Prof. Maria Nicola GADALETA
E-mail: [email protected]
Facoltà di Scienze Biotecnologiche
Corso di Laurea in
Biotecnologie Sanitarie e Farmaceutiche
Biochimica e Tecnologie Biochimiche
DISPENSA N. 18
ENZIMI VI: Regolazione enzimatica
REGOLAZIONE ENZIMATICA
Come viene regolato il flusso di molecole che si trasformano in altre molecole
all’interno di una cellula vivente, data la straordinaria complessità delle
interrelazioni metaboliche ?
da: Berg J.M. et al. (V ed.)
M.N. Gadaleta
E. coli costruisce tutte le molecole ad esso necessarie: proteine, lipidi, acidi
nucleici, a partire da: glucosio, NH3, H2O e sali minerali attraverso una
intricata rete metabolica.
Nella rete metabolica ci sono punti in cui una molecola può essere substrato di
più enzimi. Per es. nell’uomo il glucosio presente negli alimenti può essere
convertito in:
glicogeno
GLUCOSIO
lipidi
amminoacidi non essenziali
CO2 e H2O
attraverso 4 diverse vie metaboliche.
Ogni via metabolica è caratterizzata da numerose reazioni; ogni reazione è
catalizzata da un enzima specifico. Non tutte le vie metaboliche procedono al
massimo della loro attività in ogni momento.
Per es., dopo un pranzo, nell’organismo c’è notevole disponibilità di
glucosio: non tutte le molecole vengono trasformate in ugual misura nei
prodotti terminali delle vie metaboliche suddette; al contrario, esistono
meccanismi omeostatici controllati molto accuratamente dall’organismo che
M.N. Gadaleta
fanno sì che:
a) il tasso ematico di glucosio sia sempre costante;
b) una quota appropriata di questo zucchero venga utilizzata
a scopi energetici;
c) esistano sempre riserve di glicogeno;
d) la quantità di glucosio eventualmente residua venga
trasformata in lipidi di riserva.
D’altra parte, quando l’ambiente esterno fornisce prodotti già fatti
per la cellula è altamente dispendioso sintetizzare quei prodotti e
quindi lasciare attive quelle vie metaboliche; sorge la necessità di
disattivarle.
M.N. Gadaleta
La velocità di una via metabolica dipende dalla
concentrazione dei suoi enzimi sintetizzati in quantità
costanti (Enzimi costitutivi) e dalla presenza di enzimi
regolatori.
Il livello intracellulare degli enzimi regolatori delle vie
metaboliche è generalmente molto basso. Spesso gli enzimi
regolatori di vie metaboliche presentano un tempo di
semivita molto breve. Per es. carbossicinasi 5h: questo
permette di avere fluttuazioni della velocità di una via
metabolica molto maggiori di quella ottenuta attraverso
l’attivazione o inibizione di enzimi sintetizzati in quantità
costanti (Enzimi costitutivi).
M.N. Gadaleta
– La velocità con cui una via metabolica decorre può
essere regolata anche per mezzo dell’attivazione o
inattivazione ormono-dipendente dell’espressione
genica di nuovi enzimi, con conseguente aumento o
diminuizione della velocità della loro biosintesi. Enzimi
inducibili – Enzimi repressibili.
Il controllo di una via metabolica si attua attraverso :
a) il controllo della disponibilità dei suoi enzimi
b) la modulazione dell’attività dei suoi enzimi
a)La cellula può regolare la quantità assoluta di enzima
presente in un determinato momento stimolando :
la sua biosintesi ( la regolazione a livello dell’espressione
genica prevede un processo complesso: è una regolazione di
tipo lento , richiede minuti) e/o
la sua degradazione
o
attraverso l’attivazione di zimogeni (vedi chimotripsina).
M.N. Gadaleta
da: Champe
Gli enzimi inducibili sono quelli i
cui geni sono espressi soltanto in un
determinato stadio dello sviluppo o
in
particolari
condizioni
fisiologiche. Per es. in seguito a un
aumento della glicemia, si ha un
aumento dell’insulina che induce
nel fegato la espressione della
glucocinasi, un enzima che indirizza
il glucosio nella sua forma di
deposito, che è il glicogeno,
riportando
la
glicemia
alla
normalità.
