Funkcije, struktura in kinetika alosteričnih encimov



The alosteričnih encimov So organske kemikalije, ki so sestavljene iz strukture štirih molekul, zato je rečeno, da je njena struktura kvartarna.

Skratka, alosterični encimi imajo več kot eno polipeptidno verigo in vsebujejo enote, v katerih se izvaja kataliza. To pa ima tudi mesto aktivnosti, to je kemično izmenjavo, zato izvajajo prepoznavanje substrata.

Z drugimi besedami, za alosterične encime je značilno, da imajo več kot dve polipeptidni verigi, katerih podenote imajo različne lastnosti: eno izosterično, ki je samo aktivno mesto, in eno alosterično, kjer se izvaja encimska regulacija..

Slednji nima katalizatorske aktivnosti, lahko pa je povezan z molekulo modulacije, ki lahko deluje kot spodbuda ali ovira za uresničevanje aktivnosti encimov..

Kratek uvod v alosterične encime

Alosterični encimi imajo pomembno nalogo, da olajšajo prebavo. Ko prodrejo v jedro molekul, lahko ti encimi vplivajo na metabolizem organizma, tako da imajo sposobnost, da ga absorbirajo in izločajo glede na nastale biokemične potrebe..

Da bi bilo to izvedljivo, je nujno, da alosterični encimi premaknejo mehanizme, s katerimi se izvaja regulativni postopek..

Ti encimi so razvrščeni v dva vidika: K in V. V obeh se običajno vidi, da njihova krivulja nasičenosti ni tipično hiperbola, ampak nepravilna oblika, ki posnema grško abecedo sigma..

To seveda pomeni, da njena struktura in kinetika sploh ni enaka strukturi michaelskih encimov, veliko manj pa od nealosteričnih encimov, saj njegov substrat povzroča pomembne spremembe in razlike v hitrosti reakcije..

Struktura in kinetika alosteričnih encimov sta neposredno povezani s kooperativnimi interakcijami, zlasti tistimi, ki niso kovalentni.

Ta predpostavka temelji na predpostavki, da je sigmoidna krivulja, ki je narisana, ko se koncentracija substrata dvigne, povezana s strukturnimi spremembami, ki se pojavljajo z encimi..

Vendar pa ta korelacija ni vedno absolutna in je primerna za nejasnosti, v katerih so nekatere posebnosti v tem sistemu izpuščene..

Funkcija

Globalno se alosterične encime imenujejo tiste molekule organskega izvora, v katerih lahko vplivajo na biokemične povezave med beljakovinami in encimi..

Delovanje teh alosteričnih encimov se razvije z infiltracijo v molekularno jedro, tako da je v organizmu odgovoren za prebavo. Zahvaljujoč temu so razširjeni različni procesi, povezani s prebavnim traktom, zlasti pri obvladovanju presnove.

Zato je primarna funkcija alosteričnih encimov, da skrbijo za olajšanje prebave v telesu. To se zgodi zato, ker proces povezav, na katere se nanašajo, omogoča asimilacijo hranilnih snovi in ​​odstranjevanje odpadkov v strukturi organizma, ki ga je treba dati prednost..

Zato se kataliza prebavnega sistema neprestano razvija v uravnoteženem okolju, v katerem ima vsak modulator specifično alosterično mesto.

Poleg tega so alosterični encimi s presnovnega vidika tisti, ki dosežejo, da se encimska aktivnost nadzira s fluktuacijami, ki se zaznavajo na ravni stratuma..

Manjše spremembe v koncentraciji tega substrata, večje so transformacije, ki jih bo podvržena aktivnost encimov, in obratno.

Po drugi strani pa lahko vrednosti alosteričnih encimov K povečamo z minimalno dozo modulatorja inhibicije.

Lahko se zgodi, da so alosterični encimi na koncu njihovega delovanja zavrti na koncu presnovnega procesa, kar se dogaja v nekaterih multienzimskih sistemih (imajo veliko vrst encimov) in so veliko večji, če so celične zmogljivosti presežene..

Ko se to zgodi, alosterični encimi zagotovijo zmanjšanje katalitične aktivnosti; v nasprotnem primeru substrat povzroči, da se aktivira encim, namesto da ga reguliramo.

Alosterična ureditev

Znani so kot tisti celični procesi, pri katerih je encimska aktivnost regulirana s postopkom prilagoditve. To je mogoče zaradi dejstva, da je proizvedena povratna informacija, ki je lahko pozitivna (to je aktivacija) ali negativna (zaviranje).

Regulacija se lahko izvaja na različne načine, bodisi na organski lestvici (sučelno, nad celico), s prenosom signala in s kovalentno modifikacijo encimov..

