Allosterisko enzīmu funkcijas, struktūra un kinētika

The allosteriskie fermenti Tās ir organiskas ķimikālijas, kas sastāv no četru molekulu struktūras, tāpēc ir teikts, ka tā struktūra ir kvaterna.

Kopumā allosteeriskajiem enzīmiem ir vairāk nekā viena polipeptīdu ķēde un tajā ir vienības, kurās tiek veikta katalīze. Tie, savukārt, satur arī darbības vietu, tas ir, ķīmisko apmaiņu, un tādēļ viņi veic substrāta atpazīšanu.

Citiem vārdiem sakot, allosteeriskajiem enzīmiem ir raksturīgas vairāk nekā divas polipeptīdu ķēdes, kuru apakšvienībām ir atšķirīgas īpašības: viena izosteriska viela, kas ir pati aktīvā vieta, un viens allosterisks, kur tiek veikta enzīmu regulēšana..

Pēdējam nav katalīzes, bet to var saistīt ar modulācijas molekulu, kas var stimulēt vai kavēt fermentu aktivitātes realizāciju..

Īss ievads par allosteeriskajiem fermentiem

Allosterisko fermentu uzdevums ir padarīt gremošanu vieglāku. Tā kā šie fermenti iekļūst molekulu kodolā, tiem ir tiesības iejaukties organisma metabolismā, tāpēc viņiem ir spēja to absorbēt un izdalīties atbilstoši radītajām bioķīmiskajām vajadzībām..

Lai tas būtu iespējams, ir nepieciešams, lai allosteeriskie fermenti pārvietotu mehānismus, ar kuriem tiek veikta regulatīvā procedūra.

Šos fermentus klasificē divos aspektos: K un V. Abos gadījumos parasti tiek uzskatīts, ka to piesātinājuma līkne parasti nav hiperbola, bet neregulāras formas līkne, kas imitē grieķu alfabēta sigmu.

Tas, protams, nozīmē, ka tās struktūra un kinētika nav vienāda ar michael enzimiem, kas ir daudz mazāki nekā ne allosterīniem, jo ​​tā substrāts rada būtiskas izmaiņas un reakcijas ātruma atšķirības..

Allosterisko fermentu struktūra un kinētika ir tieši saistīta ar kooperatīvām mijiedarbībām, īpaši tām, kas nav kovalentās..

Šis pieņēmums ir balstīts uz pieņēmumu, ka sigmoidā līkne, kas tiek veidota, kad substrāta koncentrācija palielinās, ir saistīta ar strukturālajām izmaiņām, kas rodas ar fermentiem..

Tomēr šī korelācija ne vienmēr ir absolūta un sniedz neskaidrības, kurās šajā sistēmā ir izlaistas noteiktas īpatnības..

Funkcija

Globāli allosteriskie fermenti tiek saukti par bioloģiskās izcelsmes molekulām, kurās tie var ietekmēt bioķīmiskās saiknes starp proteīniem un fermentiem..

Šo allosterisko fermentu darbība tiek attīstīta caur infiltrāciju molekulārajā kodolā, tā ka organismā ir atbildīga par gremošanas katalīzi. Pateicoties tam, tiek paplašināti dažādi procesi, kas saistīti ar kuņģa-zarnu traktu, jo īpaši metabolisma pārvaldībā.

Tāpēc allosterisko fermentu primārā funkcija ir rūpēties par gremošanas veicināšanu organismā. Tas notiek tāpēc, ka saikņu process, ar kuru tie tiek iesniegti, ļauj uzturvielu asimilāciju, kā arī atkritumu iznīcināšanu organisma struktūrā..

Tādēļ gremošanas sistēmas katalīze pastāvīgi attīstās līdzsvarotā vidē, kurā katram modulatoram ir specifiska allosteriska vieta..

