Allosteeriset entsyymitoiminnot, rakenne ja kinetiikka

allosteeriset entsyymit Ne ovat orgaanisia kemikaaleja, jotka koostuvat neljän molekyylin rakenteesta, joten sanotaan, että sen rakenne on kvaternaarinen.

Kaiken kaikkiaan allosteeriset entsyymit sisältävät enemmän kuin yhden polypeptidiketjun ja sisältävät yksiköitä, joissa katalyysi suoritetaan. Näillä puolestaan ​​on myös aktiivisuuspaikka, eli kemiallinen vaihto, ja tästä syystä ne suorittavat substraatin tunnistamisen.

Toisin sanoen allosteeriset entsyymit on tunnettu siitä, että niillä on useampia kuin kaksi polypeptidiketjua, joiden alayksiköillä on erilaiset ominaisuudet: yksi isosterinen, joka on itse aktiivinen kohta, ja yksi allosteerinen, jossa entsymaattinen säätely suoritetaan.

Jälkimmäisellä ei ole katalyysiaktiivisuutta, mutta se voidaan liittää modulaatiomolekyyliin, joka voi toimia ärsykkeenä tai esteenä entsyymien aktiivisuuden toteutumiselle.

Lyhyt johdanto allosteerisiin entsyymeihin

Allosteeristen entsyymien tehtävänä on helpottaa ruoansulatusta. Kun ne kulkeutuvat molekyylien ytimeen, näillä entsyymeillä on valta puuttua organismin metaboliaan, joten niillä on kyky tehdä se absorboivaksi ja erittyväksi syntyvien biokemiallisten tarpeiden mukaisesti..

Jotta tämä olisi toteutettavissa, allosteeristen entsyymien on siirrettävä mekanismit, joilla sääntelyprosessi toteutetaan.

Nämä entsyymit luokitellaan kahteen osaan: K ja V. Molemmissa nähdään yleensä, että niiden kyllästymiskäyrä ei ole tyypillisesti hyperboli, vaan epäsäännöllinen muoto, joka jäljittelee kreikkalaista aakkosmerkkiä.

Tämä tarkoittaa tietenkin sitä, että sen rakenne ja kinetiikka eivät ole yhtään yhtä suuret kuin Michaelin entsyymien, ei vähemmän allosteeristen entsyymien, pitoisuus, koska sen substraatti aiheuttaa merkittäviä vaihteluja ja eroja reaktion nopeudessa.

Allosteeristen entsyymien rakenne ja kinetiikka liittyvät suoraan yhteisvaikutuksiin, erityisesti niihin, jotka eivät ole kovalenttisia.

Tämä oletus perustuu siihen oletukseen, että sigmoidikäyrä, joka vedetään substraatin pitoisuuden noustessa, liittyy entsyymien kanssa tapahtuviin rakenteellisiin muutoksiin.

Tämä korrelaatio ei kuitenkaan ole aina absoluuttinen, ja se on epäselvä, jossa tietyt erityispiirteet jätetään pois tässä järjestelmässä.

toiminto

Globaalisti allosteerisia entsyymejä kutsutaan orgaanisiksi alkuperää oleviksi molekyyleiksi, joissa ne voivat vaikuttaa proteiinien ja entsyymien välisiin biokemiallisiin yhteyksiin.

Näiden allosteeristen entsyymien toiminta kehittyy tunkeutumisen kautta molekyyliseen ytimeen, niin että organismin sisällä on vastuussa ruoansulatuskatalyysistä. Sen ansiosta laajennetaan erilaisia ​​ruoansulatuskanavaan liittyviä prosesseja, erityisesti aineenvaihdunnan hoidossa.

Siksi allosteeristen entsyymien ensisijainen tehtävä on huolehtia ruoansulatuksen helpottamisesta kehossa. Tämä johtuu siitä, että linkit, joihin ne on toimitettu, mahdollistavat ravintoaineiden assimilaation sekä jätteiden häviämisen suosimalle organismin rakenteelle..

Siksi ruoansulatuskanavan katalyysi kehittyy jatkuvasti tasapainoisessa ympäristössä, jossa jokaisella modulaattorilla on erityinen allosteerinen kohta.