La glucochinasi è un isoenzima
della esochinasi presente solo nel
fegato le cui cinetiche rispondono
alla fosforilazione del glucosio in
condizioni di elevata glicemia.
M.N. Gadaleta
da: Baynes
M.N. Gadaleta
da: Baynes
M.N. Gadaleta
b) La cellula può modulare l’attività degli Enzimi
attraverso specifici ligandi .
Gli enzimi la cui attività oltre che essere regolata da pH, [S], [cofattori,
Mg+2, K+] e [coenzimi], è modulata da specifici ligandi sono detti
enzimi regolatori o regolati.
L’attività catalitica di un enzima è modulata grazie
1) alla flessibilità conformazionale delle proteine (per esempio stato T
stato R) ,
2) alla loro dinamicità in risposta a ligandi o effettori (regolazione
allosterica) e
3)alla
loro
capacità
intrinseca
di
trasmettere
modificazioni
conformazionali tra siti spazialmente distanti all’interno della molecola
(effetto cooperativo).
M.N. Gadaleta
Gli enzimi regolatori subiscono una:
regolazione allosterica
regolazione covalente
regolazione attraverso proteine controllo
M.N. Gadaleta
La regolazione allosterica prevede cambiamenti conformazionali della
molecola proteica, in seguito a interazioni di ligandi in siti diversi dal
sito attivo,che coinvolgono solo formazione e rottura di legami deboli:
la transizione di conformazione che modula l’attività dell’enzima è
veloce,richiede pochi secondi.
La regolazione covalente prevede cambiamenti conformazionali in
seguito a formazione e rottura di legami covalenti: coinvolge almeno
due enzimi, lenta,richiede minuti.
La regolazione mediante proteine controllo: quando ad attivare o
disattivare un enzima sono non piccole molecole, ma proteine (vedi
calmodulina, rapida, secondi).
M.N. Gadaleta
1. REGOLAZIONE ALLOSTERICA
L’attività degli enzimi allosterici è regolata dal legame reversibile di uno
specifico ligando detto effettore allosterico.
Il ligando viene riconosciuto da uno specifico sito allosterico sull’enzima
diverso dal sito attivo.
Un enzima può avere diversi siti allosterici ed essere regolato da più
effettori allosterici.
L’effettore allosterico non è un interruttore che “accende” o “spegne”,
cioè “attiva” o “disattiva” un enzima allosterico, ma, piuttosto, un
dispositivo di regolazione della “luminosità” (cioè dell’intensità
dell’attività di una enzima): è meglio detto modulatore.
M.N. Gadaleta
Nella maggior parte dei casi gli enzimi allosterici sono enzimi polimerici
che mostrano anche l’effetto cooperativo.
Allosterismo: cambiamento conformazionale che si verifica in un
protomero, in risposta ad una interazione ligando-sito allosterico.
Cooperatività:
implica un cambiamento conformazionale di
un protomero, indotto dall’interazione con un effettore che, a sua
volta, induce un protomero adiacente ad assumere una nuova
conformazione con una diversa affinità per il ligando effettore o per
un secondo ligando.
M.N. Gadaleta
Allosterismo
cambiamenti nella struttura terziaria
Cooperatività cambiamenti nella struttura quaternaria
Proteine allosteriche: proteine che subiscono una regolazione di tipo
allosterico e/o che mostrano il fenomeno della cooperatività: quasi sempre i
due fenomeni sono connessi anche perché quasi tutte le proteine allosteriche
sono polimeriche.
Può esistere un effetto allosterico in assenza di cooperatività: per es. nella
alcooldeidrogenasi (ADH): in questo enzima i cambiamenti conformazionali
indotti in un protomero non si trasmettono ai protomeri adiacenti. E’, tuttavia,
molto raro.
Effettori/modulatori allosterici : positivi = attivatori
negativi = inibitori
M.N. Gadaleta
Il cambiamento conformazionale di un enzima può essere indotto
oltre che da un effettore allosterico dalle molecole di S.
