Alloszterikus enzimek funkciói, szerkezete és kinetikája

az alloszterikus enzimek Olyan szerves vegyszerek, amelyek négy molekula szerkezetéből állnak, így azt mondják, hogy szerkezete kvaterner.

Összefoglalva, az alloszterikus enzimek egynél több polipeptidláncot tartalmaznak, és olyan egységeket tartalmaznak, amelyekben katalízist hajtanak végre. Ezek viszont a tevékenységi helyet, azaz a kémiai cserét is tartalmazzák, és ezért a szubsztrát felismerését végzik.

Más szavakkal, az alloszterikus enzimeket több mint két polipeptidlánc jellemzi, amelyek alegységei különböző tulajdonságokkal rendelkeznek: egy izoszterikus, amely maga az aktív hely, és egy alloszterikus, ahol enzimatikus szabályozást hajtanak végre..

Az utóbbi nem rendelkezik katalízis aktivitással, de összekapcsolható egy olyan modulációs molekulával, amely az enzimek aktivitásának megvalósítására ösztönözheti vagy akadályozhatja..

Az alloszterikus enzimek rövid ismertetése

Az alloszterikus enzimek fontos feladata az emésztés megkönnyítése. Ahogy behatolnak a molekulák magjába, ezek az enzimek képesek beavatkozni a szervezet anyagcseréjébe, így képesek arra, hogy felszívódjanak és kiválasztódjanak a felmerülő biokémiai igényeknek megfelelően..

Ahhoz, hogy ez megvalósítható legyen, szükséges, hogy az alloszterikus enzimek mozgassák a szabályozási folyamatot végző mechanizmusokat.

Ezek az enzimek két szempontból vannak besorolva: K és V. Mindkét esetben általában azt látják, hogy telítettségi görbéjük nem jellemző a hiperbole, hanem a szabálytalan alakú görbe, amely utánozza a görög ábécé szigmát.

Ez természetesen azt jelenti, hogy szerkezete és kinetikája egyáltalán nem egyenlő a michael enzimekkel, sokkal kevésbé a nem alloszterikus enzimekkel, mivel szubsztrátja jelentős változásokat és különbségeket okoz a reakció sebességében..

Az alloszterikus enzimek szerkezete és kinetikája közvetlenül kapcsolódik az együttműködési kölcsönhatásokhoz, különösen azokhoz, amelyek nem kovalensek..

Ez a feltételezés azon az előfeltevésen alapul, hogy a szigmoid görbe, amely a szubsztrát koncentrációjának emelkedésekor húzódik, az enzimekkel kapcsolatos strukturális változásokhoz kapcsolódik..

Ez a korreláció azonban nem mindig abszolút, és kétértelművé teszi azt, amelyben bizonyos sajátosságokat ebben a rendszerben elhagynak..

függvény

Globálisan az alloszterikus enzimeket mint szerves eredetű molekulákat nevezik, amelyek befolyásolhatják a fehérjék és az enzimek közötti biokémiai kapcsolatokat.

Ezeknek az alloszterikus enzimeknek a hatását a molekuláris magba való beszivárgás útján alakítják ki, így a szervezeten belül felelős az emésztési katalízisért. Ennek köszönhetően a gastrointestinalis traktushoz kapcsolódó különböző folyamatok bővülnek, különösen az anyagcsere kezelésében.

Ezért az alloszterikus enzimek elsődleges funkciója az, hogy vigyázzon a szervezet emésztésének elősegítésére. Ez azért fordul elő, mert a kapcsolatok folyamatát, amelybe beérkezik, lehetővé teszi a tápanyagok asszimilálását, valamint a kedvezőtlen szervezet szerkezetében lévő hulladékok eltávolítását..

Ezért az emésztőrendszer katalízise folyamatosan kiegyensúlyozott környezetben alakul ki, amelyben minden modulátornak van egy specifikus alloszterikus helye..

