Curs 10-11

Ecuatii folosite in cinetica enzimatica

Cinetica starii stationare Conceptul de stare stationare este larg utilizat pentru sistemele dinamice. Acesta

se refera in general la situatii in care o cantitate particulara este constanta (in stare stationara) deoarece rata sa de formare este egala cu rata de distrugere. De exemplu, populatia unei tari este in stare stationara atunci cand rata natalitatii si a imigratiei sunt egale cu rata mortalitatii si a emigratiei. In mod analog, concentratia unui metabolit intr-o celula este in stare stationara cand acest compus este produs cu o viteza egala cu viteza sa de degradare. In cazul unei reactii dintre o enzima si o cantitate mare de substrat exista o etapa initiala (stare prestationara) in care concentratiile intermediarilor cresc pana la stabilirea starii stationare a fiecaruia. O data ce intermediarii ating starea stationara, viteza de reactie se schimba incet in decursul procesului catalitic. Starea stationara este o aproximatie deoarece substratul este consumat in decursul procesului enzimatic, dar poate oferi informatii asupra vitezei de reactie intr-un interval ingust de timp (atunci cand concentratia substratului nu se modifica semnificativ). Daca pentru analiza mecanismelor chimice din cadrul catalizei enzimatice sunt adecvate determinarile cinetice in starea prestationara aplicarea cineticii starii stationare este importanta pentru intelegerea metabolismului, deoarece permite masurarea activitatii catalitice a enzimei in conditiile starii stationare din vivo (celula).

Ecuatia Michaelis-Menten Pentru obtinerea acestei ecuatii se pleaca de la urmatoarele premize: concentratia

enzimei este neglijabila comparativ cu concentratia substratului (datorita eficientei catalitice deosebite a enzimei), viteza de reactie initiala (bazata pe formarea primelor catorva procente de produs sau pe consumul de substrat), schimbarile de concentratie ale produsului sau substratului nu sunt semnificate. De aceea in aceste conditii modificarile care apar la concentratiile reactivilor sunt in general liniare cu desfasurarea reactiei (in timp).

S-a constat experimental faptul ca viteza de reactie, v, este direct proportional cu concentratia enzimei, [E]0. Oricum, viteza de reactie urmeaza o cinetica de “saturatie” in raport cu concentratia substratului, [S]. La concentratii suficient de mici ale substratului, v creste liniar cu [S]. Odata cu cresterea lui [S] aceasta relatie de liniaritate dispare si v creste mai lent comparativ cu [S] (la o valoare de saturatie a acesteia) atingand o valoare limita a vitezei vmax. Acest lucru poate fi exprimat cantitativ de ecuatia Michaelis-Manten, una dintre ecuatiile de baza din cinetica enzimatica:

unde: kcat [E]0 = vmax

Concentratia substratului la care v = vmax/2 este cunoscuta sub numele de constanta Michaelis, KM. La concentratii foarte mici ale substratului ([S]KM) viteza este direct proportionala cu concentratia substratului:

Interpretarea fenomenelor cinetice pentru reactia enzimei cu un singur substrat In 1913, L. Michaelis and M.L. Menten au dezvoltat teoriile cercetatorilor anteriori. Ei au propus urmatoarea schema: Reactia catalitica poate fi divizata in doua procese: enzima si substratul se combina intr-o prima etapa pentru a da nastere la complexul enzima-substrat, ES. Aceasta etapa este rapida si reversibila si nu este insotita de schimbari chimice (enzima si substratul interactioneaza prin intermediul fortelor fizice). Aceasta schema presupune faptul ca enzima se leaga numai de un singur substrat. Procesul chimic care se desfasoara in a doua etapa cu o constanta catalitica de ordinul I, kcat, este un proces ireversibil. Ecuatiile care conduc la expresia Michaelis Menten sunt: De asemenea, concentratia totala a enzimei, [E]0, si cea a enzimei libere, [E], pot fi corelate prin ecuatia: Din cele 3 ecuatii mai sus mentionate rezulta urmatoarea expresie: si implicit la relatia: Ultima ecuatie este de fapt ecuatia Michaelis Menten unde constanta de disociere Ks este egala cu KM. Exista, desigur, si un complex enzima-produs, EP, a carei formare poate fi reversibila. In analizele mai sus mentionate se considera faptul ca disocierea acestui complex (EP) este atat de rapida incat reactia inversa poate fi ignorata. Dat fiind faptul ca vitezele de reactie

