Функции, структура и кинетика на алостеричните ензими

на алостерични ензими Те са органични химикали, които са съставени от структура от четири молекули, така че се казва, че нейната структура е кватернерна.

В обобщение, алостеричните ензими имат повече от една полипептидна верига и съдържат единици, в които се извършва катализа. Те, от своя страна, също имат място на активност, т.е. химически обмен, и по тази причина те извършват разпознаване на субстрата.

С други думи, алостеричните ензими се характеризират с повече от две полипептидни вериги, чиито субединици имат различни свойства: един изостеричен, който е самото активно място, и един алостеричен, където се извършва ензимна регулация..

Последната няма катализна активност, но може да бъде свързана с молекула на модулация, която може да действа като стимул или пречка за осъществяването на активността на ензимите..

Кратко представяне на алостеричните ензими

Алостеричните ензими имат важната задача да улеснят храносмилането. Тъй като те проникват в ядрото на молекулите, тези ензими имат силата да се намесват в метаболизма на организма, така че те имат способността да я абсорбират и отделят според биохимичните нужди, които възникват..

За да е възможно това, е необходимо алостеричните ензими да преместят механизмите, с които се осъществява регулаторният процес..

Тези ензими са класифицирани в два аспекта: K и V. И в двата случая обикновено се вижда, че тяхната крива на насищане обикновено не е тази на хипербола, а тази на неправилна форма, която имитира сигма на гръцката азбука..

Това разбира се означава, че неговата структура и кинетика изобщо не са равни на тази на михаелските ензими, много по-малко от тези на неаллостерните ензими, тъй като нейният субстрат предизвиква съответни изменения и разлики в скоростта на реакцията..

Структурата и кинетиката на алостеричните ензими са пряко свързани с кооперативните взаимодействия, особено тези, които не са ковалентни.

Това предположение се основава на предпоставката, че сигмоидната крива, която се извлича, когато концентрацията на субстрата се повиши, е свързана със структурните промени, които настъпват с ензимите..

Въпреки това, тази корелация не винаги е абсолютна и се поддава на неясноти, при които някои особености са пропуснати в тази система.

функция

В световен мащаб алостеричните ензими се наричат ​​тези молекули от органичен произход, в които те могат да повлияят на биохимичните връзки между протеини и ензими..

Действието на тези алостерични ензими се развива чрез инфилтрация в молекулярното ядро, така че в организма е отговорен за храносмилателната катализа. Благодарение на това се разширяват различни процеси, свързани със стомашно-чревния тракт, особено при управлението на метаболизма.

Следователно, основната функция на алостеричните ензими е да се грижи за улесняване на храносмилането в организма. Това се случва, защото процесът на връзките, до които са подадени, позволява усвояването на хранителни вещества, както и елиминирането на отпадъците в структурата на организма, който ще бъде облагодетелстван..

Следователно, катализа на храносмилателната система се развива непрекъснато в балансирана среда, в която всеки модулатор има специфично алостерично място.

В допълнение, алостеричните ензими са, от гледна точка на метаболизма, тези, които постигат, че ензимната активност се контролира чрез флуктуации, които се възприемат на ниво страта.

Колкото по-малки са промените в концентрацията на този субстрат, толкова по-големи са трансформациите, които активността на ензимите ще претърпи, и обратното.

От друга страна, стойностите на алостеричните ензими К могат да бъдат увеличени с минимална доза модулатор на инхибиране.

Може да се случи, че при изпълнението им, алостеричните ензими се инхибират в края на метаболитния процес, нещо, което се случва в някои мултиензимни системи (те имат много видове ензими), като са много повече, ако клетъчните капацитети са надвишени.

Когато това се случи, алостеричните ензими гарантират, че каталитичната активност е намалена; в противен случай субстратът причинява активиране на ензимната активност, вместо да се регулира.

Алостеричната регулация

Известни са тези клетъчни процеси, при които ензимната активност се регулира чрез процес на регулиране. Това е възможно благодарение на факта, че се получава обратна връзка, която може да бъде положителна (т.е. активация) или отрицателна (инхибиране).

Регулирането може да се осъществи по различни начини, или в органичен мащаб (супрацелуларно, над клетката), чрез сигнална трансдукция и чрез ковалентна модификация на ензими..

