S Km v VS
Km0 max
v E kS
KTOT catm
0 v E Sk
KTOTcat
m0
v VS
S Km0
max
Il rapporto kcat/Km (costante di specificità) è una misura dell’efficienza cataliticadi un enzima: è la costante di second’ordine con cui E ed S reagiscono per dare P
E+S Pkcat/Km
L’energia di legame del substrato abbassa l’energia diattivazione di kcat/Km
[ETOT] [E]
RT
GB eh
TKk
att
E+S ES ES± E+P
kcat/Km
RT ln(kcat/Km) = RT ln(KBT/h) - Gatt
GS G±
E+S ES± E+PGatt
RT ln(kcat/Km) = RT ln(KBT/h) - G± - GS
Gatt = G± + GS
RT
GB eh
TKk
att
RT ln(kcat/Km) = RT ln(KBT/h) - G± - GS
Gatt = G± + GS
La massima energia di legame tra enzima e substrato si ha quandoogni gruppo chimico del substrato viene alloggiato in un sito
complementare dell’enzima.
Tuttavia, siccome la struttura del substrato cambia durante lareazione, divenendo prima lo stato di transizione e poi
i substrati, l’enzima può essere complementare ad una solaforma del substrato.
Come vedremo, dal punto di vista della catalisi, èvantaggioso che l’enzima sia complementare allo
stato di transizione, piuttosto che al substrato.
[S] >> Km v = kcat [E0]
Uniform bindingenergy effect
(no advantage)Km kcat =
Differential bindingenergy effect
(disadvantage)Km kcat
Differential bindingenergy effect(advantage)
Km =kcat
[S] << Km v = kcat/Km [S][E]
Uniform bindingenergy effect(advantage)
Km kcat
Differential bindingenergy effect
(mild advantage)Km kcat =
Differential bindingenergy effect(advantage)
Km =kcat
Gb = massima energia di legame disponibile
GR = variazione di energia avversa dovuta alla scarsa complementarità
G0± = energia di attivazione
dovuta alla rottura e formazione di legami
Massima complementarità con lo stato di transizione (——) Gatt = G0± + Gb
Massima complementarità con il substrato (------) Gatt = G0± + Gb + GR
La complementarità tra enzima e substrato comporta che kcat/Km sia la massima
Evoluzione della massima costante di velocità:
•Legame debole del substrato•Legame forte dello stato di transizione
Per valori di kcat / Km costanti, le velocità massime si hanno per Km > [S]
v E Sk
KTOTcat
m0 [ETOT] [E]
Fanno eccezione gli enzimi che catalizzano tappe di controllo
1. Il valore di kcat/Km è massimo se l’enzima è complementare allo stato di transizione.2. La [E] è massima quando la Km è grande, così che la maggior parte dell’enzima è in forma libera
L’evoluzione di un enzima può essere schematizzata in due punti:
Distribuzione dei valori di Km / [S] per gli enzimi glicolitici
Il concetto di distorsione del substrato di Haldane
Esochinasi D-glucosio + ATP D-glucosio 6-fosfato + ADP + H+
Adattamento indotto
Esochinasi D-glucosio + ATP D-glucosio 6-fosfato + ADP + H+
Adattamento indotto
Legame non produttivo