v =[E]0[S]k2

[S] + (k2 + k-1)/k1

(k2 + k-1)/k1 = Km

k2 = kcat ; vmax=[E]0 kcat

= Km

vmax 1 v

1

[S] · + 1

vmax

= Km vmax v v

[S] · -

sunt masurate in momentul in care o cantitate mica de substrat este scindata (respectiv o cantitate mica de produs este formata) se poate neglija acumularea lui EP. Cinetica reactiilor enzimatice cu un singur substrat se bazeaza pe teoria starii stationare elaborata de Haldane si Briggs (1925): in decursul reactiei enzimatice concentratia speciei intemediare, ES, ramane constanta. In aceste conditii rata de formare a complexului enzima substrat, ES, este egala cu rata de consum a complexului.

d[ES]/dt = 0 = k1[E][S] - k2[ES] - k-1[ES]

In situatia in care k2 este constanta vitezei de reactie a etapei determinante de viteza

(k2 << k-1), KS = Km , ecuatia obtinuta coincide cu ecuatia Michaelis-Menten.

Curba asimptotica rezultata din reprezentarea Michaelis-Menten permite determinarea cu anumite erori, prin extrapolare, a vitezei maxime vmax. Pentru a obtine valori cat mai mici de determinare a vitezei maxime se foloseste reprezentarea 1/v in functie de 1/[S] (Lineweaver-Burk) obtinuta prin transformarea matematica a ecuatiei Michaelis-Menten. Din aceasta dependenta rezulta o dreapta a carei intersectie cu axa 1/v este 1/vmax si a carei tangenta fata de axa 1/[S] este Km/ vmax. O alta dependenta mai putin cunoscuta, derivata de la ecuatia Michelis-Menten, este aceea a ecuatiei Eadie-Hofstee in care se reprezinta viteza de reactie in functie de v/[S].

Din reprezentarea grafica a acestei dependente se obtin direct valorile -Km (din tangenta) respectiv vmax (intersectia dreptei cu axa v).

Exista si alte reprezentari mai rar utilizate: - [S] / v in functie de v (Hanes); - V in functie de log [S] (Kuhn).

Inhibitia competitiva

In inhibitia reversibila un compus este in competitie cu substratul pentru legarea la situsul activ al enzimei. Inhibitorii competitivi seamana cu substratul si interactioneaza cu situsul catalitic al enzimei, dar difera de substrat deoarece nu poate reactiona intr-o maniera asemanatoare cu enzima. In situatia in care inhibitorul si substratul se afla in competitie