Fiksiranje substrata se običajno lahko pojavi v aktivnem središču, kadar inhibitor ni prisoten.

Vendar, če je ta alosterični center zaseden z inhibitorjem, se ta prvi element spremeni v svoji strukturi in zato substrata ni mogoče fiksirati..

Prisotnost sigmoidne kinetike lahko nakazuje, da je v substratu kooperativni odnos, vendar to ni vedno pravilo, z izjemami (glej poglavje "Alosterizem in kooperativnost: sinonimi?", Spodaj)..

Struktura in kinetika

Mnogim polipeptidom alosteričnih encimov primanjkuje katalize. V vsakem primeru pa imajo tudi strateška in zelo specifična mesta, na katerih poteka vezava in prepoznavanje modulatorja, zato lahko nastane kompleksen modulacijski encim..

To je zato, ker je njegova večja ali manjša aktivnost katalize odvisna od polarnosti modulatorja, to je glede na to, ali je negativni pol (inhibicijski pol) ali pozitivni pol (aktivacijski pol)..

Mesto, kjer poteka ta biokemična izmenjava, oziroma encimska interakcija z modulatorjem, je ustrezno znana kot alosterično mesto.

Njihove lastnosti se ohranijo brez spreminjanja modulatorja na kemični ravni. Vendar pa povezava med modulatorjem in encimom ni nepovratna, ravno nasprotno; Lahko se razveljavi. Zato lahko rečemo, da ta proces alosteričnih encimov ni nepremičen.

Ena značilnost, ki poudarja alosterične encime je, da ne ustrezajo kinetičnim vzorcem, ki ustrezajo načelom Michaelis-Mentena..

Z drugimi besedami, do sedaj izvedeni poskusi so pokazali, da ima povezava med alosteričnim encimom in modulatorji (ne glede na njihovo polarnost) zasičenostno krivuljo, ki nima pravilne oblike, ampak sigmoidne, pri čemer je ukrivljenost podobna krivulji Grška sigma.

Razlike v tej sigmoidni obliki so majhne, ​​ne glede na to, ali so bili modulatorji uporabljeni (pozitivni ali negativni) ali pa sploh niso bili uporabljeni.

V vseh primerih hitrost reakcij alosteričnih encimov kaže vrsto dramatičnih sprememb, katerih koncentracije substratov so nižje v primerjavi z negativnimi modulatorji in višje pri pozitivnih. Po drugi strani pa imajo vmesne vrednosti, kadar ni modulatorjev, povezanih z encimi.

Kinetično obnašanje alosteričnih encimov lahko opišemo z dvema modeloma: simetrični in zaporedni.

Simetrični model

V tem modelu je alosterični encim lahko predstavljen po konformacijah, ki so napete in sproščene.

Podenote so lahko na enem ali drugem koncu, saj obstaja ravnotežje, ki se premika med obema stadijoma, v katerih se negativni modulatorji približujejo napeti konformaciji, medtem ko sproščena povezuje substrate in aktivatorje..

Zaporedni model

S tem modelom imate drugačno paradigmo. Tu so tudi dve konformaciji, vendar lahko vsaka deluje neodvisno, ločeno.

Na tej točki lahko pride do povečanja ali padca afinitet biokemičnih vezi encimov, s stopnjami kooperativnosti, ki so lahko aktivacijske ali inhibitorne..

Strukturne spremembe se zaporedoma prenašajo iz ene podenote v drugo z določenim vrstnim redom.

Tako simetrični kot sekvenčni modeli delujejo sami po svojih standardih. Vendar lahko oba modela delujeta skupno, zato se med seboj ne izključujeta.

V teh primerih obstajajo vmesna stanja, v katerih je opaziti, kako konformacije, to je napetost in sproščenost, sodelujejo v procesu sodelovanja, v katerem so biokemijske interakcije alosteričnih encimov zlite..

Alosterizem in kooperativnost: sinonimi?

Verjeli so, da je alosterizem enak kooperativnosti, vendar to ni tako. Zmeda obeh izrazov očitno izhaja iz njihovih funkcij.

Vendar je treba opozoriti, da ta podobnost ni dovolj za uporabo alosterizma in kooperativnosti kot enakovrednih besed. Oba imata subtilne nianse, ki jim je treba posvetiti pozornost, preden se spustijo v napačne posplošitve in kategorizacije.

Ne smemo pozabiti, da imajo alosterični encimi, ko se pridružijo modulatorjem, različne oblike. Aktivirajo se pozitivni modulatorji, negativni modulatorji pa zavirajo.

V obeh primerih pride do bistvene spremembe v encimski strukturi aktivnega mesta, ki postane sprememba istega aktivnega mesta..