Turklāt allosteriskie fermenti no vielmaiņas viedokļa ir tādi, kas nodrošina, ka fermentatīvo aktivitāti kontrolē ar svārstībām, kas tiek uztvertas slāņa līmenī..

Jo mazākas izmaiņas notiek šī substrāta koncentrācijā, jo lielākas ir pārmaiņas, ko veic fermentu aktivitāte, un otrādi.

No otras puses, alosterisko fermentu K vērtības var palielināt ar minimālo inhibitoru modulatora devu.

Var gadīties, ka vielmaiņas procesa beigās allosteeriskie enzīmi tiek inhibēti, kas notiek dažās multienzīma sistēmās (tām ir daudz veidu enzīmu), kas ir daudz vairāk, ja šūnu kapacitāte ir pārsniegta..

Ja tas notiek, allosteriskie enzīmi nodrošina katalītiskās aktivitātes samazināšanos; pretējā gadījumā substrāts aktivizē tā darbību, nevis to regulē.

Allosteriskais regulējums

To sauc par šūnu procesiem, kuros enzīmu aktivitāti regulē korekcijas process. Tas ir iespējams, pateicoties tam, ka tiek sniegta atgriezeniskā saite, kas var būt pozitīva (tas ir, aktivizēšana) vai negatīva (inhibēšana)..

Regulēšana var notikt dažādos veidos, vai nu organiskā mērogā (supracelulāras, virs šūnas), signāla transdukcijā un kovalentā fermentu modifikācijā..

Substrāta fiksācija parasti var notikt aktīvajā centrā, ja inhibitora nav.

Tomēr, ja šo allosterisko centru aizņem inhibitors, šis pirmais elements mainās tā struktūrā, tāpēc substrātu nevar nostiprināt..

Sigmoidās kinētikas klātbūtne var likt domāt, ka substrātā ir kooperatīvas attiecības, taču tas ne vienmēr ir noteikums ar izņēmumiem (sk. Sadaļu "Alosterisms un kooperativitāte: sinonīmi?", Zemāk).

Struktūra un kinētika

Vairākiem allosterisko fermentu polipeptīdiem nav katalīzes. Jebkurā gadījumā tām ir arī stratēģiskas un ļoti specifiskas vietas, kurās tiek veikta modulatora saistība un atpazīšana, kā rezultātā var rasties sarežģīts modulācijas enzīms..

Tas ir tāpēc, ka tā lielāka vai mazāka katalīzes aktivitāte ir atkarīga no modulatora polaritātes, tas ir, atkarībā no tā, vai tas ir negatīvs pols (inhibēšanas stabs) vai pozitīvs pols (aktivizācijas stabs)..

Vieta, kur notiek šī bioķīmiskā apmaiņa, vai drīzāk fermentatīvā mijiedarbība ar modulatoru, ir pareizi pazīstama kā allosteriska vieta.

Tas ir, ja to īpašības tiek uzturētas bez modulatora, kam ir ķīmiskas izmaiņas. Tomēr saikne starp modulatoru un fermentu nav neatgriezeniska, gluži pretēji; To var atsaukt. Tāpēc var teikt, ka šis allosterisko fermentu process nav nekustīgs.

Viena no pazīmēm, kas izceļ allosteriskos fermentus, ir tāda, ka tie neatbilst kinētiskajiem modeļiem, kas atbilst Michaelis-Menten principiem..

Citiem vārdiem sakot, līdz šim veiktie eksperimenti ir parādījuši, ka saikne starp allosterisko fermentu un modulatoriem (neatkarīgi no to polaritātes) satur piesātinājuma līkni, kurai nav regulāras formas, bet sigmīda, ar izliekumu, kas ir līdzīgs Grieķu sigmas burts.

Šīs sigmoidas formas atšķirības ir mazas, neatkarīgi no tā, vai modulatori tika izmantoti (pozitīvi vai negatīvi) vai vispār netiek izmantoti.