COO-

CH2

CH2

COO-

succinat dehidrogenaza

-OOC

C

C

COO-

H

H

succinat fumarat

COO-

CH2

COO-

succinat dehidrogenaza

malonat

reactia nu are loc

pentru situsul catalitic enzimatic, iar concentratia substratului este net superioara concentratiei inhibitorului, inhibitia este diminuata sau dispare. De exemplu, succinat dehidrogenaza, o enzima care intervine in ciclul acidului citric si care poate converti succinatul la fumarat, este inhibata competitiv de malonat (compus omolog cu succinatul dar care nu poate fi dehidrogenat, vezi schema alaturata). Eficacitatea malonatului (inhibitorului) fata de succinat dehidrogenaza sugereaza faptul ca situsul catalitic al enzimei are in componenta doua resturi incarcate pozitiv, resturi care interactioneaza cu gruparile carboxilat. Principii similare se aplica si in cazul in care produsul reactiei enzimatice prin acumularea sa inhiba aceasta reactie si este in competitie cu substratul la legarea enzimei. Inhibitia produsului de reactie este o modalitate prin care celula controleaza activitatile enzimelor proprii. Daca compusii analogi substratului (inclusiv produsii) sunt de obicei buni inhibitori competitivi, compusii analogi cu cei din starea de tranzitie pot fi inhibitori mai pronuntati ai enzimelor. Acest lucru se explica prin faptul ca eficienta catalizei depinde de abilitatea enzimei de a se lega de substrat si de a stabiliza starea de tranzitie din cadrul reactiei enzimatice. De exemplu, adenozin deaminaza este o enzima care conversteste nucleozida adenozina la inozina dupa cum urmeaza: Km a enzimei pentru substratul adenozina este 3 x 10–5 M. Produsul inozina actioneaza ca un inhibitor al reactiei cu o constanta de inhibitie KI de 3 x 10–4 M. Un compus analog cu cel din starea de tranzitie, 1,2-dihidroinozina, inhiba reactia avand o constanta de inhibitie KI = 1,5 x 10–13 M.

Gradul de inhibitie competitiva depinde de fractiunea de enzima care leaga inhibitorul

Ks =[E][S]

[ES]KI =

[E][I]

[EI]

[E]t = [E] + [ES] + [EI] = [E] +[E][S]

Ks

[E][I]

KI

+

v = kcat [ES]

=vmax [S]

Km +[S]v

Schema generala pentru o reactie competitiva este reprezentata in partea dreapta. Aceasta inhibitie are ca rezultat cresterea constantei de disociere a conplexului modificand valoarea constantei Km, fara a afecta viteza maxima a enzimei (vmax). Tinand cont de formarea complexului enzima-

inhibitor si a celui enzima-substrat, concentratia totala a enzimei include si fractiunea la care leaga inhibitorul.

Astfel, in ecuatia Michelis-Menten intervine urmatoarea modificare:

unde: valoarea este influentata de concentratia inhibitorului si de afinitatea acestuia pentru enzima si nu poate avea valori mai mici decat 1. Constanta Michaelis aparenta poate fi scrisa: unde Km este constanta Michaelis in absenta inhibitorului. Un exemplu de inhibitie competitiva este acela in care etanolul este folosit in contracararea otravirii cu metanol. Metanolul insusi este un compus cu toxicitate medie. Enzima alcool dehidrogenaza converteste metanolul la formaldehida (cantitati mici pot provoca orbirea sau uneori chiar moartea). Etanolul este in competitie cu metanolul pentru legarea la situsul catalitic al alcool dehidrogenazei din ficat determinand astfel diminuarea producerii de formaldehida din metanol. Odata cu administrarea etanolului o mare parte a metanolului este eliminata din organism inaintea conversiei la aldehida. Un alt inhibitor competitiv al alcool dehidrogenazei este fomepizolul (4-metil-pirazolul).

= 1 +KI

[I]

Kmap = Km

E + S ES E + Pkcat

Ks

+I

KI

EI + S nu are loc reactia

L-alanin dehidrogenaza (Km = 1,7 mM in cazul in care substratul este alanina) este inhibata competitiv de catre D-alanina (KI = 20 mM). Exista si situatii in care inhibitorii competitivi nu sunt analogi ai substratului sau a unei stari de tranzitie dar care pot modifica conformatia situsului catalitic sau a subunitatilor din componenta unei enzime fapt care modifica fie Km (efector de tip K) fie vmax (efector de tip V). Compararea valorilor KI

a inhibitorilor competitivi cu structuri diferite poate oferi informatii despre proprietatile de legare ale situsului catalitic dintr-o enzima. Inhibitia competitiva este des intalnita in toxicologie, industria farmaceutica si industria agro-alimentara. Conditiile pe care trebuie sa le indeplineasca un inhibitor competitiv sunt:

