Funkcje allosterycznych enzymów, struktura i kinetyka

The enzymy allosteryczne Są to organiczne związki chemiczne, które składają się ze struktury czterech cząsteczek, więc mówi się, że jej struktura jest czwartorzędowa.

Podsumowując, enzymy allosteryczne mają więcej niż jeden łańcuch polipeptydowy i zawierają jednostki, w których prowadzi się katalizę. Te z kolei mają również miejsce aktywności, to jest wymianę chemiczną, iz tego powodu wykonują rozpoznawanie podłoża.

Innymi słowy, enzymy allosteryczne charakteryzują się posiadaniem więcej niż dwóch łańcuchów polipeptydowych, których podjednostki mają różne właściwości: jeden izosteryczny, który jest samym miejscem aktywnym, i jeden allosteryczny, w którym przeprowadzana jest regulacja enzymatyczna.

Ta ostatnia nie ma aktywności katalitycznej, ale może być powiązana z cząsteczką modulacji, która może działać jako bodziec lub przeszkoda w realizacji aktywności enzymów.

Krótkie wprowadzenie do enzymów allosterycznych

Enzymy allosteryczne mają ważne zadanie ułatwienia trawienia. Kiedy penetrują jądro cząsteczek, enzymy te mają zdolność ingerowania w metabolizm organizmu, dzięki czemu mają zdolność do absorpcji i wydalania w zależności od pojawiających się potrzeb biochemicznych..

Aby było to wykonalne, konieczne jest, aby enzymy allosteryczne poruszały mechanizmy, za pomocą których przeprowadzany jest proces regulacyjny.

Enzymy te są sklasyfikowane w dwóch aspektach: K i V. W obu przypadkach zwykle widać, że ich krzywa nasycenia nie jest zwykle krzywą hiperboli, ale o nieregularnym kształcie, który naśladuje grecki alfabet sigma.

Oznacza to oczywiście, że jego struktura i kinetyka nie jest wcale równa strukturze michaeliańskich enzymów, a tym bardziej enzymom nie allosterycznym, ponieważ jego substrat powoduje istotne zmiany i różnice w szybkości reakcji.

Struktura i kinetyka enzymów allosterycznych jest bezpośrednio związana z oddziaływaniami kooperacyjnymi, szczególnie tymi, które nie są kowalencyjne.

To założenie opiera się na założeniu, że krzywa sigmoidalna, która jest rysowana, gdy stężenie substratu wzrasta, jest związana ze zmianami strukturalnymi, które zachodzą w enzymach.

Jednak ta korelacja nie zawsze jest absolutna i nadaje się do niejasności, w których pewne cechy są pomijane w tym systemie.

Funkcja

Globalnie, enzymy allosteryczne są określane jako cząsteczki pochodzenia organicznego, w których mogą wpływać na związki biochemiczne między białkami i enzymami.

Działanie tych allosterycznych enzymów rozwija się poprzez infiltrację w jądrze molekularnym, tak że w organizmie jest odpowiedzialny za katalizę trawienia. Dzięki temu rozszerzane są różne procesy związane z przewodem pokarmowym, zwłaszcza w leczeniu metabolizmu.

Dlatego podstawową funkcją enzymów allosterycznych jest dbanie o ułatwienie trawienia w organizmie. Dzieje się tak, ponieważ proces powiązań, do których są przekazywane, pozwala na przyswajanie składników odżywczych, jak również eliminację odpadów w strukturze organizmu, który ma być faworyzowany..

Dlatego kataliza układu trawiennego rozwija się w sposób ciągły w zrównoważonym środowisku, w którym każdy modulator ma specyficzne miejsce allosteryczne.

Ponadto enzymy allosteryczne są z punktu widzenia metabolizmu tymi, które osiągają to, że aktywność enzymatyczna jest kontrolowana przez fluktuacje, które są postrzegane na poziomie warstwy.

Im mniejsze zmiany w stężeniu tego substratu, tym większe przekształcenia, którym ulegnie aktywność enzymów i odwrotnie.

Z drugiej strony, wartości enzymów allosterycznych K można zwiększyć za pomocą minimalnej dawki modulatora inhibicji.

Może się zdarzyć, że w ich działaniu enzymy allosteryczne są hamowane pod koniec procesu metabolicznego, co zdarza się w niektórych systemach multienzymatycznych (mają wiele rodzajów enzymów), co jest znacznie większe, jeśli zdolności komórkowe zostaną przekroczone.

Gdy tak się dzieje, enzymy allosteryczne zapewniają zmniejszenie aktywności katalitycznej; w przeciwnym razie substrat powoduje aktywację aktywności enzymatycznej zamiast jej regulowania.

Regulacja allosteryczna

Jest to znane jako procesy komórkowe, w których aktywność enzymatyczna jest regulowana przez proces regulacji. Jest to możliwe dzięki temu, że powstaje sprzężenie zwrotne, które może być pozytywne (to znaczy aktywacja) lub negatywne (hamowanie).