Lisäksi allosteeriset entsyymit ovat aineenvaihdunnasta näkökulmasta niitä, jotka saavuttavat entsymaattisen aktiivisuuden kontrolloinnin vaihteluilla, jotka havaitaan kerroksen tasolla.

Mitä pienemmät muutokset tämän substraatin konsentraatiossa ovat, sitä suuremmat muutokset entsyymien aktiivisuudessa käyvät läpi ja päinvastoin.

Toisaalta allosteeristen entsyymien K arvoja voidaan kasvattaa inhiboinnin modulaattorin minimiannoksella.

Voi käydä niin, että allosteeriset entsyymit estyvät niiden suorituskyvyssä aineenvaihduntaprosessin lopussa, mikä tapahtuu joissakin multientsyymijärjestelmissä (niillä on monenlaisia ​​entsyymejä), mikä on paljon enemmän, jos solukapasiteetit ylittyvät.

Kun näin tapahtuu, allosteeriset entsyymit varmistavat katalyyttisen aktiivisuuden vähenemisen; muuten substraatti aiheuttaa entsymaattisen aktiivisuuden aktivoinnin sen säätämisen sijasta.

Allosteerinen säätely

Tunnetaan sellaisina soluprosesseina, joissa entsymaattista aktiivisuutta säätelee säätöprosessi. Tämä on mahdollista, koska tuotetaan palautetta, joka voi olla positiivinen (eli aktivointi) tai negatiivinen (esto).

Sääntely voi tapahtua eri tavoin, joko orgaanisessa mittakaavassa (suprakellulaarinen, solun yläpuolella), signaalinsiirrolla ja entsyymien kovalenttisella muuntamisella.

Substraatin kiinnitys voi normaalisti tapahtua aktiivisessa keskuksessa, kun inhibiittoria ei ole.

Kuitenkin, jos tämä allosteerinen keskus on inhibiittorin käytössä, tämä ensimmäinen elementti muuttuu sen rakenteessa ja siksi substraattia ei voida kiinnittää.

Sigmoidikinetiikan läsnäolo voi viitata siihen, että substraatissa on yhteistoiminnallinen suhde, mutta tämä ei ole aina sääntö, poikkeuksin (ks. Luku "Alosterismi ja yhteistyö: synonyymit?", Alla).

Rakenne ja kinetiikka

Useista allosteeristen entsyymien polypeptideistä puuttuu katalyysi. Joka tapauksessa niillä on myös strategisia ja hyvin spesifisiä sivustoja, joissa suoritetaan modulaattorin sitoutuminen ja tunnistaminen, minkä vuoksi monimutkainen modulaatioentsyymi voi johtaa..

Tämä johtuu siitä, että sen suurempi tai vähemmän aktiivisuus katalyysissä riippuu modulaattorin napaisuudesta, eli siitä, onko se negatiivinen napa (estopylväs) tai positiivinen napa (aktivointipylväs)..

Paikka, jossa tämä biokemiallinen vaihto tapahtuu, tai pikemminkin entsymaattinen vuorovaikutus modulaattorin kanssa tunnetaan asianmukaisesti allosteerisena sivustona.

Tällöin niiden ominaisuuksia ylläpidetään ilman, että modulaattori kärsi muutoksista kemiallisella tasolla. Modulaattorin ja entsyymin välinen yhteys ei kuitenkaan ole peruuttamaton, vaan päinvastoin; Se voidaan peruuttaa. Siksi voidaan sanoa, että tämä allosteeristen entsyymien prosessi ei ole kiinteä.

Yksi ominaisuus, joka korostaa allosteerisia entsyymejä, on se, että ne eivät vastaa Michaelis-Mentenin periaatteiden mukaisia ​​kineettisiä kuvioita..

Toisin sanoen tähän mennessä tehdyt kokeet ovat osoittaneet, että allosteerisen entsyymin ja modulaattoreiden välisellä yhteydellä (riippumatta niiden polaarisuudesta) on kyllästyskäyrä, jolla ei ole tavallista muotoa, vaan sigmoidia, jonka kaarevuus on samanlainen kuin Kreikan sigman kirjain.