- existenta unei analogii cu structura si orientarea spatiala a substratului natural; - sa indeplineasca conditii structurale care sa-i permite legarea la situsul activ al

enzimei. Bacteriile se adapteaza la mediul inconjurator prin producerea unor enzime care metabolizeaza anumite substante nutritive in situatia in care acesti compusi sunt disponibili. Pentru transformarea lactozei, E. coli apeleaza la doua proteine: -galactozidaza (E.coli) este o enzima implicata in hidroliza lactozei (in general a derivatilor -galactozidici) la monozaharurile care intra in compozitia acesteia, iar galactozid-permeaza (lactoz-permeaza) permite transportul lactozei in celula. Celulele care cresc in absenta lactozei contin o cantitate redusa din cele doua proteine. In schimb, in prezenta lactozei in mediul de cultura rata de sinteza a celor doua proteine creste cu circa trei ordine de marime pana in momentul in care lactoza este consumata. In acest context exista un compus care rezulta in urma unei reactii de transglicozilare a lactozei, 1,6-alolactoza, cu rolul de a induce sinteza acestor proteine (galactozidaza si permeaza). IPTG (izopropil-tio--galactopiranoza), un inductor sintetic, este un inhibitor competitiv al acestei enzime datorita faptului ca nu este degradat de galactozidaza. Genele care codeaza -galactozidaza, galactozid-permeaza si tiogalactozid transacetilaza sunt dispuse continuu pe operonul lac. Cele trei gene structurale (Z, Y si A) sunt translate de pe un singur ARNm. O gena din vecinatatea operonului lac, notata I (represor lac), codeaza o proteina ce inhiba sinteza celor 3 proteine (codate de operatorul lac). Represorul se ataseaza de regiunea operator (O) situata inaintea genei care codeaza cele trei proteine. In absenta substantei inductoare, represorul lac se leaga de regiunea opera-torului cu scopul de a preveni trascriptia ARNm. Odata cu legarea acestui compus repre-sorul disociaza de pe operator, permitand transcriptia si implicit translatia enzimelor lac. In multe cazuri inhibitorii competitivi rezulta in urma unor reactii enzimatice. De exemplu, in cazul celulelor umane infectate cu virusul herpesului, moleculele de aciclovir (agent antiviral) intra in celula si sunt convertite in aciclovir monofosfat de catre enzima timin-kinaza (produsa de virus). Enzimele din celulele umane convertesc aceasta forma intr-una activa, trifosfatul aciclovirului. Aceasta forma activa intra in competitie cu 2-deoxiguanozin trifosfatul (dGTP), compus care este substrat pentru ADN polimeraza virala, stopand astfel multiplicarea virusului.

Inhibitori ai unei enzime implicata in transmiterea HIV

Virusul imunodeficientei umane (HIV) cauzeaza raspandirea sindromului imunodeficientei dobandite (SIDA) prin infectarea si distrugerea sistemului imunitar gazda. In prima etapa a infectiei HIV se ataseaza pe celula tinta si isi injecteaza

E + S ESk1

k-1

E + Pk2

k-2

E + I EIk3

k-3

EI + S ESIk4

k-4

ES + I ESIk5

k-5

materialul genetic (ARN, etc) in interiorul acesteia. ARN-ul viral este transcris la ADN de catre o enzima virala numita transcriptaza inversa. Dupa ce ADN-ul este integrat in genomul gazda, celula poate produce mai mult ARN viral si proteinele aferente pentru impachetarea virusului. Majoritatea proteinelor virale sunt sintetizate sub forma unor precursori de dimensiuni mari (poliproteine). HIV proteazele sunt responsabile de procesele proteolitice care stau la baza eliberarii proteinelor virale (care sunt necesare pentru reproducerea virala). Eforturile de prevenire si tratare in cazul SIDA au condus la obtinerea unor compusi care inhiba transcriptaza sau proteazele. AZT este un inhibitor competitiv al transcriptazei. Acest compus este preluat de celula, fosforilat si incorporat in lantul ADN sintetizat de catre transcriptaza determinand incheierea sintezei. HIV proteaza (o proteaza aspartica) cliveaza legaturile peptidice (de tip Phe-Pro si Tyr-Pro) din proteinele HIV. HIV proteazele sunt vitale atat pentru replicarea virala din celula cat si pentru indepartarea particulelor virale mature din celula infectata. Structura inhibitorilor proteazelor virale HIV-1 si HIV-2 (Saquinavir, Ritonavir) este asemanatoare cu cea a substratului fiziologic.