Regulacja może zachodzić na różne sposoby, w skali organicznej (nadkomórkowej, nad komórką), poprzez transdukcję sygnału i kowalencyjną modyfikację enzymów.

Utrwalenie substratu może normalnie wystąpić w aktywnym centrum, gdy inhibitor nie jest obecny.

Jeśli jednak to centrum allosteryczne jest zajęte przez inhibitor, ten pierwszy element zmienia swoją strukturę, a zatem podłoża nie można naprawić.

Obecność kinetyki sigmoidalnej może sugerować, że w podłożu istnieje powiązanie kooperacyjne, ale nie zawsze jest to regułą, z wyjątkami (patrz sekcja „Alosterizm i współpraca: synonimy?”, Poniżej).

Struktura i kinetyka

Kilka polipeptydów enzymów allosterycznych nie ma katalizy. W każdym razie mają również strategiczne i bardzo specyficzne miejsca, w których przeprowadzane jest wiązanie i rozpoznawanie modulatora, dlatego może powstać złożony enzym modulujący..

Wynika to z faktu, że jego większa lub mniejsza aktywność katalizy zależy od polarności modulatora, to znaczy od tego, czy jest to biegun ujemny (biegun hamowania), czy biegun dodatni (biegun aktywacji)..

Miejsce, w którym zachodzi ta wymiana biochemiczna, a raczej interakcja enzymatyczna z modulatorem, jest właściwie znana jako miejsce allosteryczne.

Tutaj zachowane są ich właściwości bez zmian cierpienia modulatora na poziomie chemicznym. Jednak związek między modulatorem a enzymem nie jest nieodwracalny, wręcz przeciwnie; Można to cofnąć. Dlatego można powiedzieć, że ten proces enzymów allosterycznych nie jest trwały.

Cechą charakterystyczną enzymów allosterycznych jest to, że nie odpowiadają one wzorcom kinetycznym, które spełniają zasady Michaelisa-Mentena.

Innymi słowy, eksperymenty przeprowadzone do tej pory wykazały, że związek między enzymem allosterycznym a modulatorami (niezależnie od ich polarności) ma krzywą nasycenia, która nie ma regularnej formy, ale sigmoidalną, z krzywizną podobną do krzywizny Grecka litera sigma.

Różnice w tej formie sigmoidalnej są niewielkie, niezależnie od tego, czy zastosowano modulatory (dodatnie czy ujemne) lub czy nie są w ogóle używane.

We wszystkich przypadkach szybkość reakcji enzymów allosterycznych wykazuje szereg dramatycznych modyfikacji, których stężenia substratów są niższe w porównaniu z modulatorami ujemnymi, a wyższe z pozytywnymi. Z kolei mają wartości pośrednie, gdy nie ma modulatorów związanych z enzymami.

Kinetyczne zachowanie enzymów allosterycznych można opisać dwoma modelami: symetrycznym i sekwencyjnym.

Model symetryczny

W tym modelu enzym allosteryczny może być prezentowany zgodnie z konformacjami, które są czasem napiętym i zrelaksowanym.

Podjednostki mogą znajdować się na jednym lub drugim końcu, ponieważ istnieje równowaga, która przesuwa się między oboma stanami, w których negatywne modulatory zbliżają się do konformacji naprężonej, podczas gdy zrelaksowany łączy się z substratami i aktywatorami.

Model sekwencyjny

W tym modelu masz inny paradygmat. Są tu również dwie konformacje, ale każda może działać niezależnie, oddzielnie.

W tym momencie może nastąpić wzrost lub spadek powinowactwa związków biochemicznych enzymów, z poziomami współdziałania, które mogą być aktywacją lub hamowaniem..

Zmiany strukturalne są przekazywane kolejno z jednej podjednostki do drugiej, z określoną kolejnością.

Zarówno modele symetryczne, jak i sekwencyjne działają samodzielnie, zgodnie z własnymi standardami. Oba modele mogą jednak działać wspólnie, dlatego nie wykluczają się wzajemnie.

W takich przypadkach istnieją stany pośrednie, w których obserwuje się, w jaki sposób konformacje, to znaczy napięte i rozluźnione, uczestniczą w procesie współpracy, w którym biochemiczne interakcje enzymów allosterycznych są połączone.

Alosterizm i współpraca: synonimy?

Uważano, że alosterizm jest taki sam jak kooperatywizm, ale tak nie jest. Zamieszanie obu terminów, najwyraźniej, wynika z ich funkcji.

Należy jednak zauważyć, że to podobieństwo nie wystarcza, aby alosterizm i kooperatywizm mogły być używane jako równoważne słowa. Oba mają subtelne niuanse, na które należy zwrócić uwagę, zanim popadną w błędne uogólnienia i kategoryzacje.

Należy pamiętać, że enzymy allosteryczne, łącząc się z modulatorami, przybierają różne formy. Modulatory dodatnie aktywują się, a modulatory ujemne hamują.

