Charakteristické vlastnosti enzýmov, akčné mechanizmy, príklady

A Výlučný enzým (Z gréckeho: Allo, Rôzne + stereos, trojrozmerný priestor) je proteín, v ktorom sa vytvárajú nepriame interakcie medzi topograficky odlišnými miestami spojením substrátov a regulačných molekúl (ligandy).

Únia ligandu na konkrétne miesto je ovplyvnené spojením iného efektorového ligandu (alebo modulácie ligandu) do iného iného iného (výlučného) miesta enzýmu. Toto je známe ako astherické interakcie alebo spolupráce interakcie.

Príklad enzýmu. Zdroj: Thomas Shafee [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)]

Keď efektorový ligand zvyšuje afinitu spojenia iného ligandu k enzýmu, kooperatívne je pozitívne. Keď afinita znižuje spolupráca, je negatívna. Ak sa na kooperatívnej interakcii zúčastňujú dva rovnaké ligand.

Kooperatívna interakcia vytvára reverzibilné zmeny v molekulárnej štruktúre enzýmu na úrovni terciárnej a kvartérnej štruktúry. Tieto zmeny sú známe ako konformačné zmeny.

[TOC]

História

Koncept alestrickej interakcie sa objavil pred viac ako 50 rokmi. V priebehu času sa vyvíjala, a to:

-V roku 1903 sa pozorovala sigmoidálna krivka kyslíka hemoglobínu.

-V roku 1910 sa sigmoidálna krivka zväzku O₂ Hemoglobin bol matematicky opísaný Hillova rovnica.

-V roku 1954 Novick a Szilard ukázali, že enzým nachádzajúci sa na začiatku metabolickej dráhy bol inhibovaný konečným produktom tejto trasy, ktorá je známa ako negatívna spätná väzba.

-V roku 1956 Umbarger zistil, že L-deoleucín bol inhibovaný srdcom L-TROONINE, prvým enzýmom biosyntézy L-izoleucínu, a že nevykazuje typickú kinetiku Michaelis -mente s hyperbolickou krivkou, ale to malo, ale to malo, ale to malo, ale to malo, ale to malo, ale to malo, ale to malo, ale to malo, ale to malo, ale to malo, ale to bolo sigmoidálna krivka.

-V roku 1963 Perutz a kol., Objavili X -Rays Konformačné zmeny v štruktúre hemoglobínu, keď sa viažu na kyslík. Monod a Jacob premenovali regulačné miesta ako „astherické stránky“.

-V roku 1965 Monod, Wyman a Changex navrhujú symetrický model alebo model MWC (počiatočné písmená Monoda, Wymana a Changex) na vysvetlenie astherérnych interakcií.

-V roku 1966 Koshland, Nemethy a Filmer navrhujú sekvenčný alebo indukovaný model spojenia alebo model KNF na vysvetlenie astherérnych interakcií.

-V roku 1988 štruktúra X -Ray v transmarbamilase aspartátu preukázala symetrický model predpokladaný Monodom, Wymanom a Changexom.

-V deväťdesiatych rokoch sa za aterické efektory považovali mutácie, kovalentné modifikácie a zmeny pH za aosterické efektory.

-V roku 1996 štruktúra X -Ray Lak demonštrované prechody na teosterické.

Mechanizmy akcie a príklady

-Charakteristiky modelov MWC a KNF vo výškovej regulácii

MWC model

Pôvodná hypotéza modelu MWC navrhla nasledujúce (Monod, Wyman, Changex, 1965)

Môže vám slúžiť: Flora a fauna Entre Ríos: Reprezentatívne druhy

Alosterické proteíny sú oligoméry tvorené symetricky príbuznými protomérmi. Protoméry sú tvorené podjednotkami alebo polypeptidovými reťazcami.

Oligoméry majú najmenej dva stavy konformácie (R a T). Oba štáty (kvartérnej štruktúry) spontánne stanovujú rovnováhu, s prepojením alebo bez prepojenia.