Inhibitia necompetitiva

In decursul acestui tip de inhibitie intre inhibitor si substrat nu exista o analogie structurala, inhibitorul legandu-se la situsuri specifice, altele decat situsul catalitic. Inhibitia necompetitiva presupune ca inhibitorul afecteaza activitatea catalica a enzimei dar nu si legarea enzimei de substrat. Legarea inhibitorului de enzima determina modificari conformationale ale moleculelor enzimatice influentand vmax si nu Km. Cei mai cunoscuti inhibitori competitivi sunt compusii cu molecule mici (protoni, ioni metalici). Dat fiind faptul ca inhibitorul se leaga intr-o zona diferta de cea de legare a substratului, in inhibitia competitiva apar doua tipuri de complecsi

binari (ES si EI) si un complex ternar ESI. Viteza de reactii necompetitive se obtine printr-un rationament asemanator cu cel al vitezei unei reactii competitive. Diferenta apare in cazul vitezei maxime de reactie (notata v’max), parametru care este influentat atat de constanta de inhibitie KI cat si de concentratia inhibitorului, I.

=vmax [S]

Km +[S]v 1

1 +KI

[I] =v’max [S]

Km +[S]v

vmax

1 +KI

[I]v’max =

E + S ES E + Pk1

+

I

KI’

ESI

k-1

k2

k-2

E + I + Pk3

k-3

=v’max [S]

K’m +[S]v

vmax

1 +KI’

[I]v’max =Km

1 +KI’

[I]K’m =

Inhibitia necompetitiva pura este mai greu de realizat deoarece interactiunea enzima-inhibitor determina o deformare a situsului catalitic si implicit o modificare a constantei Km. Exemple de inhibitie necompetitiva: combinarea CN- cu fierul in citocrom c oxidaza sau complexarea ionilor metalelor grele, Hg2+ si Ag+, prin intermediul gruparilor –SH din enzima. Nevirapina este un alt inhibitor care se leaga la o portiune hidrofoba din enzima si nu la situsul catalitic.

Inhibitia incompetitiva

In inhibitia incompetitiva inhibitorul nu se fixeaza pe enzima libera ci interactioneaza cu complexul ES, motiv pentru care influenteaza ambii parametri enzimatici (vmax si Km).

Considerand reactiile la echilibru in care intervin cei trei parteneri se obtine urmatoarea expresie pentru viteza de reactie:

unde v’max si K’m reprezinta parametri enzimatici modificati:

Factorul de corectie este acelasi atat pentru vmax cat si Km, fapt care implica mentinerea aceleasi eficiente catalitice (vmax / Km). KI’ este concentratia inhibitorului la care v’max si K’m se injumatatesc comparativ cu valorile din reactia necatalizata (vmax si Km).

Inhibitia mixta

Multi inhibitori reversibili interactioneaza cu enzima intr-un mod care afecteaza legarea substratului si activitatea catalitica. Mai precis, atat enzima cat si complexul enzima-substrat leaga inhibitorul.

E + S+I

KI’

ESI

ESk1

k-1

E + Pk2

k-2+I

KI

EI

Acest fenomen este cunoscut sub numele de inhibitie mixta. Cel mai probabil un inhibitor mixt se leaga la situsurile catalitice ale enzimei care participa atat in legarea substratului cat si in cataliza. De exemplu, ionii metalici nu sunt in concurenta cu substratul pentru legarea la un situs catalitic enzimatic (nu actioneaza ca inhibitori competitivi) si ca atare pot fi inhibitori micsti. Cele doua constante de disociere nu sunt neaparat

echivalente. Ca si in cazul inhibitiei competitive valorile aparente ale constantei Michaelis si ale vitezei maxime pot fi influentate de prezenta inhibitorului. Numele de inhibitie mixta provine din faptul ca, constanta Michaelis aparenta depinde de doi factori ( si ’). Astfel, valorile acestei constante pot creste sau descreste in functie de valorile relative si ’. Daca este egal cu ’ atunci constanta Michaelis a reactiei coincide cu aceea in care reactia enzimatica este realizata in absenta inhibitorului. In acest caz numai valoarea vitezei maxime este modificata, fenomen cunoscut sub numele de inhibitie pura necompetitiva.