Visos gadījumos alosterisko enzīmu reakciju ātrums parāda virkni dramatisku modifikāciju, kuru substrāta koncentrācija ir zemāka nekā negatīvie modifikatori un augstāka ar pozitīvajiem. Savukārt tām ir starpvērtības, ja nav moduatoru, kas saistīti ar fermentiem.

Allosterisko enzīmu kinētisko uzvedību var aprakstīt ar diviem modeļiem: simetriski un secīgi.

Simetrisks modelis

Šajā modelī alosterisko fermentu var prezentēt atbilstoši konformācijām, kas ir saspringtas un atvieglinātas.

Apakšvienības var būt vienā vai otrā galā, jo pastāv līdzsvars, kas pārvietojas starp abiem stāvokļiem, kuros negatīvie modulatori vēršas pie nostiprinātās konformācijas, bet atvieglotais savienojas ar substrātiem un aktivatoriem..

Secīgais modelis

Ar šo modeli jums ir atšķirīga paradigma. Šeit ir arī divas konformācijas, bet katra var darboties neatkarīgi, atsevišķi.

Šajā brīdī var pieaugt vai pazemināties enzīmu bioķīmisko saikņu saikne ar kooperativitātes līmeņiem, kas var būt aktivizēti vai inhibēti..

Strukturālas izmaiņas tiek nodotas secīgi no vienas apakšvienības uz otru ar noteiktu kārtību.

Gan simetriskie, gan secīgie modeļi darbojas pēc saviem ieskatiem. Tomēr abi modeļi var darboties kopīgi, tāpēc tie nav savstarpēji izslēdzoši.

Šādos gadījumos ir starpstāvokļi, kuros tiek novērots, kā konformācijas, proti, saspringtās un relaksējošās, piedalās sadarbības procesā, kurā ir apvienojušās allosteerisko enzīmu bioķīmiskās mijiedarbības..

Alosterisms un kooperativitāte: sinonīmi?

Tiek uzskatīts, ka alosterisms ir tāds pats kā kooperatīvisms, bet tas tā nav. Acīmredzot abu terminu neskaidrība nāk no viņu funkcijām.

Tomēr jāatzīmē, ka šāda līdzība nav pietiekama, lai alosterismu un kooperatīvu izmantotu kā līdzvērtīgus vārdus. Abām ir izsmalcinātas nianses, kurām jāpievērš uzmanība, pirms nonākt nepareizos vispārinājumos un kategorijās.

Jāatceras, ka allosteriskie fermenti, pievienojoties modulatoriem, ir dažādi. Pozitīvie modulatori aktivizējas, bet negatīvie modulatori inhibē.

Abos gadījumos aktīvās vietas fermentatīvā struktūra būtiski mainās, kas savukārt kļūst par tās pašas aktīvās vietnes maiņu.

Viens no praktiskākajiem piemēriem ir redzams nekonkurējošā inhibīcijā, kurā negatīvais modulators saistās ar citu fermentu, nevis substrātu..

Tomēr šī enzīmu afinitāte attiecībā pret substrātu var tikt samazināta ar allosterisko enzīmu negatīvo modulatoru, tāpēc tā var kļūt par konkurētspējīgu inhibīciju neatkarīgi no tā, vai substrāta struktūra atšķiras no fermenta struktūras..

Tāpat var gadīties, ka minētais afinitāte palielinās vai ka inhibīcijas efekta vietā rodas apgriezts efekts, tas ir, aktivizācijas efekts.

Koopativisma fenomens parādās daudzos allosteriskajos fermentos, taču tas kļūst par kataloģizētu tikai tādā gadījumā, ja fermentiem ir vairākas vietas, kur tie spēj saistīties ar substrātu, tāpēc tos sauc par oligomēriem..

Turklāt afinitāte tiek veidota atbilstoši koncentrācijas līmenim, kas ir efektoram, un tajos pozitīvajiem modulatoriem, negatīvajiem un pat substrātam pašam šajā procesā ir dažāda iedarbība..