In questo caso, come nel caso di Hb, il sito di legame per O2 presente
in ciascun protomero, corrisponde al sito di legame per S in un
enzima allosterico.
I cambiamenti conformazionali indotti su ciascun protomero dal
legame del S (o di O2 nel caso di Hb) sono meglio definiti interazioni
cooperative omotropiche.
M.N. Gadaleta
Effettori/modulatori omotropi ed eterotropi
L’influenza esercitata da molecole di S, attivatori o inibitori sul
legame di altre molecole di S, attivatori o inibitori prende il nome di
interazione omotropa, interazione quasi sempre positiva.
L’influenza esercitata da un ligando sul legame di ligandi diversi,
per es. da un inibitore allosterico sul legame di S o da un inibitore
allosterico sul legame di un attivatore allosterico, prende il nome di
interazione eterotropa e può essere tanto positiva che negativa.
M.N. Gadaleta
da: Baynes
M.N. Gadaleta
Gli enzimi allosterici non seguono la cinetica di MM
Il
comportamento
cinetico
sigmoide riflette la presenza di
interazioni cooperative tra le
diverse subunità dell’enzima. Il
substrato S può comportarsi da
modulatore omotropo positivo in
quanto le subunità dell’enzima
agiscono in modo cooperativo.
(K0,5)
da: Nelson & Cox
M.N. Gadaleta
EFFETTO COOPERATIVO
E’ stato dimostrato in
proteine di trasporto (Hb)
proteine enzimatiche
e in molte altre proteine oligomeriche.
FUNZIONE:conferire alla proteina una regolabilità per meglio
rispondere alle esigenze fisiologiche dell’organismo.
Esistono variazioni fisiologiche della concentrazione di S:secondo
l’equazione di Michaelis e Menten quando c’è poco S l’attività
dell’enzima è bassa, quando S aumenta, l’attività dell’enzima aumenta.
M.N. Gadaleta
Ma le variazioni di concentrazione dei S possono essere:
1 tali da regolare la V0 dell’enzima in risposta alle esigenze metaboliche
cellulari secondo la cinetica di Michaelis e Menten (curva iperbolica). Effetto
cooperativo non necessario
2 molto piccole; insufficienti a regolare la V0 secondo la cinetica di Michaelis e
Menten: necessità di un effetto omotropo cooperativo positivo che amplifichi
la risposta dell’enzima alle variazioni di concentrazioni di S
3 troppo grandi per regolare la V0 secondo la cinetica di Michaelis e Menten:
necessità di un effetto omotropo cooperativo negativo per ammortizzare le
variazioni di concentrazione di S.
La sigmoidicità della curva può variare da enzima ad enzima e, quindi, varia la
regolabilità.
Esistono effetti cooperativi misti (prima positivi, poi negativi) che permettono una
maggiore regolabilità a bassa [S] e una minore regolabilità ad alta [S].
M.N. Gadaleta
1
80
1
9
1
7000
A) curva iperbolica di Michaelis e Menten. Una variazione di [S] di circa 80
volte fa variare la Vo dal 10% al 90% del valore della Vmax .
B) curva sigmoide con moderato EFFETTO COOPERATIVO POSITIVO. Una
variazione di [S] di circa 9 volte fa variare laVo dal 10% al 90%dellaVmax .
Le curve sigmoidi sono a volte così ripide che un aumento veramente piccolo
di [S] provoca una accelerazione della velocità di catalisi molto maggiore che
in un enzima semplice.
C) curva iperbole simile dell’EFFETTO COOPERATIVO NEGATIVO. Per un
aumento di velocità dal 10% al 90% occorrerebbe un aumento di [S] di 60007000 volte (es. Gliceraldeide 3P DH).
M.N. Gadaleta
CINETICA DELLE PROTEINE
ALLOSTERICHE
In conseguenza dell’interazione tra
sito di legame per S, sito di legame
per A (modulatore positivo) e/o
sito di legame per I (modulatore
negativo) il diagramma della
velocità iniziale di reazione (v0) in
funzione di [S] è rappresentato da
una curva sigmoide.
