +1v
KM
Vmax [S]
1 1
Vmax
= ( 1 + ) + ( 1 + ) 1v
KM
Vmax [S]
1 1
Vmax
[I ]
Ki
[I ]
Ki
Inibitori non competitivi
• Senza inibitore
• Con inibitore 1/[S]
1/V
1/Vmax
-1/KM 0
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 75
Inibitori non competitivi
• Sono molecole diverse dal substrato, si legano ad un proprio sito
• Ioni metallici (Cu++)• Complessanti (EDTA)• Modulatori
gs © 2001-2006 ver 3.0 Misure con biomarcatori II 76
Inibitori acompetitivi
• Agiscono legandosi e bloccando il complesso enzima-substrato.
E + PE + S ES
+ I
ESI
KM
Ki Ki =[ESI ]
[I ][ES]
KM =[ES]
[S][E]
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[I ]
Ki
( 1 + )
[I ]
Ki
( 1 + )
v = KM + [S]
Vmax [S]
v = KM
Vmax[S]
+ [S]
Inibitori acompetitivi
• Senza inibitore
• Con inibitore
[S]
v
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= +1v
KM
Vmax [S]
1 1
Vmax
= + ( 1 + ) 1v
KM
Vmax [S]
1 1
Vmax
[I ]
Ki
Inibitori acompetitivi
• Senza inibitore
• Con inibitore 1/[S]
1/V
0-1/KM(app)
1/Vmax
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Riassumendo…• Inibizione
competitiva
• Inibizione non competitiva
• Inibizione acompetitiva
KM =[ES]
[S][E]
Ki =[EI ]
[I ][E]
Ki' =[ESI]
[I ][ES]
E + PE + S ES
KM
+ I
EI + S
Ki
E + PE + S ES
+ I
ESI
KM
Ki'
+ I
EI + S
Ki
KM
E + PE + S ES
+ I
ESI
KM
Ki'
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…riassumendo
Tipo di inibizione VMAXapp KM
app
Nessuna VMAX KM
Competitiva VMAX aKM
Non competitiva VMAX/a’ aKM /a’
Acompetitiva VMAX /a’ KM /a’
[I ] a = (1 + )
Ki
[I ] a' = (1 + )
Ki'
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Inibitori irreversibiliInibitore Formula Origine Meccanismo
Ione cianuro CN- Mandorle amare
Complessa gli ioni metallici nelle proteine
Diisopropil fluorofosfato
(DFP)Sintetico
Inibisce gli enzimi con
serina nel sito attivo
Sarin Sintetico Come il DFP
FisostigminaFrutto del calabar
Come il DFP
O P
O
F
OCH3
CH3 CH3
CH3
O P
O
F
CH3
CH3
CH3
N
N
ONH
CH3
O
CH3
CH3
CH3
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Inibitori irreversibiliInibitore Formula Origine Meccanismo
Parathion Sintetico
Come il DFP (particolarmente
attivo su acetilcolinesterasi
di insetti)
N-tosil-L-fenilalanina clorometil chetone(TPCK)
SinteticoReagisce con l’His-57 della chimotripsina
PenicillinaPenicillum Notatum
Inibisce gli enzimi della sintesi della
parete batterica
O P
S
O
O
C2H5
C2H5 NO2
NHS
O O
O
Cl
OR
NH
N
S CH3
CH3
CH3
O
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Attivatori• Sono molecole che aumentano (o permettono)
l’attività enzimatica– Protezione dell’enzima
• Glutatione• Ioni metallici
– Attivazione per azione sulle subunità
– Azione proteolitica su proenzimi
Enzima inattivo + cAMP Subunità + Subunitàcatalitica regolatrice
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Attivatori• Azione proteolitica su proenzimi
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Effetti allosterici• Gli effetti allosterici consistono nel
legame di un effettore ad un sito diverso da quello del substrato con conseguente variazione delle proprietà dell’enzima
• Sono presenti soprattutto in enzimi multimerici
• L’effettore può essere lo stesso substrato (effettori omotropici) o diverso (effettori eterotropici)
Sitoattivo
Sito dell’effettore
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Effetti allosterici• Il legame con l’effettore modifica (modula) le
proprietà di legame del substrato.• La velocità dipende da [S] come una sigmoide.
[S]
v
v = (K + [S])n
Vmax [S]n
n = indice di cooperatività
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Vie metaboliche
• Una via metabolica è data da un insieme di reazioni catalizzate da enzimi che si susseguono l’una all’altra.
• Le vie metaboliche sono regolate:
-A B C D E
+A B C D E
+A B C D E
H K X Y Z
P
Inibizione da prodotto
Attivazione da substrato
Attivazione compensatoria
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Vie metaboliche ramificate
Inibizione multivalente
Inibizione cooperativa
-
-A B C D
E F G
K X Y
-
-A B C D
E F G
K X Y
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Vie metaboliche ramificate
Inibizione cumulativa
Inibizione di enzimi multipli
-
-A B C D
E F G
Z X Y
H K I
-
-A B C D
E F G
K X Y
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Regolazione genica
• Un’altra via con la quale viene regolata l’attività di uno o più enzimi è attraverso l’induzione o la repressione della sintesi proteica di di quel particolare enzima.
• Anche per gli enzimi esiste una sorta di omeostasi.
ENZIMA
AMINOACIDI
KSINTESI KDEMOLIZIONEInduzione e Sintesi
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Referenze sul WEB …• Vie metaboliche
– KEGG: http://www.genome.ad.jp/kegg/• Degradazione degli xenobiotici:
http://www.genome.ad.jp/kegg/pathway/map/map01196.html• Struttura delle proteine:
– Protein data bank (Brookhaven): http://www.rcsb.org/pdb/– Hexpasy
• Expert Protein Analysis System: http://us.expasy.org/sprot/• Prosite (protein families and domains): http://www.expasy.org/prosite/• Enzyme (Enzyme nomenclature database):
http://www.expasy.org/enzyme/– Scop (famiglie strutturali): http://scop.berkeley.edu/
• Enzimi: – Nomenclatura - IUBMB: http://www.chem.qmw.ac.uk/iubmb/– Proprietà - Brenda: http://www.brenda.uni-koeln.de/– Expasy (Enzyme nomenclature database): http://www.expasy.org/enzyme/
• Database di biocatalisi e biodegradazione: http://umbbd.ahc.umn.edu/• Citocromo P450: http://www.icgeb.org/~p450srv/• Metallotioneine: http://www.unizh.ch/~mtpage/MT.html• Tossicità degli xenobiotici: Agency for Toxic Substances and Disease Registry
http://www.atsdr.cdc.gov
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…e naturalmente
• Questo ed altro materiale può essere trovato visitando il sito: http://www1.ambra.unibo.it/giorgio.sartor/
• Il materiale di questa presentazione è di libero uso per didattica e ricerca e può essere usato senza limitazione, purché venga riconosciuto l’autore usando questa frase:
• Materiale ottenuto dal Prof. Giorgio SartorUniversità di Bologna a Ravenna Corso di Laurea in Scienze Ambientali