Inhibitorii ireversibili se leaga preponderent prin legaturi covalente de anumite resturi de aminoacizi din situsul catalitic, aminoacizi care au un rol esential pentru functionarea corespunzatoare a enzimei. In urma acestor interactiuni se formeaza compusi stabili, inactivi din punct de vedere catalitic.

Diizopropil-fluorofosfat (DFP) este un inhibitor ireverversibil al serin proteazei, legandu-se covalent de gruparea –OH a unui rest de serina din situsul catalitic al acestei enzime. Analog, DFP reactioneaza cu o grupare din situsul catalitic al acetil-colin esterazei din sinapsele neuronilor fiind un potential neurotoxic.

Inhibitorii “sinucigasi” sunt compusi implicati in inhibitia ireversibila a enzimelor fiind convertiti in forma activa in interiorul situsului catalitic.

-difluoro-metilornitina (DMFO) este un inhibitor sinucigas al ornitin decarboxilazei. Structura sa este asemanatoare cu cea a ornitinei si permite acomodarea in situsul catalitic al decarboxilazei, dupa care este convertit intr-un derivat iminic, compus care reactioneaza cu un rest de lizina sau cisteina din situsul catalitic dezactivand enzima. Acest inhibitor este utilizat in tratarea “bolii somnului”, cauzata de un protozoa (Trypanosoma brucei) trasmisa de musca tete.

E + S+I

KI’

ESI

ESk1

k-1

E + Pk2

k-2+I

KI

EI

EI* P

Reglarea alosterica a activitatii enzimatice

Un organism este cababil sa regleze activitatea catalitica a enzimelor sale componente si ca atare acesta poate coordona diferite procese metabolice, de a raspunde la schimbarile de mediu care apar, de a creste sau diferentia, toate acestea intr-o maniera ordonata. Exista doua modalitati de reglare a activitatii enzimatice:

a) Controlul disponibilitatii enzimei. Cantitatea de enzima dintr-o celula depinde de rata sa de sinteza sau de degradare. Fiecare dintre aceste rate este controlata direct de celula si este subiectul schimbarilor dramatice care apar in decursul minutelor (in bacterii) sau chiar a orelor (in organismele superioare);

b) Controlul activitatii enzimatice. Activitatea catalitica a enzimei poate fi direct controlata prin alterarile structurale care influenteaza afinitatea enzimei fata de substrat. Hemoglobina este o proteina intracelulara care este responsabila pentru colorarea

rosie a celulelor rosii. Hemoglobina mamiferelor este un tetramer (22). Legarea oxigenului la hemoglobina altereaza structura tetramerului. Curba de legare a oxigenului la hemoglomina este sigmoidala, lucru care indica o interactiune cooperanta intre situsurile de legare (aflate la interfata subunitatii 1 cu subunitatea 2 si vice-versa). In cazul hemoglobinei legarea la un situs catalitic determina o crestere a afinitatii fata de oxigen a subunitatilor ramase. Hemoglobina are doua stari conformationale: starea T (conformatia deoxihemoglobinei) si starea R (conformatia oxihemoglobinei). Conformatiile celor 4 subunitati al hemoglobinei in starea T difera de cele din starea R. Legarea oxigenului determina o serie de miscari care au drept consecinta trecerea dintr-o stare in alta pentru cateva secunde. Legarea oxigenului la hemoglobina este influentata de: prezenta dioxidului de carbon (care favorizeaza starea T si ca atare eliberarea oxigenului), prezenta in sange a D-2,3-difosfogliceratului (se leaga puternic la deoxihemoglobina si slab la oxihemoglobina) sau pH. Legarea cooperanta a oxigenului la hemoglobina este modelul clasic a multor proteine (incluzand si anumite enzime) care leaga molecule mai mici. In unele cazuri, legarea ligandului la un situs determina cresterea afinitatii la celelalte situsuri de legare ale aceleiasi proteine (legarea oxigenului la hemoglobina), iar in altele o diminuare a afinitatii celorlalte situri de legare. Aceste efecte poarta numele de efecte alosterice (grec. allos=alt, stereos=solid, spatiu).

