Allosteeriliste ensüümide funktsioonid, struktuur ja kineetika

The allosteerilised ensüümid Need on orgaanilised kemikaalid, mis koosnevad nelja molekuli struktuurist, mistõttu on öeldud, et selle struktuur on kvaternaarne.

Kokkuvõttes on allosteerilistel ensüümidel rohkem kui üks polüpeptiidahel ja need sisaldavad ühikuid, milles viiakse läbi katalüüsi. Neil on omakorda ka aktiivsuskoht, st keemiline vahetus, mistõttu nad teostavad substraadi äratundmist.

Teiste sõnadega, allosteerilistele ensüümidele on iseloomulik, et neil on rohkem kui kaks polüpeptiidahelat, mille subühikud on erinevad: üks isosteeriline, mis on aktiivne sait, ja üks allosteeriline, kus viiakse läbi ensümaatiline regulatsioon..

Viimasel ei ole katalüüsi aktiivsust, kuid see võib olla seotud moduleerimise molekuliga, mis võib toimida ensüümide aktiivsuse realiseerimise stiimulina või takistusena..

Allosteeriliste ensüümide lühitutvustus

Allosteerilistel ensüümidel on oluline ülesanne muuta seedimist lihtsamaks. Kuna nad tungivad molekulide tuuma, on neil ensüümidel võime sekkuda organismi ainevahetusse, nii et neil on võime muuta see absorbeeruvaks ja erituvaks vastavalt tekkinud biokeemilistele vajadustele..

Selleks, et see oleks teostatav, on vaja, et allosteerilised ensüümid liiguksid mehhanismid, millega regulatiivne protsess viiakse läbi.

Need ensüümid liigitatakse kahte aspekti: K ja V. Mõlemas on näha, et nende küllastuskõver ei ole tavaliselt hüperbooli, vaid ebakorrapärase kujuga, mis jäljendab kreeka tähestiku sigma.

See tähendab muidugi, et selle struktuur ja kineetika ei ole üldse võrdne mikaeli ensüümide omaga, palju vähem kui allosteeriliste ensüümidega, kuna selle substraat põhjustab olulisi erinevusi ja erinevusi reaktsiooni kiiruses.

Allosteeriliste ensüümide struktuur ja kineetika on otseselt seotud ühistegevusega, eriti nendega, mis ei ole kovalentsed..

See eeldus põhineb eeldusel, et sigmoidkõver, mis tõmmatakse substraadi kontsentratsiooni tõustes, on seotud ensüümidega tekkinud struktuuriliste muutustega..

See korrelatsioon ei ole siiski alati absoluutne ja omab ebamäärasusi, milles selles süsteemis teatud eripärad jäetakse välja..

Funktsioon

Globaalselt nimetatakse allosteerilisi ensüüme kui orgaanilise päritoluga molekule, milles nad võivad mõjutada valkude ja ensüümide vahelisi biokeemilisi sidemeid.

Nende allosteeriliste ensüümide toime on arenenud läbi molekulaarse tuuma infiltratsiooni, nii et organismi sees vastutab seedetrakti katalüüs. Tänu sellele laienevad mitmesugused seedetraktiga seotud protsessid, eriti ainevahetuse juhtimisel.

Seetõttu on allosteeriliste ensüümide esmane ülesanne hoolitseda organismis seedimise hõlbustamise eest. See juhtub seetõttu, et linkide esitamise protsess võimaldab toitainete omastamist ning jäätmete kõrvaldamist organismi struktuuris..

Seetõttu areneb seedesüsteemi katalüüs pidevalt tasakaalustatud keskkonnas, kus igal modulaatoril on spetsiifiline allosteeriline koht.

Lisaks on allosteerilised ensüümid metaboolsest vaatenurgast need, mis saavutavad ensümaatilise aktiivsuse kontrollimise läbi kihtide tasemel esinevate kõikumiste kaudu..

Mida väiksem on selle substraadi kontsentratsioonis toimunud muutused, seda suuremad on muutused, mida ensüümide aktiivsus läbib, ja vastupidi.

Teisest küljest võib allosteeriliste ensüümide K väärtusi suurendada inhibeerimismodulaatori minimaalse annusega.

Võib juhtuda, et nende toimel inhibeerivad allosteerilised ensüümid ainevahetusprotsessi lõpus midagi, mis juhtub mõnes multiensüümi süsteemis (neil on palju ensüümiliike), olles palju rohkem, kui raku võimsus ületatakse..

Kui see juhtub, tagavad allosteerilised ensüümid katalüütilise aktiivsuse vähenemise; vastasel juhul põhjustab substraat selle reguleerimise asemel ensümaatilise aktiivsuse aktiveerimise.

Allosteeriline regulatsioon

Tuntud kui need rakulised protsessid, milles ensümaatilist aktiivsust reguleeritakse reguleerimisprotsessiga. See on võimalik tänu sellele, et saadakse tagasisidet, mis võib olla positiivne (st aktiveerimine) või negatiivne (inhibeerimine)..

