Appendice B: Meccanismi di inibizione

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Appendice B: Meccanismi di inibizione

B.1 INIBIZIONE DELL’ATTIVITÀ ENZIMATICA

Uno dei meccanismi fondamentali per il controllo dell’attività enzimatica all’interno di un organismo è la regolazione dell’attività dell’enzima da parte di molecole specifiche o ioni. È da notare che molti farmaci o agenti tossici agiscono come inibitori enzimatici.

Gli inibitori possono essere classificati in base al meccanismo di interazione tra l’inibitore e l’enzima:

 inibitori irreversibili, ovvero tutte quelle molecole che si legano covalentemente all’enzima, comportando modifiche strutturali che impediscono il corretto funzionamento del catalizzatore. Esempi importanti di questo tipo di inibitori sono: la penicillina, che si lega in modo covalente alla transpeptidasi prevenendo la sintesi delle pareti cellulari batteriche; l’acido acetilsalicilico, che si lega alla cicloossigenasi, riducendo la sintesi di segnali infiammatori.

 inibitori reversibili, che sono caratterizzati da una rapida dissociazione del complesso enzima-inibitore;

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Gli inibitori reversibili possono agire a loro volta secondo tre meccanismi diversi:

 inibizione competitiva; l’enzima può legare il substrato (formando un complesso ES), oppure l’inibitore (formando un complesso EI), ma non entrambi (formando un complesso ESI). Molti inibitori competitivi ricordano strutturalmente il substrato ed interagiscono con il sito attivo dell’enzima. Un inibitore competitivo diminuisce la velocità di catalisi riducendo il numero di siti attivi accessibili al substrato. Questo tipo di inibizione può essere rimossa aumentando la concentrazione del substrato.

 inibizione non competitiva; l’enzima può legare contemporaneamente sia il substrato, sia l’inibitore perchè hanno siti specifici differenti; un inibitore non competitivo agisce quindi diminuendo il numero di turn-over dell’enzima, lasciando inalterato il numero di siti attivi disponibili per il substrato. Al contrario del caso precedente, questo tipo di inibizione non può essere rimossa aumentando la concentrazione del substrato.

 inibizione mista, se il legame tra l’enzima e l’inibitore altera sia il “turn-over” dell’enzima, sia il numero di siti attivi.

B.1.1 Inibizione competitiva e non competitiva

L’inibizione competitiva e quella non competitiva possono essere distinte misurando la velocità di reazione a diverse concentrazioni del substrato.

Nell’inibizione competitiva l’inibitore compete con il substrato per formare un complesso EI cataliticamente non attivo, la cui costante di dissociazione è

[ ] [ ]

[ ]

I E K_i = !

Nonostante la Vmax possa comunque essere raggiunta (Grafico B.1), si ha un aumento apparente della Km, dovuto all’instaurarsi di nuovi equilibri

E + S k1 ES E + P k-1 k2 k-2 + I EI S I Ki

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Schema B.1 - Rappresentazione schematica dell'inibizione competitiva.

Matematicamente, la variazione apparente della costante di Michaelis-Menten è data da

! K_mapp = Km" 1+ I

[ ]

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Nell’inibizione non competitiva il substrato può ancora legarsi al complesso enzima-inibitore, ma l’addotto enzima-inibitore-substrato non procede verso la formazione del prodotto di reazione.

Schema B.2 - Rappresentazione schematica dell'inibizione non competitiva.

E + S k1 ES E + P k_-1 k₂ k_-2 + I EI Ki + I ESI K_i S

In questo caso abbiamo una apparente diminuzione della Vmax, mentre la Km rimane alterata (Grafico B.2); questo avviene perchè l’inibitore sottrae enzima alla reazione, e l’enzima libero

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