Keď dôjde k prechodu z jedného stavu do druhého, zachová sa symetria a zmení sa príbuznosť lokality (alebo viacerých) špecifikovaných miest smerom k ligandu.

Týmto spôsobom bude spolupracovná únia Ligandos pokračovať v spolupráci medzi podjednotkami.

Model KNF

Hypotéza modelu KNF navrhla nasledujúce (Koshland, Nemethy, Filmer, 1966): Väzbová únia vedie k zmene terciárnej štruktúry v podjednotke. Táto zmena konformácie ovplyvňuje susedné podjednotky.

Afinita viažuca ligand proteínového ligandu závisí od počtu ligandov, ktoré udržiavajú pohromade. Preto majú teosterické proteíny viac konformačných stavov, ktoré zahŕňajú medziprodukty.

Počas posledných piatich desaťročí boli modely MWC a KNF hodnotené biochemickými a štrukturálnymi štúdiami. Ukázalo sa, že početné astherické proteíny, vrátane enzýmov, sú v súlade s tým, čo sa navrhuje v modeli MWC, hoci existujú výnimky.

Model MWC a astherické enzýmy (alebo regulačné enzýmy)

Alosterické enzýmy sú často väčšie a zložitejšie ako nealesterické enzýmy. Aspartát transkarbamilázy (ASPCarbamilasa alebo ATCASA) a fosfofructiona-1 (PFK-1) sú klasickými príkladmi astherérnych enzýmov, ktoré spĺňajú model MWC model.

Atcasa z A. coli

ATCASA katalyzuje prvú reakciu biosyntézy pyrimidínovej nukleotidovej biosyntézy (CTP a UTP) a používa ASP ako substrát. Štruktúra ATCASA pozostáva z katalytických a regulačných podjednotiek. Atcasa má dva konformačné štáty R a T. Symetria medzi týmito dvoma stavmi je zachovaná.

Kinetika Atcasa (počiatočná rýchlosť ATCAS. To naznačuje, že ATCASA má kooperatívne správanie.

ATCASA je inhibovaná spätnou väzbou od CTP. Sigmoidná krivka Atcasa v prítomnosti CTP je napravo od sigmoidnej krivky ATCA. Zvýšenie hodnoty konštantnej konštanty Michaelis-Klimatizovať_m).

To znamená v prítomnosti CTP ATCAVložka_Maximálny), V porovnaní s ATCASA v neprítomnosti CTP.

Môže vám slúžiť: granulopoyéza: Charakteristiky, hematológia, fázy a faktory

Záverom možno povedať, že CTP je heterotropný negatívny efektor, pretože afinita ATCASA aspartátom klesá. Toto správanie je známe ako negatívna spolupráca.

PFK-1

PFK-1 katalyzuje tretiu reakciu glykolýzy dráhy. Táto reakcia pozostáva z prenosu fosfátovej skupiny z ATP na 6-fosfátovú fruktózu. Štruktúra PFK-1 je tetrameter, ktorý vykazuje dva konformačné stavy R a T. Symetria medzi týmito dvoma stavmi je zachovaná.

Kinetika PFK-1 (počiatočná rýchlosť s rôznymi koncentráciami 6-fosfátovej fruktózy) vykazuje sigmoidnú krivku. PFK-1Stá vystavený komplexnej allostrickej regulácii ATP, AMP a Frutosa-2,6-bifosfát, konkrétne:

Sigmoidná krivka PFK-1, v prítomnosti vysokej koncentrácie ATP, je napravo od sigmoidnej krivky pri nízkej koncentrácii ATP (obrázok 4). Zvýšenie hodnoty konštantnej konštanty Michaelis-Klimatizovať_m).

V prítomnosti vysokej koncentrácie ATP vyžaduje PFK-1 vyššiu koncentráciu fruktózy 6-fosfátu, aby dosiahla polovicu maximálnej rýchlosti (Vložka_Maximálny).

