Molte reazioni biochimiche nelle cellule viventi possono andare in entrambe le direzioni. Ad esempio, le cellule dei mammiferi sintetizzano e cataboliscono il glucosio. I tassi di accadimento di queste reazioni devono essere regolati per prevenire lo spreco di energia attraverso il ciclo futile. Questo ciclo esegue reazioni opposte a velocità molto elevate senza un flusso netto del substrato in nessuna direzione. Secondo la seconda legge della termodinamica, l'entropia aumenta nelle reazioni favorite, l'entropia è un'energia che viene sprecata e che non può essere utilizzata per compiere lavoro.
Gli enzimi sono importanti per ogni cambiamento fisico e chimico nelle cellule. Pertanto, la regolazione dell'attività catalitica contribuisce alla comprensione degli errori congeniti e al mantenimento dell'omeostasi.
La regolazione delle azioni degli enzimi può essere realizzata attraverso:
- Compartimentalizzazione. Diversi enzimi con compiti diversi possono essere localizzati in compartimenti particolari. Ciò garantisce l'efficienza metabolica e la semplificazione della regolazione. Ad esempio, i cloroplasti hanno enzimi fotosintetici, i lisosomi hanno enzimi idrolitici e i mitocondri hanno enzimi per il metabolismo energetico, la fosforilazione ossidativa e il ciclo TCA.
- Modifica covalente. Questo è anche noto come interconversione enzimatica. La maggior parte degli enzimi è regolata attraverso l'aggiunta di un fosfato (fosforilazione), la rimozione del fosfato (defosforilazione), l'aggiunta di AMP (adenilazione) o altre modificazioni covalenti. La modifica covalente causa cambiamenti nella struttura dell'enzima terziario che cambiano la sua attività catalitica.
- Proteolisi parziale. Questo si riferisce a una modifica covalente irreversibile in cui zimogeni o proenzimi inattivi vengono attivati attraverso l'idrolisi di uno o più legami peptidici. Ad esempio, l'attivazione delle proteasi (enzimi che digeriscono le proteine) solo nell'area digestiva evita la proteolisi dei costituenti cellulari. Allo stesso modo, i fattori della coagulazione del sangue vengono attivati solo nei siti di un taglio per prevenire la formazione di coaguli interni.
- Controllo della concentrazione enzimatica. La concentrazione di un certo enzima in una cellula dipende dalla velocità della sua degradazione e sintesi. La velocità di sintesi degli enzimi è regolata attraverso l'induzione e la repressione del gene. A parte poche eccezioni, le velocità di reazione enzimatica aumentano con l'aumentare della concentrazione degli enzimi.
- La concentrazione del substrato. La velocità di una reazione enzimatica normalmente aumenta con un aumento della concentrazione del substrato fino a un particolare massimo.
- La concentrazione del prodotto finale. Quando i prodotti finali di una reazione si accumulano, la velocità della reazione diminuisce. In alcuni casi, il prodotto finale si combina con l'enzima, riducendo quindi ulteriormente il tasso.
- Temperatura. La velocità delle reazioni enzimatiche è fortemente influenzata dalla temperatura. Generalmente, la velocità iniziale della reazione enzimatica aumenta con l'aumentare della temperatura fino al raggiungimento di un particolare valore ottimale. Al di sopra della temperatura ottimale, inizia la distruzione dell'enzima riducendo così la velocità della reazione enzimatica.
- pH del mezzo. La concentrazione di ioni idrogeno nel mezzo influenza l'attività degli enzimi. L'attività enzimatica è massima a un particolare pH e diminuisce rapidamente su entrambi i lati di questo valore.
- Idratazione. L'effetto di una maggiore idratazione sull'attività degli enzimi dei tessuti delle piante è dimostrato principalmente durante la germinazione dei semi. Poiché l'imbibizione dell'acqua avviene durante la germinazione, l'attività enzimatica aumenta.
- Attivatori. Gli attivatori si riferiscono a composti specifici che accelerano la velocità della reazione enzimatica. Alcuni attivatori aumentano l'attività di quasi tutte le reazioni enzimatiche come sali di metalli alcalino terrosi come ioni cloro, cobalto, nichel, manganese e magnesio.