Erot tässä sigmoidimuodossa ovat harvat, riippumatta siitä, käytettiinkö modulaattoreita (positiivisia tai negatiivisia) tai niitä ei käytetty lainkaan.

Kaikissa tapauksissa allosteeristen entsyymien reaktioiden nopeus osoittaa joukon dramaattisia modifikaatioita, joiden substraattikonsentraatiot ovat pienempiä kuin negatiiviset modulaattorit ja korkeammat positiivisilla. Niillä puolestaan ​​on väliarvoja, kun entsyymeihin ei ole kytketty modulaattoreita.

Allosteeristen entsyymien kineettistä käyttäytymistä voidaan kuvata kahdella mallilla: symmetriset ja peräkkäiset.

Symmetrinen malli

Tässä mallissa allosteerinen entsyymi voidaan esittää konformaatioiden mukaan, jotka ovat jännitteitä ja rentoja.

Alayksiköt voivat olla yhdessä tai toisessa päässä, koska on olemassa tasapaino, joka siirtyy molempien tilojen välillä, joissa negatiiviset modulaattorit lähestyvät kireää konformaatiota, kun taas rento liitetään substraatteihin ja aktivaattoreihin.

Peräkkäinen malli

Tällä mallilla on erilainen paradigma. Tässä on myös kaksi konformaatiota, mutta kukin voi toimia itsenäisesti, erikseen.

Tässä vaiheessa entsyymien biokemiallisten yhteyksien affiniteetit voivat nousta tai laskea, jolloin yhteistoimintatasot voivat olla aktivoivia tai inhiboivia..

Rakennemuutokset siirretään peräkkäin yhdeltä alayksiköltä toiselle määritetyllä järjestyksellä.

Sekä symmetriset että peräkkäiset mallit toimivat omien standardiensa mukaisesti. Molemmat mallit voivat kuitenkin toimia yhteisellä tavalla, joten ne eivät ole toisiaan poissulkevia.

Näissä tapauksissa on välitiloja, joissa havaitaan, miten konformaatiot eli jännitys ja rento osallistuvat yhteistyöprosessiin, jossa allosteeristen entsyymien biokemialliset vuorovaikutukset ovat fuusioituneet.

Alosterismi ja yhteistoiminta: synonyymit?

On uskottu, että alosterismi on sama kuin yhteisvastuullisuus, mutta näin ei ole. Molempien termien sekaannus tulee ilmeisesti niiden tehtävistä.

On kuitenkin syytä huomata, että tämä samankaltaisuus ei riitä alosterismin ja kooperatiivisuuden käyttämiseen vastaavina sanoina. Molemmilla on hienovaraisia ​​vivahteita, joihin on kiinnitettävä huomiota ennen kuin ne joutuvat vääriin yleistyksiin ja luokituksiin.

On muistettava, että allosteeriset entsyymit yhdistyvät modulaattoreihin eri muodoissa. Positiiviset modulaattorit aktivoituvat, kun taas negatiiviset modulaattorit estävät.

Molemmissa tapauksissa aktiivisen sivuston entsymaattisessa rakenteessa on huomattava muutos, josta tulee puolestaan ​​saman aktiivisen sivuston muutos.

Yksi käytännön esimerkkejä tästä nähdään ei-kilpailevassa inhibitiossa, jossa negatiivinen modulaattori sitoutuu muuhun entsyymiin kuin substraattiin.

Tämän entsyymin affiniteetti suhteessa substraattiin voidaan kuitenkin pienentää allosteeristen entsyymien negatiivisella modulaattorilla, joten se voi tulla kilpailevaksi estoksi riippumatta siitä, onko substraatin rakenne erilainen kuin entsyymin rakenne..

Samoin voi tapahtua, että mainitussa affiniteetissa on lisääntynyt tai että estovaikutuksen sijasta tapahtuu käänteinen vaikutus, eli aktivointivaikutus.

Yhteistyön ilmiö esiintyy monissa allosteeriset entsyymit, mutta tämä muuttuu vain luetteloituneeksi, kun entsyymeillä on useita paikkoja, joissa ne onnistuvat sitoutumaan substraattiin, joten niitä kutsutaan oligomeereiksi.