Lo stesso dicasi per gli enzimi e per gli effetti di S,A e I
da: Nelson & Cox
M.N. Gadaleta
ASPARTATO TRANSCARBAMILASI (ATCasi):
un enzima allosterico regolato da
S con effetto omotropo cooperativo positivo e da
modulatori eterotropi positivi e negativi,ATP e CTP.
da: Berg J.M. et al. (V Ed.)
(necessarie per la biosintesi
degli acidi nucleici)
M.N. Gadaleta
da: Nelson & Cox (IV Ed.)
M.N. Gadaleta
M.N. Gadaleta
da: Berg J.M. et al. (V Ed.)
Effetto omotropo cooperativo negativo
La cinetica di alcuni enzimi allosterici, sebbene simile ad una iperbole
equilatera, non può essere descritta dall’equazione di Michaelis e
Menten (risulta più appiattita e sale molto lentamente, non è una
iperbole equilatera). Il fatto che la curva di saturazione cresce così
lentamente si spiega col fatto che il legame di una molecola di S rende
più difficile il legame delle successive molecole di S.
Esempio:
Gliceraldeide 3fosfato deidrogenasi: 4 siti per NAD+
Gliceraldeide 3fosfato deidrogenasi = enzima regolato da NAD+ (che
può essere considerato un substrato dell’enzima) con effetto omotropo
cooperativo negativo
Effetto omotropo cooperativo negativo: il legame della prima molecola
di NAD+ diminuisce l’affinità delle altre subunità per NAD+.
M.N. Gadaleta
INIBIZIONE DA PRODOTTO TERMINALE O RETROREGOLAZIONE
O REGOLAZIONE A FEEDBACK
Un chiaro esempio di come operi un meccanismo di regolazione è
rappresentato dalla inibizione a feedback della biosintesi della L-isoleucina
nei batteri: questo processo si realizza in 5 stadi, ciascuno dei quali è legato
ad una reazione enzimatica.
Il prodotto finale (L-isoleucina) inibisce il primo enzima in modo tale che,
quando la concentrazione dell’aminoacido L-isoleucina comincia a diventare
significativa, il processo di sintesi si interrompa.
M.N. Gadaleta
Regolazione retroattiva nella via di biosintesi della Lisoleucina.L’inibizione a feedback può essere di tipo
competitivo o allosterico e, in ogni caso, porta ad un
aumento della Km dell’enzima che può superare quello
della [S] in vivo, portando ad una diminuzione o
all’azzeramento della velocità della reazione catalizzata.
M.N. Gadaleta
2. REGOLAZIONE COVALENTE(1)
Nella regolazione covalente, modificazioni covalenti
(rottura o formazione di nuovi legami) catalizzate da E
convertono l’una nell’altra la forma attiva e inattiva degli
E regolati. E’ una regolazione più lenta di quella
allosterica (richiede alcuni minuti).
Esistono diversi tipi di modificazione che hanno luogo a
carico di amminoacidi specifici (vedi figura).
M.N. Gadaleta
Acetilazione
Lys
M.N. Gadaleta
da: Berg J.M. et al. (V Ed.)
M.N. Gadaleta
REGOLAZIONE COVALENTE(2)
La maggior parte delle modificazioni covalenti sono reversibili per cui per
ognuna di esse sono richiesti due E: una chinasi e una fosfatasi per la
fosforilazione, una acetiltransferasi e una acetilasi per la acetilazione, ecc.
PROTEIN CHINASI (PK) = enzimi che
fosforilano altre proteine utilizzando ATP
(o altri nucleosidi trifosfati) come substrato.
Quaranta dei 280 residui della PKA formano
un nucleo catalitico conservato, comune a
quasi tutte le proteine chinasi conosciute.
da: Champe
Le PK costituiscono una delle più grandi
famiglie di proteine: se ne conoscono più di
550 nella specie umana.
Questa molteplicità di E permette di
ottimizzare la regolazione secondo lo
specifico tessuto, momento o substrato.
