Alosterické enzýmy Funkcie, štruktúra a kinetika

alosterické enzýmy Sú to organické chemikálie, ktoré sa skladajú zo štruktúry štyroch molekúl, takže sa hovorí, že jej štruktúra je kvartérna.

Stručne povedané, alosterické enzýmy majú viac ako jeden polypeptidový reťazec a obsahujú jednotky, v ktorých sa uskutočňuje katalýza. Tieto majú tiež miesto aktivity, to znamená chemickú výmenu, a preto vykonávajú rozpoznávanie substrátu.

Inými slovami, alosterické enzýmy sú charakterizované tým, že majú viac ako dva polypeptidové reťazce, ktorých podjednotky majú rozdielne vlastnosti: jeden izosterický, ktorý je samotným aktívnym miestom a jeden alosterický, kde sa vykonáva enzymatická regulácia..

Ten nemá katalytickú aktivitu, ale môže byť spojený s molekulou modulácie, ktorá môže pôsobiť ako stimul alebo prekážka pri realizácii aktivity enzýmov..

Stručný úvod do alosterických enzýmov

Alosterické enzýmy majú dôležitú úlohu uľahčiť trávenie. Ako prenikajú jadrom molekúl, tieto enzýmy majú schopnosť zasahovať do metabolizmu organizmu, takže majú schopnosť absorbovať a vylučovať sa podľa biochemických potrieb, ktoré vznikajú..

Aby to bolo možné, je nevyhnutné, aby alosterické enzýmy pohybovali mechanizmami, ktorými sa vykonáva regulačný proces.

Tieto enzýmy sú klasifikované v dvoch aspektoch: K a V. V obidvoch je zvyčajne vidieť, že ich saturačná krivka nie je typicky hyperbolická, ale nepravidelného tvaru, ktorý napodobňuje grécku abecedu sigma.

To samozrejme znamená, že jeho štruktúra a kinetika nie je vôbec rovnaká ako štruktúra michaelianových enzýmov, čo je oveľa menej ako u neloklozných enzýmov, pretože jej substrát spôsobuje relevantné variácie a rozdiely v rýchlosti reakcie..

Štruktúra a kinetika alosterických enzýmov je priamo spojená s kooperatívnymi interakciami, konkrétne tými, ktoré nie sú kovalentné.

Tento predpoklad je založený na predpoklade, že sigmoidná krivka, ktorá sa vyvodí, keď koncentrácia substrátu stúpa, súvisí so štrukturálnymi zmenami, ktoré sa vyskytujú pri enzýmoch..

Táto korelácia však nie je vždy absolútna a dá sa k nejednoznačnostiam, v ktorých sú v tomto systéme určité zvláštnosti vynechané..

funkcie

Globálne sa alosterické enzýmy označujú ako molekuly organického pôvodu, v ktorých môžu ovplyvniť biochemické väzby medzi proteínmi a enzýmami..

Pôsobenie týchto alosterických enzýmov sa vyvíja prostredníctvom infiltrácie do molekulárneho jadra, takže v organizme je zodpovedný za tráviacu katalýzu. Vďaka tomu sa rozširujú rôzne procesy súvisiace s gastrointestinálnym traktom, najmä v oblasti riadenia metabolizmu.

Primárnou funkciou alosterických enzýmov je preto starostlivosť o uľahčenie trávenia v tele. Deje sa to preto, že proces prepojení, na ktorý sa predkladajú, umožňuje asimiláciu živín, ako aj odstránenie odpadu v štruktúre organizmu, ktorý sa uprednostňuje..

Katalýza tráviaceho systému sa preto vyvíja nepretržite vo vyváženom prostredí, v ktorom má každý modulátor špecifické alosterické miesto.

Okrem toho alosterické enzýmy sú z metabolického hľadiska tie, ktoré dosahujú, že enzymatická aktivita je riadená fluktuáciami, ktoré sú vnímané na úrovni vrstvy..

Čím menšie sú zmeny v koncentrácii tohto substrátu, tým väčšie sú transformácie, ktoré aktivita enzýmov podstúpi, a naopak.

Na druhej strane, hodnoty alosterických enzýmov K sa môžu zvýšiť s minimálnou dávkou modulátora inhibície.

Môže sa stať, že v ich výkone sú alosterické enzýmy inhibované na konci metabolického procesu, čo sa deje v niektorých multienzýmových systémoch (majú mnoho typov enzýmov), čo je oveľa viac, ak sú bunkové kapacity prekročené.

Keď sa to stane, alosterické enzýmy zabezpečia, že katalytická aktivita sa zníži; V opačnom prípade substrát spôsobí aktiváciu enzymatickej aktivity namiesto jej regulácie.

Alosterická regulácia

Je známa ako bunkové procesy, v ktorých je enzymatická aktivita regulovaná procesom úpravy. To je možné vďaka tomu, že sa vytvára spätná väzba, ktorá môže byť pozitívna (tj aktivácia) alebo negatívna (inhibícia).