Фиксирането на субстрата може нормално да настъпи в активния център, когато инхибиторът не присъства.

Обаче, ако този алостеричен център е зает от инхибитора, този първи елемент променя своята структура и следователно субстратът не може да бъде фиксиран..

Наличието на сигмоидна кинетика може да подскаже, че в субстрата има кооперативна връзка, но това не винаги е правилото, с изключение (виж раздела "Алостеризъм и кооперативност: синоними?", По-долу).

Структура и кинетика

Някои от полипептидите на алостеричните ензими нямат катализа. Във всеки случай, те също имат стратегически и много специфични места, в които се осъществява свързване и разпознаване на модулатора, поради което може да се получи сложен модулационен ензим..

Това се дължи на факта, че по-голямата или по-малка активност на катализата зависи от полярността на модулатора, т.е. от това дали е отрицателен полюс (инхибиращ полюс) или положителен полюс (активиращ полюс)..

Мястото, където се осъществява този биохимичен обмен, или по-скоро ензимното взаимодействие с модулатора, е правилно известно като алостерично място.

Това е мястото, където техните свойства се запазват, без модулаторът да страда от промени на химическо ниво. Обаче, връзката между модулатора и ензима не е необратима, точно обратното; Може да бъде отменено. Следователно може да се каже, че този процес на алостерични ензими не е неподвижен.

Една характеристика, която подчертава алостеричните ензими е, че те не съответстват на кинетичните модели, които отговарят на принципите на Михаелис-Ментен.

С други думи, проведените досега експерименти показват, че връзката между алостеричен ензим и модулатори (независимо от тяхната полярност) има крива на насищане, която няма правилна форма, а сигмоидна, с кривина, подобна на Гръцка сигма.

Разликите в тази сигмоидна форма са малко, независимо дали са използвани модулатори (положителни или отрицателни) или изобщо не са използвани.

Във всички случаи, скоростта на реакциите на алостеричните ензими показва серия от драматични модификации, чиито субстратни концентрации са по-ниски в сравнение с отрицателните модулатори и по-високи с положителните. На свой ред те имат междинни стойности, когато няма модулатори, свързани с ензимите.

Кинетичното поведение на алостеричните ензими може да бъде описано с два модела: симетрични и последователни.

Симетричен модел

В този модел алостеричен ензим може да бъде представен според конформациите, които са напрегнати и отпуснати.

Субединиците могат да бъдат в единия или другия край, тъй като има баланс, който се измества между двете състояния, в които отрицателните модулатори се доближават до опънатата конформация, докато релаксираният свързва субстратите и активаторите..

Последователен модел

С този модел имате различна парадигма. Тук има и две конформации, но всеки може да действа независимо, поотделно.

В този момент може да има повишаване или спадане на афинитетите на биохимичните връзки на ензимите, с нива на кооперативност, които могат да бъдат активиране или инхибиране..

Структурните промени преминават последователно от една субединица към друга, с определен ред.

И симетричните, и последователните модели работят самостоятелно, според собствените си стандарти. И двата модела обаче могат да работят съвместно, следователно те не се изключват взаимно.

В тези случаи има междинни състояния, в които се наблюдава как конформациите, т.е. напрегнатата и отпуснатата, участват в процес на сътрудничество, при който биохимичните взаимодействия на алостеричните ензими се сливат..

Алостерство и кооперативност: синоними?

Смята се, че алостеризмът е същият като кооперативния, но това не е така. Объркването на двата термина, очевидно, идва от техните функции.

Трябва да се отбележи обаче, че това сходство не е достатъчно, за да се използват алостеризма и кооперативността като еквивалентни думи. И двете имат фини нюанси, на които трябва да се обърне внимание, преди да попаднат в погрешни обобщения и категоризации.

Необходимо е да се помни, че алостеричните ензими, когато се присъединяват към модулаторите, имат различни форми. Положителните модулатори се активират, докато отрицателните модулатори инхибират.

И в двата случая е налице съществена промяна в ензимната структура в активната зона, която на свой ред става промяна на същия активен сайт.

Един от най-практичните примери за това се вижда при неконкурентно инхибиране, при което отрицателният модулатор се свързва с ензим, различен от субстрата.

