Alosterické enzymy Funkce, struktura a kinetika

alosterické enzymy Jsou to organické chemikálie, které se skládají ze struktury čtyř molekul, takže se říká, že její struktura je kvartérní.

Souhrnně řečeno, alosterické enzymy mají více než jeden polypeptidový řetězec a obsahují jednotky, ve kterých se provádí katalýza. Ty zase mají místo aktivity, tj. Chemickou výměnu, a proto provádějí rozpoznání substrátu.

Jinými slovy, alosterické enzymy jsou charakterizovány tím, že mají více než dva polypeptidové řetězce, jejichž podjednotky mají odlišné vlastnosti: jeden isosterický, což je samotné aktivní místo, a jeden alosterický, kde se provádí enzymatická regulace..

Ten nemá katalytickou aktivitu, ale může být spojen s molekulou modulace, která může působit jako podnět nebo překážka pro realizaci aktivity enzymů..

Stručný úvod do alosterických enzymů

Alosterické enzymy mají důležitý úkol usnadnit trávení. Jak pronikají jádrem molekul, tyto enzymy mají sílu zasahovat do metabolismu organismu, takže mají schopnost absorbovat a vylučovat se podle biochemických potřeb, které vznikají..

Aby to bylo proveditelné, je nezbytné, aby alosterické enzymy pohybovaly mechanismy, kterými se regulační proces provádí.

Tyto enzymy jsou klasifikovány do dvou aspektů: K a V. V obou je obvykle vidět, že jejich saturační křivka není typicky hyperbolická, ale nepravidelného tvaru, který napodobuje řeckou abecedu sigma.

To samozřejmě znamená, že jeho struktura a kinetika se vůbec neliší od struktury michaeliánských enzymů, mnohem méně než u alosterických enzymů, protože její substrát způsobuje relevantní variace a rozdíly v rychlosti reakce..

Struktura a kinetika alosterických enzymů je přímo spojena s kooperativními interakcemi, konkrétně s těmi, které nejsou kovalentní.

Tento předpoklad je založen na předpokladu, že sigmoidní křivka, která je kreslena při vzestupu koncentrace substrátu, souvisí se strukturními změnami, ke kterým dochází u enzymů..

Tato korelace však není vždy absolutní a hodí se k nejasnostem, v nichž jsou v tomto systému určité zvláštnosti vynechány..

Funkce

Globálně jsou alosterické enzymy označovány jako molekuly organického původu, ve kterých mohou ovlivňovat biochemické vazby mezi proteiny a enzymy..

Působení těchto alosterických enzymů se vyvíjí prostřednictvím infiltrace do molekulárního jádra, takže v organismu je zodpovědný za trávicí katalýzu. Díky tomu se rozšiřují různé procesy související s gastrointestinálním traktem, zejména při léčbě metabolismu.

Primární funkcí alosterických enzymů je proto péče o usnadnění trávení v těle. Děje se tak proto, že proces spojení, ke kterému jsou předkládány, umožňuje asimilaci živin, jakož i eliminaci odpadu ve struktuře organismu, který má být upřednostňován..

Katalýza trávicího systému se proto vyvíjí průběžně ve vyváženém prostředí, ve kterém má každý modulátor specifické alosterické místo.

Navíc, alosterické enzymy jsou z metabolického hlediska ty, které dosahují toho, že enzymatická aktivita je řízena fluktuacemi, které jsou vnímány na úrovni vrstev..

Čím menší jsou změny v koncentraci tohoto substrátu, tím větší jsou transformace, které aktivita enzymů podstoupí, a naopak.

Na druhé straně, hodnoty alosterických enzymů K mohou být zvýšeny s minimální dávkou modulátoru inhibice.

Může se stát, že v jejich výkonu jsou alosterické enzymy inhibovány na konci metabolického procesu, což se děje v některých multenzymových systémech (mají mnoho typů enzymů), což je mnohem více, pokud jsou buněčné kapacity překročeny.

Když se to stane, allosterické enzymy zajistí, že katalytická aktivita je snížena; jinak substrát způsobí, že enzymatická aktivita bude aktivována namísto jeho regulace.

Alosterická regulace

Je známo jako buněčné procesy, ve kterých je enzymatická aktivita regulována procesem úpravy. To je možné díky tomu, že se vytváří zpětná vazba, která může být pozitivní (tj. Aktivace) nebo negativní (inhibice).

Regulace může probíhat různými způsoby, buď v organickém měřítku (supracelulární, nad buňkou), signální transdukcí a kovalentní modifikací enzymů..