Regulácia môže nastať rôznymi spôsobmi, buď v organickom meradle (supracelulárne, nad bunkou), signálnou transdukciou a kovalentnou modifikáciou enzýmov..

Fixácia substrátu sa môže normálne vyskytovať v aktívnom centre, keď inhibítor nie je prítomný.

Ak je však toto alosterické centrum obsadené inhibítorom, tento prvý prvok sa mení vo svojej štruktúre, a preto substrát nemôže byť fixovaný.

Prítomnosť sigmoidnej kinetiky môže naznačovať, že v substráte existuje kooperatívny vzťah, ale toto nie je vždy pravidlom, s výnimkou (pozri sekciu "Alosterizmus a kooperatívnosť: synonymá?".

Štruktúra a kinetika

Niekoľko polypeptidov alosterických enzýmov nemá katalýzu. V každom prípade majú tiež strategické a veľmi špecifické miesta, v ktorých sa uskutočňuje väzba a rozpoznávanie modulátora, čo môže viesť ku komplexnému modulačnému enzýmu..

Je to tak preto, že jeho väčšia alebo menšia aktivita katalýzy závisí od polarity modulátora, to znamená, či ide o záporný pól (inhibičný pól) alebo kladný pól (aktivačný pól)..

Miesto, kde sa táto biochemická výmena vyskytuje, alebo skôr enzymatická interakcia s modulátorom, je správne známa ako alosterické miesto.

Tam sú zachované ich vlastnosti bez toho, aby modulátor trpel zmenami na chemickej úrovni. Spojenie medzi modulátorom a enzýmom však nie je nevratné, práve naopak; Môže sa vrátiť späť. Preto možno povedať, že tento proces alosterických enzýmov nie je nehybný.

Jednou z vlastností, ktorá zdôrazňuje alosterické enzýmy, je to, že nezodpovedajú kinetickým vzorcom, ktoré spĺňajú princípy Michaelis-Menten.

Inými slovami, doteraz uskutočnené experimenty ukázali, že spojenie medzi alosterickým enzýmom a modulátormi (bez ohľadu na ich polaritu) má saturačnú krivku, ktorá nemá pravidelnú formu, ale sigmoidnú, s podobným zakrivením. Grécke písmeno sigma.

Rozdiely v tejto sigmoidnej forme sú málo, bez ohľadu na to, či boli modulátory použité (pozitívne alebo negatívne) alebo neboli vôbec použité.

Vo všetkých prípadoch rýchlosť reakcií alosterických enzýmov vykazuje rad dramatických modifikácií, ktorých koncentrácie substrátov sú nižšie v porovnaní s negatívnymi modulátormi a vyššie s pozitívnymi modulátormi. Na druhej strane majú stredné hodnoty, keď s enzýmami nie sú spojené žiadne modulátory.

Kinetické správanie alosterických enzýmov možno opísať pomocou dvoch modelov: symetrických a sekvenčných.

Symetrický model

V tomto modeli môže byť alosterický enzým prezentovaný podľa konformácií, ktoré sú napäté a uvoľnené.

Podjednotky môžu byť na jednom alebo druhom konci, pretože existuje rovnováha, ktorá posúva medzi oboma stavmi, v ktorých sa negatívne modulátory približujú k napätej konformácii, zatiaľ čo uvoľnená modulácia spája substráty a aktivátory.

Sekvenčný model

S týmto modelom máte inú paradigmu. Tu sú aj dve konformácie, ale každá môže konať samostatne, samostatne.

V tomto bode môže nastať nárast alebo pokles afinít biochemických väzieb enzýmov s hladinami kooperatívnosti, ktoré môžu byť aktivácie alebo inhibície..

Štrukturálne zmeny sa postupne prenášajú z jednej podjednotky na druhú s definovaným poradím.

Symetrické aj sekvenčné modely pracujú samostatne podľa svojich vlastných štandardov. Oba modely však môžu fungovať spoločným spôsobom, a preto sa navzájom nevylučujú.

V týchto prípadoch existujú prechodné stavy, v ktorých sa pozoruje, ako sa konformácie, to znamená napätie a uvoľnenie, zúčastňujú procesu spolupráce, v ktorom sú biochemické interakcie alosterických enzýmov fúzované..

Alosterizmus a kooperatívnosť: synonymá?

Predpokladá sa, že alosterizmus je rovnaký ako kooperativizmus, ale nie je to tak. Zdá sa, že zmätok oboch pojmov pochádza z ich funkcií.

Treba však poznamenať, že táto podobnosť nestačí na to, aby sa alosterizmus a družstvo používali ako ekvivalentné slová. Obaja majú jemné nuansy, na ktoré sa musí venovať pozornosť skôr, než sa dostanú do zlých zovšeobecnení a kategorizácií.

Je potrebné si uvedomiť, že alosterické enzýmy, keď sa pripájajú k modulátorom, majú rôzne formy. Aktivujú sa pozitívne modulátory, zatiaľ čo negatívne modulátory inhibujú.