Въпреки това, афинитетът на този ензим по отношение на субстрата може да бъде намален от този отрицателен модулатор на алостеричните ензими, така че той може да стане конкурентно инхибиране независимо от това дали структурата на субстрата е различна от структурата на ензима..

По същия начин, може да се случи, че има повишаване на споменатия афинитет или че вместо ефект на инхибиране се появява обратен ефект, т.е..

Феноменът кооративизъм се среща в много от алостеричните ензими, но това става само каталогизирано, когато ензимите имат няколко места, където успяват да се свържат с субстрата, така че те се наричат ​​олигомерни ензими..

В допълнение, афинитетите се произвеждат в зависимост от нивото на концентрация, което има ефекторът, и в тях положителните модулатори, отрицателните и дори субстратът действат по различен начин по време на този процес..

За да се постигне този ефект, е необходимо да се представят няколко обекта, които могат да се свързват с субстрата, и резултатът се появява графично в научни изследвания като сигмоидни криви, които вече са посочени.

И това е мястото, където се появява заплитането, защото има тенденция да се свързва с това, че ако има сигмоидна крива в ензимния анализ то е, защото наблюдаваният алостеричен ензим трябва задължително да бъде кооперативен..

Освен това, един от факторите, които допринасят за това заплитане е, че степента на кооперативност, която съществува в системата, се управлява от алостерични ефектори..

Нивото му може да се повиши с наличието на инхибитори, докато при наличие на активатори има тенденция да намалява.

Въпреки това, кинетиката оставя само своето сигмоидно състояние, когато става michaeliana, в което концентрациите на активатора са повишени.

Следователно, ясно е, че сигмоидните криви могат да бъдат антоними на алостерични ензими. Въпреки че повечето от тези ензими, когато този субстрат е наситен, имат този сигнал, не е вярно, че има алостерично взаимодействие само защото кривата на сигмоидната кинетика се вижда в графиката..

Да се ​​предположи, че обратното също е грешно; сигмоидът не означава от такъв, който е преди изрично проявление към недвусмислен алостеризъм.

Уникален алостеризъм: хемоглобин

Хемоглобин се счита за класически пример за това, което се случва с алостеричните системи. В този компонент на червените кръвни клетки е фиксиран субстрат, съответстващ на сигмоидния тип.

Тази фиксация може да бъде възпрепятствана чрез ефектори, при които няма действие върху активния център, което е нищо друго освен хемната група. Микеловата кинетика, от друга страна, е представена изолирано в подединиците, които участват в кислородната фиксация.

препратки

1. Bu, Z. и Callaway, D.J. (2011 г.). "Динамика на протеини и алостеризиране на далечни разстояния в клетъчното сигнализиране". Напредък в протеиновата химия и структурна биология, 83: стр. 163-221.
2. Huang, Z; Zhu, L. et al (2011). "ASD: цялостна база данни за алостерични протеини и модулатори". Nucleic Acids Research, 39, pp. D663-669.
3. Kamerlin, S.C. and Warshel, A (2010). "В зората на 21-ви век: Динамиката ли е липсващата връзка за разбиране на ензимния катализ?". Протеини: структура, функция и биоинформатика, 78 (6): pp. 1339-1375.
4. Koshland, D.E .; Némethy, G. и Filmer, D. (1966). "Сравнение на експериментални данни за свързване и теоретични модели в протеини, съдържащи субединици". Biochemistry, 5 (1): pp. 365-85.
5. Martínez Guerra, Juan José (2014). Структура и кинетика на алостерични ензими. Агуаскалиентес, Мексико: Автономният университет в Агуаскалиентес. Възстановен от libroelectronico.uaa.mx.
6. Monod, J., Wyman, J. и Changeux, J.P. (1965). "За природата на алостеричните преходи: правдоподобен модел". Вестник по молекулярна биология, 12: стр. 88-118.
7. Teijón Rivera, José María; Garrido Pertierra, Amando et al (2006). Основи на структурната биохимия. Мадрид: редакционен Тебар.
8. Перуански университет Cayetano Heredia (2017). Регулаторни ензими. Лима, Перу: UPCH. Изтеглено от upch.edu.pe.