M.N. Gadaleta
Serinchinasi, treoninchinasi,
tirosinchinasi
La fosforilazione è un mezzo molto efficiente per regolare l’attività
delle proteine bersaglio
da: Berg J.M. et al. (V Ed.)
M.N. Gadaleta
La fosforilazione è un mezzo molto efficiente per regolare l’attività
delle proteine bersaglio
da: Berg J.M. et al. (V Ed.)
M.N. Gadaleta
3.Regolazione mediante proteine controllo
Esistono importanti enzimi oligomerici in cui è presente un particolare
protomero con attività regolatrice; queste subunità non hanno di per sé attività
catalitica, ma, la loro associazione con i protomeri con funzione catalitica,
permette la modulazione dell’attività catalitica del complesso attraverso
cambiamenti conformazionali indotti. Es. proteinchinasi A, calmodulina
da: Berg J.M. et al. (V ed.)
(PKA)
M.N. Gadaleta
La calmodulina funge da subunità regolatrice
di molte proteine complesse, per es. della
glicogeno fosforilasi chinasi o glicogeno sintasi
chinasi 2 e della PK Ca+2-calmodulina
dipendente
La calmodulina è a sua volta modulata dal
calcio (considerato un terzo messaggero nel
trasferimento dell’informazione metabolica)
da: Champe
M.N. Gadaleta
Gli enzimi regolatori sono a loro volta regolati.
Per es. le proteine chinasi regolano l’attività di molti enzimi attraverso la
fosforilazione, ma che cosa induce l’attivazione delle PK?
Il cAMP è uno degli attivatori delle proteinchinasi (PK-cAMP dipendenti)di cui
modifica la struttura quaternaria.
L’attivazione di una via metabolica è spesso un processo a più tappe iniziato da
molecole segnale che collegano l’ambiente extracellulare con l’ambiente cellulare
per es. gli ormoni.
In generale gli ormoni proteici (insulina, glucagone) e ormoni come l’adrenalina
non entrano nelle cellule ma hanno recettori (molecole proteiche che le
riconoscono) sulle membrane delle cellule bersaglio. Si comportano da ligandi del
recettore.
M.N. Gadaleta
da: Berg J.M. et al. (V Ed.)
M.N. Gadaleta
da: Champe
Molti recettori segnalano il riconoscimento di uno specifico ligando
(ormone o “primo messaggero”) innescando una serie di reazioni che
hanno come risultato finale una altrettanto specifica risposta
intracellulare.
M.N. Gadaleta
I “secondi messaggeri”, es. cAMP, sono la prima
espressione di una cascata di eventi che trasduce il
legame dell’ormone in una risposta cellulare.
Il sistema dell’adenilato ciclasi è particolarmente
importante nella regolazione delle vie del
metabolismo intermedio.
Il cAMP è considerato un antico segnale di “fame”:
nei batteri avvia l’espressione di geni che portano
all’attivazione delle vie cataboliche.
Proteine G: trasducono il messaggio del recettore
legato all’ormone in attivazione dell’adenilato
ciclasi.
da: Champe
M.N. Gadaleta
• La concentrazione del cAMP è regolata dall’adenilato
ciclasi e dalla fosfodiesterasi ciclica.
•
Quest’ultima è attivata dal Ca+2 e
inibita da caffeina e teofillina.
Adenilato ciclasi
Fosfodiesterasi
ciclica
Regolazione mediante
attivazione di zimogeni
da: Berg J.M. et al. (V ed.)
: Attivazione Irreversibile:è un partic0lare tipo
di regolazione covalente
Alcuni
Il processo è detto anche di maturazione: infatti la scissione proteolitica
favorisce l’acquisizione della struttura tridimensionale funzionalmente
attiva dell’enzima, in quanto concorre alla formazione del sito attivo.
M.N. Gadaleta
L’attivazione
degli
zimogeni
pancreatici ha luogo nell’intestino,
cioè
laddove
essi
devono
funzionare.