V obidvoch prípadoch dochádza k podstatnej zmene v enzymatickej štruktúre v aktívnom mieste, čo sa zase stáva zmenou toho istého aktívneho miesta..

Jedným z najpraktickejších príkladov je nekompetitívna inhibícia, pri ktorej sa negatívny modulátor viaže na enzým iný ako substrát..

Avšak afinita tohto enzýmu vo vzťahu k substrátu môže byť znížená tým negatívnym modulátorom alosterických enzýmov, takže sa môže stať kompetitívnou inhibíciou bez ohľadu na to, či štruktúra substrátu je odlišná od štruktúry enzýmu..

Podobne sa môže stať, že dôjde k zvýšeniu uvedenej afinity alebo že namiesto inhibičného účinku nastane inverzný účinok, to znamená aktivačný účinok.

Fenomén kooperativizmu sa vyskytuje v mnohých alosterických enzýmoch, ale to sa stáva katalogizovaným len vtedy, keď enzýmy majú niekoľko miest, kde sa im podarí viazať na substrát, takže sa nazývajú oligomérne enzýmy.

Okrem toho sú afinity produkované podľa úrovne koncentrácie, ktorú má efektor, a v nich pozitívne modulátory, negatívne a dokonca aj samotný substrát pôsobia v tomto procese rôznym spôsobom..

Aby sa dosiahol tento efekt, je potrebné prezentovať niekoľko miest, ktoré sú schopné viazať sa na substrát a výsledok sa javí graficky vo vedeckých štúdiách ako sigmoidné krivky, ktoré už boli uvedené.

A to je miesto, kde dôjde k zapleteniu, pretože má tendenciu byť spojené, že ak je v enzymatickej analýze prítomná sigmoidná krivka, je to preto, že pozorovaný alosterický enzým musí byť nevyhnutne kooperatívny..

Okrem toho jedným z faktorov, ktoré prispievajú k tomuto zapleteniu, je to, že stupeň spolupráce, ktorý existuje v systéme, je riadený alosterickými efektormi..

Jeho hladina sa môže zvyšovať s prítomnosťou inhibítorov, zatiaľ čo má tendenciu klesať, keď sú prítomné aktivátory.

Kinetika však zanecháva svoj sigmoidný stav len vtedy, keď sa stane michaelianou, v ktorej sú koncentrácie aktivátora zvýšené..

Preto je jasné, že sigmoidné krivky môžu byť antonymami alosterických enzýmov. Hoci väčšina týchto enzýmov, keď je tento substrát nasýtený, má tento signál, je nepravdivé, že existuje alosterická interakcia len preto, že v grafe je vidieť zakrivenie sigmoidnej kinetiky..

Predpokladať, že inverzia je tiež klamná; sigmoid nevyplýva z toho, ktorý je pred expresným prejavom k jednoznačnosti asterizmu.

Jedinečný alosterizmus: hemoglobín

Hemoglobín je považovaný za klasický príklad toho, čo sa deje s alosterickými systémami. Substrát zodpovedajúci sigmoidnému typu je fixovaný v tejto zložke červených krviniek.

Táto fixácia môže byť inhibovaná prostredníctvom efektorov, v ktorých nie je žiadny účinok na aktívne centrum, čo nie je nič iné ako skupina hemu. Na druhej strane michaeliánska kinetika je prezentovaná v izolácii v podjednotkách, ktoré sa podieľajú na fixácii kyslíka..

referencie

1. Bu, Z. a Callaway, D.J. (2011). "Dynamika proteínov a dlhý dosah v bunkovej signalizácii". Pokroky v Protein Chemistry and Structural Biology, 83: str. 163-221.
2. Huang, Z; Zhu, L. a kol. (2011). "ASD: komplexná databáza alosterických proteínov a modulátorov". Nucleic Acids Research, 39, str. D663-669.
3. Kamerlin, S.C. a Warshel, A (2010). "Na úsvite 21. storočia: Je dynamika chýbajúcim článkom pre pochopenie katalýzy enzýmov?". Proteíny: štruktúra, funkcia a bioinformatika, 78 (6): pp. 1339-1375.
4. Koshland, D.E .; Némety, G. a Filmer, D. (1966). "Porovnanie experimentálnych väzbových dát a teoretických modelov v proteínoch obsahujúcich podjednotky". Biochémia, 5 (1): pp. 365-85.
5. Martínez Guerra, Juan José (2014). Štruktúra a kinetika alosterických enzýmov. Aguascalientes, Mexiko: Autonómna univerzita v Aguascalientes. Získané z libroelectronico.uaa.mx.
6. Monod, J., Wyman, J. a Changeux, J.P. (1965). "O povahe alosterických prechodov: hodnoverný model". Journal of Molecular Biology, 12: str. 88-118.
7. Teijón Rivera, José María; Garrido Pertierra, Amando a kol. (2006). Základy štrukturálnej biochémie. Madrid: Editorial Tébar.
8. Peruánska univerzita Cayetano Heredia (2017). Regulačné enzýmy. Lima, Peru: UPCH. Získané z upch.edu.pe.