Lisäksi affiniteetit tuotetaan efektorilla olevan konsentraatiotason mukaan ja niissä positiiviset modulaattorit, negatiiviset ja jopa substraatti itsessään toimivat monin tavoin koko tämän prosessin ajan.

Tämän vaikutuksen aikaansaamiseksi on tarpeen esittää useita sivustoja, jotka voivat liittää substraattiin, ja tulos näkyy graafisesti tieteellisissä tutkimuksissa sigmoidikäyrinä, joihin on jo viitattu.

Ja tällöin tunkeutuminen tapahtuu, koska se liittyy yleensä siihen, että jos entsymaattisessa analyysissä on sigmoidikäyrä, se johtuu siitä, että havaittu allosteerinen entsyymi on välttämättä yhteistoiminnallinen.

Lisäksi yksi tekijöistä, jotka myötävaikuttavat tähän takertumiseen, on se, että järjestelmässä vallitsevaa yhteistyökykyä käyttävät allosteeriset tehostajat..

Sen taso voi kasvaa estäjien läsnä ollessa, kun taas se pyrkii vähenemään, kun aktivaattorit ovat läsnä.

Kinetiikka jättää kuitenkin vain sigmoidinsa tilan, kun siitä tulee michaeliana, jossa aktivaattorin pitoisuudet ovat koholla.

Siksi on selvää, että sigmoidikäyrät voivat olla allosteeristen entsyymien antonymeja. Vaikka useimmilla näistä entsyymeistä, kun tämä substraatti on kyllästetty, on tämä signaali, on väärin, että allosteerinen vuorovaikutus on olemassa vain siksi, että sigmoidikineettisen kaarevuus näkyy kuviossa..

Oletetaan, että käänteinen on myös harhaanjohtava; sigmoid ei tarkoita sellaista, joka on ennen ilmaista ilmentymää yksiselitteiseksi alosterismiksi.

Ainutlaatuinen alosterismi: hemoglobiini

Hemoglobiinia pidetään klassisena esimerkkinä siitä, mitä tapahtuu allosteeristen järjestelmien kanssa. Sigmoidityyppiä vastaava substraatti on kiinnitetty tähän punasolujen osaan.

Tämä kiinnitys voidaan estää tehostimien kautta, joissa ei ole mitään aktiivista keskusta, joka ei ole muu kuin heme-ryhmä. Mikaeli-kinetiikka on toisaalta esitetty erillään alayksiköistä, jotka osallistuvat hapen kiinnitykseen.

viittaukset

1. Bu, Z. ja Callaway, D.J. (2011). "Proteiinidynamiikka ja pitkän kantaman allosteria solusignaloinnissa". Proteiinikemian ja rakennebiologian edistyminen, 83: s. 163-221.
2. Huang, Z; Zhu, L. et ai. (2011). "ASD: kattava tietokanta allosteerisista proteiineista ja modulaattoreista". Nucleic Acids Research, 39, sivut. D663-669.
3. Kamerlin, S.C. ja Warshel, A (2010). "21. vuosisadan aamulla: Onko dynamiikka puuttuva linkki entsyymikatalyysin ymmärtämiseksi?". Proteiinit: rakenne, funktio ja bioinformatiikka, 78 (6): s. 1339-1375.
4. Koshland, D.E .; Némethy, G. ja Filmer, D. (1966). "Kokeellisten sitoutumistietojen ja teoreettisten mallien vertailu alayksiköitä sisältävissä proteiineissa". Biokemia, 5 (1): s. 365-85.
5. Martínez Guerra, Juan José (2014). Allosteeristen entsyymien rakenne ja kinetiikka. Aguascalientes, Meksiko: Aguascalientesin autonominen yliopisto. Palautettu libroelectronico.uaa.mx.
6. Monod, J., Wyman, J. ja Changeux, J.P. (1965). "Allosteristen siirtymien luonteesta: uskottava malli". Journal of Molecular Biology, 12: s. 88-118.
7. Teijón Rivera, José María; Garrido Pertierra, Amando ym. (2006). Rakenteellisen biokemian perusteet. Madrid: Toimituksellinen Tébar.
8. Perun yliopisto Cayetano Heredia (2017). Sääntelyentsyymit. Lima, Peru: UPCH. Haettu osoitteesta upch.edu.pe.