ENZIMI: Inibizione da prodotto e inibizione da substrato

MichaelisMenten per inibizione da prodottoTra i tipi di inibizione oservati ci sono due tipi particolari di inibizione: da prodotto e da reagente in eccesso. Esaminiamo il primo tipo di inibizione da prodotto.

La reazione dinale in una sequenza di una reazione enzimatica, il rilascio del prodotto, viene spesso trascurato, anche se è una parte essenziale del processo.

Il prodotto è legato al sito attivo mediante le stesse forze che legano il substrato. Questa reazione è perciò molto simile alla reazione che lega il substrato ed è anch’essa molto veloce e reversibile. Ne risulta che le molecole del prodotto possono legarsi all’enzima per formare un complesso enzima prodotto. Dal momento che in un semplice enzima monosubstrato il prodotto e il substrato tentano di occupare lo stesso sito attivo, non possono legarsi nello stesso momento.
Perciò un precedente legame del prodotto impedisce all’enzima di formare legami col substrato e il prodotto si comporta di fatto come inibitore. In un enzima a monosubstrato questa è davvero una forma particolare di inibizione competitiva poichè substrato e prodotto sono mutulamente escludenti. In enzimi a più substrati il tutto è più complesso e sarà argomento di prossimi capitoli.
Negli studi cinetici studiamo quasi sempre le velocità iniziali, vale a dire la velcotà immediatament successiva all’addizione dell’enzima al substrato. In questo caso il prodotto non esiste perchè non generato, perciò possiamo ignorare l’inibizione da prodtto nel nostro lavoro.

Un aumento della concentrazione del substrato normalmente causa un aumento di velocità della reazione enzimatica. Taluni enzimi, comunque, mostrano il fenomeno della inibizione per substrato in eccesso. Questo vuol dire che una grande quantità di substrato può avere l’effetto opposto rallentando di fatto la reazione. Un esempio familiare si ha con l’enzima invertasi o con la beta fruttofuranosidasi (EC 3.2.1.26), responsabile per l’idrolisi del saccarosio in fruttosio e glucosio.

Si pensa che che l’inibizione avvenga quando si legano nel sito attivo due molecole di substrato contemporaneamente. Questo può aversi solo se le due molecole di substrato entrano nel sito attivo di lungo, il che impedisce a tutte e due di accomodarsi in modo da poter essere trasformate dall’enzima, come dimostrato dall’animazione.

Finchè le due molecole sono entrambe legate al sito attivo, l’enzima è inattivo. Perchè avvenga questo processo la seconda molecola deve avvicinarsi al sito attivo subito dopo la prima, altrimenti la prima molecola si sarà già sistemata per il verso giusto. Poichè la collisione tra enzima e substrato è comunque casuale, questo fenomeno si ha ad alte concetrazioni di substrato allorchè la frequenza di collisione è elevata. Di conseguenza si nota ad alte concentrazioni di substrato.Quali sono i riflessi sulla cinetica di Michaelis Menten?
L’influenza inibitoria del substrato in un grafico v contro [A] può essere vista qui di seguito:

MichaelisMenten per inibizione da prodotto

Poichè l’inibizione del substrato avviene soltanto a sue elevate concentrazioni la parte inferiore della cuva è identica a quella di un normale enzima. Ad alte concentrazioni invece la curva tende a scendere poichè la velocità si riduce a causa della inibizione.

Il Grafico di Lineweaver-Burk, o grafico dei doppi reciproci, ci permette di studiare l’inibizione usando uno strumento lineare anche se i valori ricavati delle costanti cinetiche, Vmax e Km, non sono precisi. D’altronde ora non si usano più a questo scopo.

Poichè l’enzima non segue più la Michaelis Menten dando origine ad una curva non iperbolica, il grafico di Lineweaver-Burk non è più lineare. Di contro si ha che verso l’asse delle ordinate (1/V), che rappresenta le alte concentrazioni del substrato, la linea tende verso su a mostrare una riduzione della velocità. Dal momento che esiste ancora un tratto lineare, l’estremità a basse concentrazioni di substrato, si possono fare ancora le estrapolazioni per determinare i parametri cinetici nei modi soliti.
.lineweaver burk