Eden od najbolj praktičnih primerov tega se kaže v nekonkurenčni inhibiciji, pri kateri se negativni modulator veže na encim, ki ni substrat..

Vendar pa lahko afiniteto tega encima glede na substrat zmanjšamo z negativnim modulatorjem alosteričnih encimov, tako da lahko postane konkurenčna inhibicija, ne glede na to, ali je struktura substrata drugačna od strukture encima..

Prav tako se lahko zgodi, da se poveča omenjena afiniteta ali da se namesto učinka inhibicije pojavi inverzni učinek, to je učinek aktivacije..

Pojav kooperativnosti se pojavlja pri številnih alosteričnih encimih, vendar se le-to poimenuje kot takrat, ko imajo encimi več mest, kjer se lahko vežejo na substrat, zato se imenujejo oligomerni encimi..

Poleg tega se afinitete proizvajajo glede na stopnjo koncentracije, ki jo ima efektor, in v njih pozitivni modulatorji, negativni in celo substrat sami delujejo na različne načine v celotnem procesu..

Da bi dosegli ta učinek, je treba predstaviti več lokacij, ki se lahko povežejo s substratom, rezultat pa se grafično prikaže v znanstvenih študijah kot sigmoidne krivulje, ki so bile že omenjene..

In tam se pojavlja prepletenost, ker je povezana s tem, da je v primeru encimske analize značilna sigmoidna krivulja, ker mora biti opazovan alosterični encim nujno kooperativen..

Poleg tega je eden od dejavnikov, ki prispevajo k tej prepletenosti, ta, da stopnjo kooperativnosti, ki obstaja v sistemu, upravljajo alosterični efektorji..

Njena raven se lahko poveča s prisotnostjo inhibitorjev, medtem ko se zmanjša, če so aktivatorji prisotni.

Kinetika pa zapusti samo sigmoidno stanje, ko postane michaeliana, v katerem so koncentracije aktivatorja povišane.

Zato je jasno, da so sigmoidne krivulje lahko antonimi alosteričnih encimov. Čeprav ima večina teh encimov, ko je ta substrat nasičen, ta signal, je napačno, da obstaja alosterična interakcija samo zato, ker je krivulja sigmoidne kinetike vidna v grafu..

Predpostavljati je treba tudi, da je obratno; sigmoid ne pomeni iz tistega, ki je pred ekspresno manifestacijo nedvoumnega alosterizma.

Edinstven alosterizem: hemoglobin

Hemoglobin velja za klasičen primer tega, kar se dogaja z alosteričnimi sistemi. V tej komponenti rdečih krvnih celic je fiksiran substrat, ki ustreza sigmoidnemu tipu.

Ta fiksacija se lahko prepreči s pomočjo efektorjev, v katerih na aktivno središče ne deluje, kar ni nič drugega kot heme skupina. Michaelijeva kinetika pa je predstavljena v izolaciji v podenotah, ki sodelujejo pri fiksaciji kisika.

Reference

  1. Bu, Z. in Callaway, D.J. (2011). "Dinamika beljakovin in alosterija na dolge razdalje v celični signalizaciji". Napredek v proteinski kemiji in strukturni biologiji, 83: str. 163-221.
  2. Huang, Z; Zhu, L. et al (2011). "ASD: celovita baza alosteričnih proteinov in modulatorjev". Nucleic Acids Research, 39, str. D663-669.
  3. Kamerlin, S.C. in Warshel, A (2010). "Na začetku 21. stoletja: ali je dinamika manjkajoča povezava za razumevanje encimske katalize?". Proteini: struktura, funkcija in bioinformatika, 78 (6): str. 1339-75.
  4. Koshland, D.E .; Némethy, G. in Filmer, D. (1966). "Primerjava eksperimentalnih podatkov o vezavi in ​​teoretičnih modelov v proteinih, ki vsebujejo podenote". Biokemija, 5 (1): str. 365-85.
  5. Martínez Guerra, Juan José (2014). Struktura in kinetika alosteričnih encimov. Aguascalientes, Mehika: Avtonomna univerza Aguascalientes. Izterjano iz libroelectronico.uaa.mx.
  6. Monod, J., Wyman, J. in Changeux, J.P. (1965). "O naravi alosteričnih prehodov: verjeten model". Journal of Molecular Biology, 12: str. 88-118.
  7. Teijón Rivera, José María; Garrido Pertierra, Amando et al (2006). Osnove strukturne biokemije. Madrid: Uvodnik Tébar.
  8. Perujska univerza Cayetano Heredia (2017). Regulatorni encimi. Lima, Peru: UPCH. Vzeto iz upch.edu.pe.