II. III IV RIPERCORRENDO LEVOLUZIONE La possibilità di produrre piccole alterazioni nella struttura di un enzima ci consente di esplorare gli eventi.

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4 RIPERCORRENDO LEVOLUZIONE La possibilità di produrre piccole alterazioni nella struttura di un enzima ci consente di esplorare gli eventi che hanno avuto luogo nella fase finale dellevoluzione ed hanno regolato finemente lattività di un enzima in funzione del suo ambiente cellulare.

5 Thr40 La treonina 40 mostra un legame di tipo differenziale con substrati, stato di transizione e prodotti. Questo tipo di legame può abbassare lenergia dello stato di transizione rispetto a quella del complesso ES e quindi avere leffetto di aumentare la k cat.

6 Altri residui danno un contributo di legame di tipo uniforme durante tutto il corso della reazione. Questo tipo di legame ha leffetto di aumentare la costante di velocità della reazione solo quando [S]<<K M.

7 Questi effetti sono chiaramente illustrati dalla variabilità della posizione 51 nella tirosil-tRNA sintetasi. Lenzima da B. stearotermophilus ha un residuo di Thr in questa posizione. Gli enzimi di B. caldotenax e E. coli hanno, rispettivamente, dei residui di Ala e Pro.

8 La mutazione della posizione 51 nellenzima di B. stearotermophilus determina un aumento della costante di velocità della reazione di attivazione della tirosina, ma non ha effetto sulla costante di affinità per lATP, come pure non ha nessun effetto sulla costante catalitica della reazione complessiva di di aminoacilazione del tRNA.

9 Dal diagramma dellenergia differenziale si vede che laumento della costante di attivazione della tirosina è dovuto allenergia di legame differenziale con lo stato di transizione e con i prodotti determinata dalle mutazioni. Lenergia di legame differenziale non aumenta però la k cat della reazione complessiva di acilazione del tRNA.

10 La cinetica delaminoacilazione del tRNA è complessa ed è simile a quella a due passaggi dellidrolisi degli esteri catalizzata dalla chimotripsina. In questultimo caso si è osservato che accelerando il primo passaggio non si aumenta la k cat della reazione complessiva ma si diminuisce la K M. Il risultato è che levoluzione ha generato una famiglia di enzimi in cui lattività di ogni membro è ottimizzata per la concentrazione cellulare di ATP.

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12 Ottimizzazione della velocità complessiva di una reazione costituita da più passaggi

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