Ezenkívül az alloszterikus enzimek metabolikus szempontból olyanok, amelyek azt eredményezik, hogy az enzimatikus aktivitást a réteg szintjén észlelt ingadozások szabályozzák..

Minél kisebb az adott szubsztrát koncentrációjában bekövetkezett változások, annál nagyobb az átalakulás, amelyet az enzimek aktivitása végbemegy, és fordítva..

Másrészt a K alloszterikus enzimek értékeit a gátlási modulátor minimális dózisával növelhetjük.

Előfordulhat, hogy teljesítményükben az alloszterikus enzimek gátolódnak az anyagcsere-folyamat végén, ami néhány multienzimrendszerben történik (sokféle enzimmel rendelkeznek), sokkal több, ha a sejtkapacitások túllépnek.

Amikor ez megtörténik, az alloszterikus enzimek biztosítják a katalitikus aktivitás csökkenését; ellenkező esetben a szubsztrátum az enzimaktivitást aktiválja, nem pedig szabályozza.

Az alloszterikus szabályozás

Ismertek azok a sejtes folyamatok, amelyekben az enzimatikus aktivitást szabályozási folyamat szabályozza. Ez azért lehetséges, mert a visszajelzés pozitív (vagyis aktiválás) vagy negatív (gátlás) lehet..

A szabályozás különböző módokon történhet, akár szerves méretekben (szupracelluláris, a sejt fölött), jelátvitellel és enzimek kovalens módosításával..

A szubsztrát rögzítése általában az aktív centrumban fordulhat elő, ha az inhibitor nincs jelen.

Ha azonban az alloszterikus központot az inhibitor foglalja el, akkor ez az első elem szerkezete megváltozik, ezért a szubsztrátum nem rögzíthető.

A sigmoid kinetika jelenléte arra utalhat, hogy a szubsztrátumban kooperatív kapcsolat van, de ez nem mindig a szabály, kivéve (lásd az "Alosterizmus és kooperativitás: szinonimák?" Fejezetet)..

Szerkezet és kinetika

Az alloszterikus enzimek több polipeptidje sem katalizál. Mindenesetre stratégiai és nagyon specifikus helyszínekkel rendelkeznek, ahol a modulátor kötődése és felismerése végbemegy, ezért egy összetett enzim jön létre..

Ez annak köszönhető, hogy a katalizátor nagyobb vagy kisebb aktivitása a modulátor polaritásától függ, azaz attól függően, hogy negatív pólus (gátló pólus) vagy pozitív pólus (az aktiváló pólus)..

Az a hely, ahol ez a biokémiai csere történik, vagy inkább az enzimatikus kölcsönhatás a modulátorral, megfelelően ismert alloszterikus helyként.

Ez az, ahol tulajdonságaikat a modulátor kémiai szinten változás nélkül szenvedik. Azonban a modulátor és az enzim közötti kapcsolat nem irreverzibilis, éppen ellenkezőleg; Ez visszavonható. Ennélfogva elmondható, hogy ez az alloszterikus enzimek folyamata nem valósítható meg.

Az alloszterikus enzimek kiemelkedő jellemzője, hogy nem felelnek meg a Michaelis-Menten alapelveinek megfelelő kinetikai mintáknak..

Más szavakkal, az eddig elvégzett kísérletek azt mutatták, hogy az alloszterikus enzim és a modulátorok közötti kapcsolat (polaritásuktól függetlenül) telítettségi görbével rendelkezik, amely nem rendelkezik szabályos formájú, hanem sigmoid formájú görbülettel. Görög szigma levél.

A különbség ebben a sigmoid formában kevés, függetlenül attól, hogy modulátorokat alkalmaztak (pozitív vagy negatív) vagy egyáltalán nem használtak-e.