Reguleerimine võib toimuda erinevatel viisidel, kas orgaanilises mastaabis (suprakellulaarne, raku kohal), signaaliülekande ja ensüümide kovalentse modifitseerimise teel..

Substraadi kinnitamine võib tavaliselt toimuda aktiivses keskuses, kui inhibiitorit ei ole.

Ent kui see allosteeriline keskus on inhibiitori poolt hõivatud, muutub see esimene element oma struktuuris ja seetõttu ei saa substraati kinnitada.

Sigmoidkineetika olemasolu võib oletada, et substraadis on koostöösuhe, kuid see ei ole alati reegel, välja arvatud eranditega (vt jaotist "Alosterism ja ühistuvus: sünonüümid?", Allpool).

Struktuur ja kineetika

Mitmetel allosteeriliste ensüümide polüpeptiididel puudub katalüüs. Igal juhul on neil ka strateegilised ja väga spetsiifilised saidid, kus viiakse läbi modulaatori sidumine ja äratundmine, mistõttu võib tekkida kompleksne ensüüm..

See on tingitud asjaolust, et selle suurem või vähem aktiivne katalüüsi aktiivsus sõltub modulaatori polaarsusest, st sellest, kas see on negatiivne pool (inhibeerimispulk) või positiivne post (aktiveerimiskolb)..

Koht, kus toimub biokeemiline vahetus, või pigem ensümaatiline koostoime modulaatoriga, on korralikult tuntud allosteerilise saidina.

See on koht, kus nende omadusi hoitakse ilma modulaatori keemilise taseme muutusteta. Kuid modulaatori ja ensüümi vaheline seos ei ole pöördumatu, vaid vastupidi; Seda saab tagasi võtta. Seetõttu võib öelda, et see allosteeriliste ensüümide protsess ei ole kinnine.

Üks omadus, mis toob esile allosteerilised ensüümid, on see, et need ei vasta Michaelis-Menten'i põhimõtetele vastavatele kineetilistele mustritele..

Teisisõnu on seni läbi viidud katsed näidanud, et allosteerilise ensüümi ja modulaatorite vahelistel seostel (olenemata nende polaarsusest) on küllastuskõver, millel puudub regulaarne vorm, kuid sigmoid, mille kõverus on sarnane Kreeka sigma täht.

Erinevused selles sigmoidvormis on väikesed, olenemata sellest, kas modulaatoreid kasutati (positiivsed või negatiivsed) või üldse mitte.

Kõikidel juhtudel näitab allosteeriliste ensüümide reaktsioonide kiirus mitmeid dramaatilisi modifikatsioone, mille substraadi kontsentratsioonid on negatiivsete modulaatoritega võrreldes madalamad ja positiivsed positiivsed. Need omavad omakorda vahepealseid väärtusi, kui ensüümidega ei ole seotud modulaatoreid.

Allosteeriliste ensüümide kineetilist käitumist saab kirjeldada kahe mudeli abil: sümmeetriline ja järjestikune.

Sümmeetriline mudel

Selles mudelis saab allosteerilist ensüümi esitada vastavalt konformatsioonidele, mis on pingeline ja lõdvestunud.

Alamühikud võivad olla ühes või teises otsas, kuna on tasakaal, mis nihkub mõlema oleku vahel, kus negatiivsed modulaatorid lähenevad pingelisele konformatsioonile, samal ajal kui lõdvestunud liitub substraatide ja aktivaatoritega.

Järjestikune mudel

Selle mudeliga on teil erinev paradigma. Siin on ka kaks konformatsiooni, kuid igaüks võib toimida eraldi, eraldi.

Selles punktis võib esineda ensüümide biokeemiliste sidemete afiinsuste suurenemine või langus, mis võib olla aktiveeriv või pärssiv..

Struktuurimuutused edastatakse järjestikku ühest allüksusest teise.

Nii sümmeetrilised kui ka järjestikused mudelid töötavad iseseisvalt vastavalt oma standarditele. Mõlemad mudelid võivad siiski ühiselt töötada, mistõttu nad ei välista üksteist.

Sellistel juhtudel on vahepealseid olekuid, kus täheldatakse, kuidas konformatsioonid, st pinged ja lõdvestunud, osalevad koostööprotsessis, milles allosteeriliste ensüümide biokeemiline koostoime on sulandatud.

Alosterism ja koostöö: sünonüümid?

Arvatakse, et alosterism on sama kui ühistu, kuid see ei ole nii. Mõlema termini segadus tuleneb ilmselt nende funktsioonidest.

Siiski tuleb märkida, et see sarnasus ei ole piisav, et alosterismi ja kooperatiivsust kasutada samaväärsete sõnadena. Mõlemal on nüansid, millele tuleb pöörata tähelepanu enne valede üldistuste ja kategooriate liigutamist.

Tuleb meeles pidada, et allosteerilised ensüümid võtavad modulaatorite ühendamisel erinevaid vorme. Positiivsed modulaatorid aktiveeruvad, samas kui negatiivsed modulaatorid inhibeerivad.