Una
maturazione
precoce
porterebbe all’autodigestione del
pancreas con esiti letali.
da: Stryer
M.N. Gadaleta
M.N. Gadaleta
M.N. Gadaleta
REGOLAZIONE mediante
COMPARTIMENTAZIONE DELLE VIE METABOLICHE
COMPARTIMENTAZIONE DELLE VIE METABOLICHE
Un altro meccanismo che ha la cellula per regolare il proprio
metabolismo è la compartimentazione delle vie metaboliche.
In genere, le vie anaboliche e quelle cataboliche sono localizzate in
organelli o compartimenti cellulari diversi per agevolare il loro
controllo ed evitare che siano attivate contemporaneamente;
infatti, non avrebbe senso per la cellula che, ad es., l’ossidazione
degli acidi grassi avvenisse contemporaneamente alla loro
biosintesi e nello stesso compartimento cellulare: se ciò si
verificasse ci troveremmo di fronte ad un ciclo futile.
M.N. Gadaleta
Invece, la separazione (compartimentazione) della biosintesi degli
acidi grassi (citoplasma) dalla loro ossidazione (mitocondrio)
permette di controllare i due processi per mezzo della
regolazione del trasporto di intermedi comuni ad entrambi
attraverso la membrana dei mitocondri: per es. gli acil-CoA
(derivati degli acidi grassi legati al CoA) non diffondono
attraverso la membrana mitocondriale, che possono attraversare
solo grazie all’esistenza di uno specifico sistema di trasporto: il
sistema navetta della carnitina (vedi fig. 16.16).
Così, se la situazione metabolica richiede la biosintesi, piuttosto
che l’ossidazione degli acidi grassi, la cellula può controllare,
attraverso segnali ormonali o di altro tipo, il sistema di trasporto
degli acidi grassi in modo da adattarlo alle esigenze cellulari.
M.N. Gadaleta
da: Champe
Il malonilCoA (primo prodotto della biosintesi degli acidi grassi) blocca
la carnitinapalmitoiltransferasi I (CPT I) impedendo l’ingresso degli
acilCoA nei mitocondri e quindi la loro degradazione.
M.N. Gadaleta
• REGOLAZIONE della sintesi e della
demolizione del glicogeno :
1) Regolazione allosterica della
glicogeno sintasi e della glicogeno
fosforilasi .
2) Regolazione ormonale
(glucagone, adrenalina, insulina) che si
attua attraverso una regolazione
covalente da parte della PKA
Regolazione allosterica della
glicogeno sintasi e della
glicogeno fosforilasi .
Fegato:sensore della glicemia:
un alto livello di glucosio nel sangue
inibisce la demolizione del glicogeno
Muscolo:l’attività fisica (aumento di Ca+2
e di AMP) favorisce la demolizione del
glicogeno
La contemporanea attivazione
della glicogeno fosforilasi
e inattivazione della glicogeno
sintasi evita un ciclo futile
da: Champe
M.N. Gadaleta
da: Champe
attraverso la via cAMP-dipendente.
M.N. Gadaleta
Il cAMP attiva le proteinchinasi c-AMP dipendenti.
La concentrazione della proteina
fosforilata è regolata dall’azione
della
protein-chinasi
cAMP
dipendente (PKA) e della PKA
fosfatasi.
da: Champe
M.N. Gadaleta
Gli enzimi regolatori modulati covalentemente possono amplificare
notevolmente un segnale chimico mediante un effetto di AMPLIFICAZIONE A
CASCATA.
L’amplificazione a cascata è dovuta al fatto che: ogni molecola di enzima agisce,
in un dato tempo, su migliaia di molecole di S; quando però S è un altro enzima
una serie di 3-4 passaggi possono portare a una enorme amplificazione del
segnale iniziale. La fosforilasichinasi e la glicogenofosforilasi sono coinvolte in
un’amplificazione a cascata in due passaggi:
essi fanno parte di una cascata che comprende altre due tappe e che amplifica il
segnale dell’adrenalina.
M.N. Gadaleta
L’amplificazione del segnale
iniziale è pari al prodotto del
numero di turnover dei diversi E
coinvolti nella cascata metabolica.