Minden esetben az alloszterikus enzimek reakcióinak sebessége olyan drámai módosítások sorozatát mutatja, amelyek szubsztrátkoncentrációja alacsonyabb a negatív modulátorokhoz képest, és magasabb a pozitívaknál. Másrészt közbenső értékekkel rendelkeznek, ha nincsenek az enzimekhez kapcsolt modulátorok.

Az alloszterikus enzimek kinetikus viselkedését két modellel lehet leírni: szimmetrikus és szekvenciális.

Szimmetrikus modell

Ebben a modellben egy alloszterikus enzimet lehet bemutatni a konformációk szerint, amelyek a feszültség és a nyugodt.

Az alegységek lehetnek az egyik vagy a másik végén, mivel van egyensúly, amely eltolódik mindkét állapot között, amelyben a negatív modulátorok közelednek a feszes konformációhoz, míg a nyugodt csatlakozó a szubsztrátokhoz és aktivátorokhoz kapcsolódik..

Sorozatmodell

Ezzel a modellel eltérő paradigma van. Itt két konformáció is létezik, de mindegyik önállóan, külön-külön működik.

Ezen a ponton előfordulhat, hogy az enzimek biokémiai kapcsolatainak affinitása növekszik vagy csökken, és a kooperativitás szintje aktiválódhat vagy gátolhat..

A strukturális változásokat egy alegységről egymás után, meghatározott sorrendben továbbítják.

Mind a szimmetrikus, mind a szekvenciális modellek önmagukban működnek saját szabványaik szerint. Mindazonáltal mindkét modell közösen működik, így nem kölcsönösen kizárják egymást.

Ezekben az esetekben olyan köztes állapotok vannak, amelyekben megfigyelhető, hogy a konformációk, azaz a feszültség és a nyugodt, részt vesznek egy olyan együttműködési folyamatban, amelyben az alloszterikus enzimek biokémiai kölcsönhatásai összeolvadnak.

Aloszterizmus és kooperativitás: szinonimák?

Úgy vélték, hogy az aloszterizmus ugyanaz, mint a kooperativizmus, de ez nem így van. A két kifejezés összetévesztése nyilvánvalóan a funkcióikból származik.

Meg kell azonban jegyezni, hogy ez a hasonlóság nem elegendő ahhoz, hogy az aloszterizmust és a kooperativizmust egyenértékű szavakként használják. Mindkettő finom árnyalatokkal rendelkezik, amelyekre figyelmet kell fordítani, mielőtt rossz általánosításokra és kategorizálásra kerülne.

Emlékeztetni kell arra, hogy az alloszterikus enzimek a modulátorokhoz való csatlakozás során sokféle formát ölthetnek. A pozitív modulátorok aktiválódnak, míg a negatív modulátorok gátolják.

Mindkét esetben jelentős változás következik be az aktív helyszín enzimatikus struktúrájában, amely viszont ugyanazon aktív helyszín változásává válik.

Ennek egyik legpraktikusabb példája a nem versenyképes gátlás, amelyben a negatív modulátor a szubsztráttól eltérő enzimhez kötődik.

Ennek az enzimnek a szubsztráthoz viszonyított affinitása azonban csökkenthető az alloszterikus enzimek negatív modulátorával, így versenyképes gátlássá válhat, függetlenül attól, hogy a szubsztrát szerkezete különbözik-e az enzim szerkezetétől..

Hasonlóképpen előfordulhat, hogy az affinitás növekszik, vagy egy gátlási hatás helyett fordított hatás lép fel, azaz egy aktiváló hatás.

A kooperativizmus jelensége sok alloszterikus enzimben fordul elő, de ez csak akkor válik nyilvántartásba, amikor az enzimeknek több helye van, ahol képesek a szubsztráthoz kötődni, így oligomer enzimeknek nevezik..

Ezenkívül az affinitásokat az effektor koncentrációjának szintjével, és ezekben a pozitív modulátorokkal, a negatívakkal, sőt maga a szubsztrát is változatos módon viselkedik az eljárás során..