Lai radītu šo efektu, ir nepieciešams uzrādīt vairākas vietas, kas spēj sasaistīt ar substrātu, un rezultāts grafiski parādās zinātniskos pētījumos kā sigmoidās līknes, kas jau ir minētas.

Un tas ir, ja notiek sasaiste, jo tā parasti ir saistīta ar to, ka, ja fermentatīvajā analīzē ir sigmoida līkne, tas ir tāpēc, ka novērotajam allosterīnajam fermentam obligāti jābūt kooperatīvam.

Turklāt viens no faktoriem, kas veicina šo saikni, ir tāds, ka sistēmā pastāvošo sadarbības pakāpi pārvalda allosteriskie efektori..

Tās līmenis var palielināties, ja ir inhibitori, bet tas parasti samazinās, ja ir aktivatori.

Tomēr kinētika atstāj tikai sigmoido stāvokli, kad tā kļūst michaeliana, kurā aktivatora koncentrācija ir paaugstināta.

Tāpēc ir skaidrs, ka sigmoidās līknes var būt alosterisko fermentu antonīms. Lai gan lielākai daļai šo fermentu, kad šis substrāts ir piesātināts, ir šis signāls, ir nepareizi, ka allosteriskā mijiedarbība ir tikai tāpēc, ka grafikā ir redzama sigmoidkinetikas izliekums..

Pieņemsim, ka apgrieztais ir arī neprātīgs; sigmīds nenozīmē, ka tas ir pirms izteiktas izpausmes, kas nepārprotami norāda uz alosterismu.

Unikāls alosterisms: hemoglobīns

Hemoglobīnu uzskata par klasisku piemēru tam, kas notiek ar allosteriskām sistēmām. Šajā sarkano asins šūnu komponentā ir fiksēts sigmoidam atbilstošs substrāts.

Šo fiksāciju var nomākt ar efektoriem, kuros nav aktīvas aktivitātes, kas nav neviens cits kā heme grupa. No otras puses, michael kinētika ir izolēta apakšvienībās, kas piedalās skābekļa fiksācijā..

Atsauces

1. Bu, Z. un Callaway, D.J. (2011). "Proteīnu dinamika un ilgstoša allosterija šūnu signalizācijā". Proteīna ķīmijas un strukturālās bioloģijas sasniegumi, 83: pp. 163-221.
2. Huang, Z; Zhu, L. et al (2011). "ASD: visaptveroša allosterisko proteīnu un modulatoru datu bāze". Nucleic Acids Research, 39, pp. D663-669.
3. Kamerlin, S.C. un Warshel, A (2010). "21. gadsimta rītausmā: Vai dinamika ir trūkstošais posms, lai izprastu fermentu katalīzi?". Olbaltumvielas: struktūra, funkcija un bioinformātika, 78 (6): lpp. 1339-75.
4. Koshland, D.E.; Némethy, G. un Filmer, D. (1966). "Eksperimentālo saistošo datu un teorētisko modeļu salīdzinājums proteīnos, kas satur apakšvienības". Biochemistry, 5 (1), pp. 365-85.
5. Martínez Guerra, Juan José (2014). Allosterisko fermentu struktūra un kinētika. Aguascalientes, Meksika: Aguascalientes autonomā universitāte. Atgūts no libroelectronico.uaa.mx.
6. Monod, J., Wyman, J. un Changeux, J.P. (1965). "Par alosterisko pāreju raksturu: ticams modelis". Journal of Molecular Biology, 12, pp. 88-118.
7. Teijón Rivera, José María; Garrido Pertierra, Amando et al (2006). Strukturālās bioķīmijas pamati. Madride: Redakcijas Tārba.
8. Peru Universitāte Cayetano Heredia (2017). Regulējošie fermenti. Lima, Peru: UPCH. Izgūti no upch.edu.pe.