Exista doua modele care descriu modalitatile de cooperare dintre subunitati la legarea ligandului: 1. modelul simetric de alosterism presupune urmatoarele:

- proteina este un oligomer cu subunitatile orientate simetric; - oligomerul poate exista in cele 2 stari conformationale (T si R), stari care se afla

in echilibru; - ligandul se leaga la o subunitate aflata in ambele stari conformationale (numai

schimbarile conformationale afecteaza afinitatea pentru ligand); - simetria conformationala este pastrata in decursul schimbarilor conformationale

(nu sunt oligomeri care sa contina subunitati in ambele stari,T si R);

Un dezavantaj al modelului simetric este acela al dificultatii pastrarii simetriei oligomerului, care presupune faptul ca trecerea de la starea T la R se face in toate subunitatile la care s-a legat ligandul (cooperare pozitiva).

2. Modelul secvential presupune faptul ca legarea ligandului induce schimbari conformationale in subunitatea la care este legat, iar interactiunile cooperative din subunitatile vecine sunt rezultatul acestor schimbari conformationale. Afinitatea ligandului pentru subunitati variaza cu conformatia acestora si poate fi mai mare sau mai mica (cooperare pozitiva sau negativa). Schimbarile alosterice pot cauza modificari majore ale activitatii enzimatice. Activitatea unor enzime poate fi controlata prin modificarea covalenta, in mod curent fosforilarea sau defosforilarea, a unor resturi din catena laterala a unor aminoacizi (Ser, Thr, Tyr) din lantul polipeptidic.

Starea T Starea S Model de alosterism simetric

Model secvential Subunitatile sunt convertite secvential din forma

tensionata (rosu) in cea relaxata (verde)

Inhibitia feedback a ATCazei controleaza sinteza pirimidinei Aspartat transcarbamoilaza (ATCaza) catalizeaza formarea N-carbamoil aspartatului din

fosfatul de carbamoil si aspartat: Aceasta reactie intervine in prima etapa din biosinteza pirimidinelor. Daca se reprezinta viteza de reactie in functie de concentratia aspartatului se obtine o curba sigmoidala, lucru care indica o comportare alosterica a acestei enzime. Factorii alosterici (nucleotididele) pot deplasa aceasta curba spre concentratii mai mici (ATPul) sau mai mari (CTPul). CTPul, un produs al caii de biosinteza a pirimidinei este un exemplu de inhibitor feedback, deoarece inhiba etapa initiala a biosintezei. Astfel, cand nivelul concentratiei CTPului este ridicat, CTP se leaga la ATPaza reducand viteza de sinteza a N-carbamoil-aspartatului si invers. Semnificatia metabolica a activarii cu ATP (a ATCazei) este atribuita tendintei acestei molecule de a controla viteza de sinteza a nucleotidelor purinice si pirimidinice. Ca urmare, daca concentratia ATPului este mai mare decat a CTPului, ATCaza este activata sinteza nucleotidelor pirimidinice pana cand concentratia acestora (ATP si CTP) se egaleaza. In cazul in care concentratia CTPului este mai mare decat a ATPului, inhibitia CTPazei permite biosinteza nucleotidelor purinice fapt care conduce la o echilibrarea a concentratiei CTPului cu a ATPului.

Reprezentarea schematica a inhibitiei “feed-back” a ATCazei de unul din produsii caii metabolice de biosinteza a pirimidinei