Fixace substrátu se může normálně vyskytovat v aktivním centru, když inhibitor není přítomen.

Pokud je však toto alosterické centrum obsazeno inhibitorem, tento první prvek se mění ve své struktuře, a proto nemůže být substrát fixován.

Přítomnost sigmoidní kinetiky může naznačovat, že v substrátu existuje kooperativní vztah, ale toto není vždy pravidlem, s výjimkami (viz část "Alosterismus a kooperativnost: synonyma?".

Struktura a kinetika

Několik polypeptidů alosterických enzymů postrádá katalýzu. V každém případě mají také strategická a velmi specifická místa, ve kterých se provádí vazba a rozpoznávání modulátoru, což může vést ke vzniku komplexního modulačního enzymu..

To je dáno tím, že jeho větší nebo menší aktivita katalýzy závisí na polaritě modulátoru, to znamená, zda se jedná o záporný pól (inhibiční pól) nebo kladný pól (aktivační pól)..

Místo, kde se tato biochemická výměna vyskytuje, nebo spíše enzymatická interakce s modulátorem, je řádně označována jako alosterické místo.

Tam jsou zachovány jejich vlastnosti, aniž by modulátor utrpěl změny na chemické úrovni. Spojení mezi modulátorem a enzymem však není nevratné, právě naopak; To může být zrušeno. Proto lze říci, že tento proces alosterických enzymů není nehybný.

Jednou z vlastností, která zdůrazňuje alosterické enzymy, je to, že neodpovídají kinetickým vzorům, které splňují principy Michaelis-Menten.

Jinými slovy, experimenty provedené doposud ukázaly, že vazba mezi alosterickým enzymem a modulátory (bez ohledu na jejich polaritu) má křivku saturace, která nemá pravidelnou formu, ale sigmoidní, se zakřivením podobným tvaru Řecké písmeno sigma.

Rozdíly v této sigmoidní formě jsou málo, bez ohledu na to, zda byly modulátory použity (pozitivní nebo negativní) nebo vůbec nepoužívány.

Ve všech případech rychlost reakcí alosterických enzymů vykazuje řadu dramatických modifikací, jejichž koncentrace substrátu jsou nižší ve srovnání s negativními modulátory a vyšší s pozitivními. Naopak mají mezilehlé hodnoty, pokud s enzymy nejsou spojeny žádné modulátory.

Kinetické chování alosterických enzymů lze popsat dvěma modely: symetrickými a sekvenčními.

Symetrický model

V tomto modelu může být alosterický enzym prezentován podle konformací, které jsou napjaté a uvolněné.

Podjednotky mohou být na jednom nebo druhém konci, protože existuje rovnováha, která posouvá mezi oběma stavy, ve kterých se negativní modulátory přibližují k napjaté konformaci, zatímco uvolněný spojuje substráty a aktivátory.

Sekvenční model

S tímto modelem máte jiné paradigma. Tam jsou také dvě konformace, ale každý může jednat nezávisle, odděleně.

V tomto bodě může dojít k nárůstu nebo poklesu afinit biochemických vazeb enzymů s hladinami kooperace, které mohou být aktivace nebo inhibice..

Strukturální změny jsou postupně předávány z jedné podjednotky na druhou s definovaným řádem.

Jak symetrické, tak sekvenční modely fungují samostatně, podle vlastních standardů. Oba modely však mohou fungovat společně, a proto se vzájemně nevylučují.

V těchto případech existují mezilehlé stavy, ve kterých je pozorováno, jak se konformace, tj. Napjaté a uvolněné, účastní procesu spolupráce, ve kterém jsou biochemické interakce alosterických enzymů fúzovány..

Alosterismus a kooperativnost: synonyma?

To bylo věřil, že alosterismus je stejný jako kooperativismus, ale toto není případ. Zdá se, že zmatek obou pojmů pochází z jejich funkcí.

Je však třeba poznamenat, že tato podobnost nestačí k tomu, aby se alosterismus a kooperativismus používaly jako rovnocenná slova. Oba mají jemné nuance, na které musí být věnována pozornost, než se dostanou do špatných zevšeobecnění a kategorizace.

Je třeba mít na paměti, že alosterické enzymy mají při vstupu do modulátorů různé formy. Aktivují se pozitivní modulátory, zatímco negativní modulátory inhibují.

V obou případech dochází k podstatné změně v enzymatické struktuře v aktivním místě, což se zase stává změnou tohoto aktivního místa.