Ahhoz, hogy ezt a hatást hozzuk létre, több olyan helyet kell bemutatni, amelyek képesek a szubsztrátumhoz kapcsolódni, és az eredmény grafikusan jelenik meg a tudományos vizsgálatokban, mint a sigmoid görbék, amelyeket már említettek..

És ez az, ahol az összekapcsolódás bekövetkezik, mert hajlamos arra, hogy ha az enzimatikus analízisben szigmoid görbe van, akkor ez azért van, mert a megfigyelt alloszterikus enzimnek szükségszerűen kooperatívnak kell lennie..

Ezen túlmenően, az egyik tényező, amely hozzájárul ehhez az összekapcsolódáshoz, az, hogy a rendszerben létező kooperativitás mértékét alloszterikus effektorok működtetik..

A szintje az inhibitorok jelenlétével nőhet, míg az aktivátorok jelenlétében hajlamos csökkenni.

Azonban a kinetika csak akkor hagyja el a szigmoid állapotát, amikor michaeliana lesz, amelyben az aktivátor koncentrációja emelkedett.

Ezért nyilvánvaló, hogy a sigmoid görbék lehetnek alloszterikus enzimek antonimjai. Bár ezeknek az enzimeknek a többsége, ha ez a szubsztrát telített, ennek a jelnek van, hamis, hogy alloszterikus kölcsönhatás csak azért van, mert a sigmoid kinetika görbülete látható a grafikonban..

Ha feltételezzük, hogy az inverz is téved; a sigmoid nem jelenti azt, ami az expresszált megnyilvánulást megelőzően az aloszterizmus egyértelmű.

Egyedülálló aloszterizmus: hemoglobin

A hemoglobin klasszikus példája annak, hogy mi történik az alloszterikus rendszerekkel. A vörösvértestek ebben a komponensében rögzítették a szigoid típusú szubsztrátumot.

Ez a rögzítés gátolható olyan effektorok segítségével, amelyekben nincs hatással az aktív központra, ami nem más, mint a hem csoport. A michael kinetikát viszont elkülönítve mutatják be az oxigén rögzítésben részt vevő alegységekben..

referenciák

1. Bu, Z. és Callaway, D.J. (2011). "A fehérjék dinamikája és a hosszú távú alloszteria a sejtjelzésben". A fehérje kémia és a strukturális biológia előrehaladása, 83: pp. 163-221.
2. Huang, Z; Zhu, L. és mtsai (2011). "ASD: az alloszterikus fehérjék és modulátorok átfogó adatbázisa". Nucleic Acids Research, 39, pp. D663-669.
3. Kamerlin, S. C. és Warshel, A (2010). "A 21. század hajnalán: A dinamika hiányzik az enzimkatalízis megértéséhez?". Fehérjék: szerkezet, funkció és bioinformatika, 78 (6): pp. 1339-1375.
4. Koshland, D.E .; Némethy, G. és Filmer, D. (1966). "A kísérleti kötési adatok és az elméleti modellek összehasonlítása az alegységeket tartalmazó fehérjékben". Biokémia, 5 (1), pp. 365-85.
5. Martínez Guerra, Juan José (2014). Az alloszterikus enzimek szerkezete és kinetikája. Aguascalientes, Mexikó: Autonóm Egyetem, Aguascalientes. A libroelectronico.uaa.mx.
6. Monod, J., Wyman, J. és Changeux, J.P. (1965). "Az alloszterikus átmenetek természetéről: egy valószínű modell". Journal of Molecular Biology, 12, pp. 88-118.
7. Teijón Rivera, José María; Garrido Pertierra, Amando és mtsai (2006). A strukturális biokémia alapjai. Madrid: Szerkesztő Tébar.
8. Perui Egyetem Cayetano Heredia (2017). Szabályozó enzimek. Lima, Peru: UPCH. Az upch.edu.pe.