MODULO 2 – ENZIMI CARATTERISTICHE ... - life and fitness

La quantità totale di ciascun enzima presente nella cellula dipende dalla velocità con cui è sintetizzato e
degradato. In molti casi, entrambi questi processi possono essere selettivamente incrementati o
rallentati, determinando una variazione della concentrazione dell’enzima e quindi della sua attività
catalitica. Esistono molecole, spesso gli stessi substrati di reazioni enzimatiche, che sono in grado di
indurre la sintesi di uno o più enzimi coinvolti nel loro metabolismo: si utilizza in questi casi il termine di
induttore, ed inducibili sono gli enzimi la cui espressione viene così regolata. Si distinguono dagli enzimi
costitutivi, le cui concentrazioni cellulari non dipendono dalla presenza di induttori. L’esempio classico di
enzima inducibile è la Gal-1, necessario per il metabolismo del galattosio nei lieviti: l’enzima viene
prodotto solo in presenza di galattosio nel terreno di coltura. L’induzione enzimatica è un processo che
avviene anche nelle cellule di mammifero. Esiste inoltre anche la possibilità opposta: un metabolita
appena prodotto da una via enzimatica agisca da repressore nei confronti di uno o più enzimi della stessa
via metabolica bloccando quindi l’ulteriore sintesi. Questo meccanismo viene anche definito repressione
retrograda da prodotto. Entrambi i meccanismi si esplicano attraverso la regolazione dei processi
trascrizionali o traduzionali di specifici enzimi.
Se la regolazione dell’espressione e quindi della sintesi enzimatica è un meccanismo di regolazione ben
noto e caratterizzato, si deve ricordare che esiste anche la possibilità che la concentrazione di un enzima
venga modificata alterando la stabilità dell’enzima stesso, ovvero la velocità con cui viene degradato. Il
ricambio delle proteine cellulari è un processo ben caratterizzato: ciascuna proteina ha un tempo di
emivita definito. La stabilità di un enzima può dipendere da fattori diversi, quali: l’interazione con metalli,
l’interazione con coenzimi, l’interazione con altre molecole e modifiche covalenti che possono
modificarne la conformazione e renderlo quindi più suscettibile ai processi degradativi.
Esistono enzimi (ad esempio l’arginasi epatica) la cui concentrazione può essere regolata da modifiche
della stabilità proteica, ovvero della suscettibilità alla degradazione.
La regolazione della concentrazione enzimatica tramite variazioni della sintesi e/o della degradazione è
un meccanismo efficace ma piuttosto lento, che generalmente sottende adattamenti a lungo termine. Gli
adeguamenti cellulari a rapidi cambiamenti dell’ambiente esterno sono più spesso mediati da
modificazioni istantanee, ma transitorie, della capacità catalitica degli enzimi. Questo tipo di regolazione si
esplica attraverso tre modalità diverse (1) la regolazione allosterica (2) la regolazione tramite modifiche
covalenti (3) la regolazione proteolitica.