W obu przypadkach następuje zasadnicza zmiana struktury enzymatycznej w miejscu aktywnym, która z kolei staje się zmianą tego samego miejsca aktywnego.

Jednym z najbardziej praktycznych przykładów tego jest hamowanie niekonkurencyjne, w którym negatywny modulator wiąże się z enzymem innym niż substrat.

Jednak powinowactwo tego enzymu w stosunku do substratu może być zmniejszone przez ten negatywny modulator enzymów allosterycznych, dzięki czemu może stać się konkurencyjnym inhibitorem niezależnie od tego, czy struktura substratu różni się od struktury enzymu.

Podobnie może się zdarzyć, że nastąpi wzrost wspomnianego powinowactwa lub że zamiast efektu hamowania wystąpi efekt odwrotny, to znaczy efekt aktywacji.

Zjawisko spółdzielczości występuje w wielu enzymach allosterycznych, ale jest to tylko skatalogowane jako takie, gdy enzymy mają kilka miejsc, w których udaje im się związać z substratem, więc nazywane są enzymami oligomerycznymi.

Ponadto powinowactwa są wytwarzane zgodnie z poziomem koncentracji, który posiada efektor, aw nich dodatnie modulatory, negatywne, a nawet samo podłoże działają w różny sposób w trakcie tego procesu.

Aby uzyskać ten efekt, konieczne jest przedstawienie kilku miejsc zdolnych do połączenia z podłożem, a wynik pojawia się graficznie w badaniach naukowych jako krzywe sigmoidalne, do których już odniesiono się.

I tam właśnie zachodzi splątanie, ponieważ ma tendencję do kojarzenia się, że jeśli w analizie enzymatycznej występuje krzywa sigmoidalna, to dlatego, że obserwowany enzym allosteryczny musi koniecznie być kooperatywny.

Ponadto jednym z czynników, które przyczyniają się do tego splątania, jest to, że stopień współdziałania istniejący w systemie jest sterowany przez efektory allosteryczne..

Jego poziom może wzrastać w obecności inhibitorów, podczas gdy ma tendencję do zmniejszania się, gdy obecne są aktywatory.

Jednak kinetyka opuszcza swój stan sigmoidalny tylko wtedy, gdy staje się michaelianą, w której stężenia aktywatora są podwyższone.

Dlatego jasne jest, że krzywe sigmoidalne mogą być antonimami enzymów allosterycznych. Chociaż większość tych enzymów, gdy ten substrat jest nasycony, ma ten sygnał, jest fałszywe, że istnieje allosteryczna interakcja tylko dlatego, że krzywizna sigmoidalnej kinetyki jest widoczna na wykresie..

Przypuszczać, że odwrotność jest również błędna; sigmoida nie sugeruje tego, co jest przed wyraźną manifestacją jednoznacznego alosterizmu.

Unikalny alosterizm: hemoglobina

Hemoglobina jest uważana za klasyczny przykład tego, co dzieje się z systemami allosterycznymi. Substrat odpowiadający typowi esicy jest utrwalony w tym składniku czerwonych krwinek.

Ta fiksacja może być zablokowana przez efektory, w których nie ma akcji na aktywnym centrum, którym nie jest żadna inna grupa hemu. Z drugiej strony kinetyka michaelia jest prezentowana w izolacji w podjednostkach, które uczestniczą w utrwalaniu tlenu.

Referencje

1. Bu, Z. i Callaway, D.J. (2011). „Dynamika białek i allostery dalekiego zasięgu w sygnalizacji komórkowej”. Postępy w chemii białek i biologii strukturalnej, 83: str. 163-221.
2. Huang, Z; Zhu, L. et al (2011). „ASD: obszerna baza danych białek allosterycznych i modulatorów”. Nucleic Acids Research, 39, str. D663-669.
3. Kamerlin, S.C. i Warshel, A (2010). „U zarania XXI wieku: czy dynamika jest brakującym ogniwem dla zrozumienia katalizy enzymatycznej?”. Białka: struktura, funkcja i bioinformatyka, 78 (6): pp. 1339-75.
4. Koshland, D.E.; Némethy, G. and Filmer, D. (1966). „Porównanie eksperymentalnych danych wiązania i modeli teoretycznych w podjednostkach zawierających białka”. Biochemia, 5 (1): pp. 365-85.
5. Martínez Guerra, Juan José (2014). Struktura i kinetyka enzymów allosterycznych. Aguascalientes, Meksyk: Autonomiczny Uniwersytet Aguascalientes. Odzyskany z libroelectronico.uaa.mx.
6. Monod, J., Wyman, J. and Changeux, J.P. (1965). „O naturze przejść allosterycznych: wiarygodny model”. Journal of Molecular Biology, 12: pp. 88-118.
7. Teijón Rivera, José María; Garrido Pertierra, Amando i in. (2006). Podstawy biochemii strukturalnej. Madryt: Redakcja Tébar.
8. Peruwiański Uniwersytet Cayetano Heredia (2017). Enzymy regulacyjne. Lima, Peru: UPCH. Pobrane z upch.edu.pe.