M.N. Gadaleta
ISOENZIMI
Altro tipo di regolazione del metabolismo (riguarda l’espressione genica).
Isozimi o isoenzimi = forme multiple di un E che si trovano in un singolo
organismo (es. in organi diversi) o anche in una singola cellula (es. in
organuli diversi).
• Catalizzano la stessa reazione
• Hanno proprietà cinetiche diverse
• Rispondono diversamente ai modulatori allosterici
• Hanno diversa composizione in AA (sono il prodotto di geni diversi)
• Se il pI è diverso sono separabili elettroforeticamente
M.N. Gadaleta
Gli isoenzimi hanno proprietà e
caratteristiche cinetiche diverse.
Esochinasi,costitutiva ,ubiquitaria
Km per il Glu:0,05mM
Glucochinasi o EsochinasiD,indotta,
solo nel fegato, da iperglicemia,
Km per il Glu:10mM
La
distribuzione delle diverse
forme isoenzimatiche risponde
a)a esigenze di controllo fine delle
velocità metaboliche mediate dalle
risposte diverse di isozimi a
modulatori allosterici diversi, nello
stesso tessuto:
es. l’esochinasi D o glucochinasi
del fegato non è inibito dal Glu-6P
come la esochinasi del fegato e
degli altri tessuti.
M.N. Gadaleta
b)a esigenze metaboliche diverse nei differenti organi
es. lattico deidrogenasi (LDH)
5 isozimi nel ratto e in altri animali
LDH
+
acido lattico + NAD+
acido piruvico + NADH + H
PM = 134.000 4 catene PM = 33.500
M = muscolo
H = heart = cuore (forme prevalenti)
M4, M3H, M2H2, MH3, H4
I diversi isozimi della LDH differiscono per Km e Vmax verso l’acido piruvico.
Nel muscolo scheletrico e nel tessuto embrionale prevale la glicolisi anaerobia
glucosio acido lattico
M4 ha bassa Km e alta Vmax per il piruvico
trasforma rapidamente piruvico acido lattico
Nel muscolo cardiaco la glicolisi è fortemente aerobia
glucosio CO2 + H2O senza formazione di lattico
H4 ha alta Km e bassa Vmax per il piruvico
M.N. Gadaleta
da: Baynes
LDH1 = H4
LDH2 = H3M
LDH3 = H2M2
LDH4 = H3M
LDH5 = M4 (anche fegato)
M.N. Gadaleta
c) metaboliche diverse nei differenti comparti cellulari:
es. aspartato aminotransferasi (AAT) mitocondriale e citoplasmatico
malico deidrogenasi (MDH) mitocondriale e citoplasmatico
d) metaboliche diverse, durante il differenziamento e lo sviluppo ,di tessuti
adulti dalle loro forme embrionali e fetali:
es. profilo isoenzimatico LDH fetale diverso da quello adulto
profilo isoenzimatico delle cellule cancerose simili a quelli fetali
piuttosto che a quelli adulti.
M.N. Gadaleta
Non solo E ma molte proteine possono esistere in forme
multiple.
Oggi si conoscono molte isoforme di proteine ed enzimi. Il
loro studio è importante nella ricerca delle basi molecolari
del differenziamento.
Pattern isoenzimatici in diagnostica: importanti perché gli
isoenzimi caratterizzano i diversi tessuti
M.N. Gadaleta
FINE
e) metaboliche di sincronizzazione, attraverso
isoenzimatiche a modulatori allosterici diversi:
es. biosintesi di AA diversi dall’aspartato in E.coli
risposte
diverse
delle
forme
A – 3 isoenzimi modulati a “feedback” da
affettori diversi
B – 2 isoenzimi
C – 2 isoenzimi
A = aspartochinasi
B = omoserina DH
C = treonina deidratasi
M.N. Gadaleta
M.N. Gadaleta
da: Champe
da: Champe
La contemporanea attivazione
della glicogeno fosforilasi e
inattivazione della glicogeno
sintasi evita un ciclo futile.
da: Champe
M.N. Gadaleta
da: Champe
da: Champe
da: Devlin (II Ed.)
M.N. Gadaleta