Mõlemal juhul toimub aktiivse saidi ensümaatilise struktuuri oluline muutus, mis omakorda muutub sama aktiivse saidi muutuseks.

Üks kõige praktilisemaid näiteid nähakse mittekonkureerivas inhibeerimises, milles negatiivne modulaator seondub muu ensüümiga kui substraat.

Siiski võib selle ensüümi afiinsus substraadiga võrreldes väheneda allosteeriliste ensüümide negatiivse modulaatori poolt, nii et see võib muutuda konkurentsivõimeliseks inhibeerimiseks olenemata sellest, kas substraadi struktuur erineb ensüümi struktuurist..

Samuti võib juhtuda, et nimetatud afiinsus suureneb või et inhibeeriva toime asemel tekib pöördvõimeline efekt, st aktiveeriv toime.

Koostöö nähtus esineb paljudes allosteerilistes ensüümides, kuid see muutub ainult selliseks, kui ensüümidel on mitu kohta, kus neil õnnestub substraadiga seonduda, nii et neid nimetatakse oligomeerseteks ensüümideks..

Lisaks toodetakse afiinsused vastavalt efektoril olevale kontsentratsioonitasemele ja nendes positiivsetele modulaatoritele, negatiivsetele ja isegi substraadile, mis toimib kogu protsessi vältel mitmekesiselt..

Selle efekti tekitamiseks on vaja esitada mitu saiti, mis on võimelised substraadiga siduma, ja tulemus ilmub graafiliselt teaduslikes uuringutes sigmoidkõveratena, millele on juba viidatud..

Ja see on koht, kus toimub segamine, kuna see kipub olema seostatud sellega, et kui ensümaatilises analüüsis on sigmoidkõver, on see sellepärast, et täheldatud allosteeriline ensüüm peab tingimata olema ühistu.

Lisaks on üheks teguriks, mis soodustab seda takerdumist, see, et süsteemis eksisteerivat koostöövõimet juhivad allosteerilised efektorid..

Selle tase võib inhibiitorite juuresolekul suureneda, samal ajal kui see aktivaatorite juuresolekul kipub vähenema.

Siiski jätab kineetika oma sigmoidse seisundi ainult siis, kui see muutub michaeliana, kus aktivaatori kontsentratsioonid on kõrgendatud.

Seetõttu on selge, et sigmoidkõverad võivad olla allosteeriliste ensüümide antonüümid. Kuigi enamik neist ensüümidest, kui see substraat on küllastunud, omab seda signaali, on vale, et allosteeriline koostoime esineb ainult seetõttu, et graafikus on näha sigmoidkineetika kõverus..

Et oletada, et pöördvõrdeline on ka ekslik; sigmoid ei tähenda seda, mis on enne ekspressiooni ilmnemist alosterismi ühemõtteliseks.

Unikaalne alosterism: hemoglobiin

Hemoglobiini peetakse klassikaliseks näiteks, mis juhtub allosteeriliste süsteemidega. Sümmoid-tüüpi substraat on fikseeritud selles punaste vereliblede komponendis.

Seda fikseerimist saab pärssida efektorite abil, kus aktiivses keskuses ei toimu mingit tegevust, mis pole ükski teine ​​kui heme grupp. Michaeli kineetika seevastu on eraldatud hapniku fikseerimisel osalevatest allüksustest..

Viited

1. Bu, Z. ja Callaway, D.J. (2011). "Valgu dünaamika ja pikaajaline allosteria raku signaalimisel". Proteiini keemia ja struktuurilise bioloogia edusammud 83, lk. 163-221.
2. Huang, Z; Zhu, L. jt (2011). "ASD: allosteeriliste valkude ja modulaatorite põhjalik andmebaas". Nucleic Acids Research, 39, lk. D663-669.
3. Kamerlin, S.C. ja Warshel, A (2010). "21. sajandi koidikul: kas dünaamika on puuduv lüli ensüümi katalüüsi mõistmiseks?". Valgud: struktuur, funktsioon ja bioinformaatika, 78 (6): lk. 1339-75.
4. Koshland, D.E .; Némethy, G. ja Filmer, D. (1966). "Eksperimentaalsete sidumisandmete ja teoreetiliste mudelite võrdlus alamühikuid sisaldavates valkudes". Biokeemia, 5 (1), lk. 365-85.
5. Martínez Guerra, Juan José (2014). Allosteeriliste ensüümide struktuur ja kineetika. Aguascalientes, Mehhiko: Aguascalientese autonoomne ülikool. Taastati libroelectronico.uaa.mx.
6. Monod, J., Wyman, J. ja Changeux, J.P. (1965). "Allosteeriliste üleminekute olemusest: usutav mudel". Journal of Molecular Biology, 12, lk. 88-118.
7. Teijón Rivera, José María; Garrido Pertierra, Amando jt (2006). Struktuurilise biokeemia alused. Madrid: Toimetaja Tébar.
8. Peruu ülikool Cayetano Heredia (2017). Reguleerivad ensüümid. Lima, Peruu: UPCH. Välja otsitud üles upch.edu.pe.