Jedním z nejpraktičtějších příkladů tohoto postupu je nekompetitivní inhibice, při které se negativní modulátor váže na jiný enzym než substrát..

Afinita tohoto enzymu ve vztahu k substrátu však může být snížena tímto negativním modulátorem alosterických enzymů, takže se může stát kompetitivní inhibicí bez ohledu na to, zda je struktura substrátu odlišná od struktury enzymu..

Podobně se může stát, že dojde ke zvýšení uvedené afinity nebo že místo inhibičního účinku dochází k inverznímu efektu, tj. Aktivačnímu účinku..

Fenomén kooperativismu se vyskytuje v mnoha alosterických enzymech, ale to se stává katalogizováno jako takové pouze tehdy, když enzymy mají několik míst, kde se mohou vázat na substrát, takže se nazývají oligomerní enzymy..

Kromě toho se afinity produkují podle úrovně koncentrace, kterou má efektor, a v nich působí pozitivní modulátory, negativní a dokonce i substrát samotný v tomto procesu různým způsobem..

Pro dosažení tohoto efektu je nutné prezentovat několik míst schopných spojení se substrátem a výsledek se graficky objevuje ve vědeckých studiích jako sigmoidní křivky, na které již bylo odkazováno..

A to je místo, kde dochází k zapletení, protože bývá spojováno s tím, že pokud je v enzymatické analýze přítomna sigmoidní křivka, je to proto, že pozorovaný alosterický enzym musí být nutně kooperativní..

Kromě toho jedním z faktorů, které přispívají k tomuto zapletení, je to, že stupeň kooperace, který existuje v systému, je provozován alosterickými efektory..

Jeho hladina se může zvyšovat s přítomností inhibitorů, zatímco má tendenci se snižovat, když jsou přítomny aktivátory.

Kinetika však zanechává svůj sigmoidní stav pouze tehdy, když se stane michaelianou, ve které jsou koncentrace aktivátoru zvýšené..

Je tedy zřejmé, že sigmoidní křivky mohou být antonymy alosterických enzymů. Ačkoli většina těchto enzymů, když je tento substrát nasycený, má tento signál, je nepravdivé, že existuje alosterická interakce pouze proto, že v grafu je vidět zakřivení sigmoidní kinetiky..

Předpokládat, že inverze je také klamná; sigmoid neznamená z toho, co je před expresním projevem k jednoznačnému alosterismu.

Jedinečný alosterismus: hemoglobin

Hemoglobin je považován za klasický příklad toho, co se děje s alosterickými systémy. V této složce červených krvinek je fixován substrát odpovídající sigmoidnímu typu.

Tato fixace může být inhibována prostřednictvím efektorů, ve kterých není žádný účinek na aktivní centrum, což není nic jiného než skupina hemu. Na druhé straně michaelianská kinetika je prezentována izolovaně v podjednotkách, které se podílejí na fixaci kyslíku..

Odkazy

1. Bu, Z. a Callaway, D.J. (2011). "Proteinová dynamika a dálková allostery v buněčné signalizaci". Pokroky v proteinové chemii a strukturní biologii, 83: pp. 163-221.
2. Huang, Z; Zhu, L. et al (2011). "ASD: komplexní databáze alosterických proteinů a modulátorů". Nucleic Acids Research, 39, pp. D663-669.
3. Kamerlin, S.C. a Warshel, A (2010). "Na úsvitu 21. století: Je dynamika chybějícím článkem pro pochopení katalýzy enzymů?". Proteiny: struktura, funkce a bioinformatika, 78 (6): pp. 1339-75.
4. Koshland, D.E .; Némethy, G. a Filmer, D. (1966). "Srovnání experimentálních vazebních dat a teoretických modelů v proteinech obsahujících podjednotky". Biochemie, 5 (1): pp. 365-85.
5. Martínez Guerra, Juan José (2014). Struktura a kinetika alosterických enzymů. Aguascalientes, Mexiko: Autonomní univerzita v Aguascalientes. Obnoveno z libroelectronico.uaa.mx.
6. Monod, J., Wyman, J. a Changeux, J.P. (1965). "O povaze alosterických přechodů: věrohodný model". Journal of Molecular Biology, 12: pp. 88-118.
7. Teijón Rivera, José María; Garrido Pertierra, Amando et al (2006). Základy strukturní biochemie. Madrid: Editorial Tébar.
8. Peruánská univerzita Cayetano Heredia (2017). Regulační enzymy. Lima, Peru: UPCH. Získáno z upch.edu.pe.