Záverom možno povedať, že ATP, okrem toho, že je substrátom, je negatívny heterotropný alostroérik.

Sigmoidná krivka PFK-1 v prítomnosti AMP sa nachádza vľavo od sigmoidnej krivky PFK-1 v prítomnosti ATP. To znamená, že AMP eliminuje účinok inhibítora ATP.

V prítomnosti AMP vyžaduje PFK-1 nižšiu koncentráciu 6-fosfátovej fruktózy, aby dosiahla polovicu maximálnej rýchlosti (Vložka_Maximálny). To sa prejavuje v skutočnosti, že dochádza k zníženiu hodnoty konštanty Michaelis -mente (Klimatizovať_m).

Záverom možno povedať, že AMP je pozitívny heterotropný alostroarista, pretože afinita spojenia PFK-1 sa zvyšuje o 6-fosfátovej fruktóze. Frutosa-2,6-bifosfát (F2,6bp) je silný allostrický aktivátor PFK-1 (obrázok 5) a jeho správanie je podobné správaniu AMP.

Model MWC je bežný, ale nie univerzálny

Z celkových proteínových štruktúr uložených v PDB (proteínová dáta banka), polovica sú oligoméry a druhá polovica sú monoméry. Ukázalo sa, že kooperativita nepotrebuje viac ligandov alebo zostavenie viacerých podjednotiek. Toto je prípad glykoquinázy a iných enzýmov.

Glucoquináza je monomérna, má polypeptidový reťazec a vykazuje sigmoidálnu kinetiku v reakcii na zvýšenie koncentrácie glukózy v krvi (Porter a Miller, 2012; Kamata a kol., 2004).

Môže vám slúžiť: parazitizmus: koncept, typy a príklady

Existujú rôzne modely, ktoré vysvetľujú kooperatívnu kinetiku v monomérnych enzýmoch, menovite: Mnemononický model, pomaly -indukovaný pomaly indukovaný prechodný model, randomizované pridanie substrátov do biomolekulárnych reakcií, typy pomalých konformačných zmien, okrem iného.

Štúdie štruktúry glykoquinázy podporili konektor

Normálna ľudská glykocináza má a Klimatizovať_m 8 mm pre glukózu. Táto hodnota je blízko koncentrácii glukózy v krvi.

Existujú pacienti, ktorí trpia hyperinsulinémiou Pesista detstva (skratka v angličtine, PHHI). Glykokináza týchto pacientov má a Klimatizovať_m Pre glukózu s nižšou hodnotou ako normálne glykocíny a kooperatívne je dôležité.

V dôsledku toho majú títo pacienti variant glykokinázy, ktorá je hyperaktívna, čo môže byť v závažných prípadoch smrtiaci.

Žiadosti

Alosterría a katalýza sú úzko spojené. Z tohto.

Stránky Alosterickej únie môžu byť cieľmi nových liekov. Dôvodom je skutočnosť, že alkal efektor môže ovplyvniť funkciu enzýmu. Identifikácia aterických miest je prvým krokom objavovania liekov, ktoré zlepšujú funkciu enzýmov.

Odkazy

1. Changex, J.P. 2012. ALLOSLORY A MONOD-WYMAN-CHANGEUX MODEL po 50 rokoch. Ročný prehľad biofyziky a biomolekulárnej štruktúry, 41: 103-133.
2. Changex, J.P. 2013. 50 rokov alosterických interakcií: zvraty a zákruty modelov. Biológia molekulárnych buniek, v Nature Reviews, 14: 1-11.
3. Goodey, n.M. a Benkovic, s.J. 2008. Alosterická regulácia a katalýza sa objavuje spoločnou cestou. Nature Chemical Biology, 4: 274-482.
4. Kamata, K., Mitsuya, m., Nishimura, T., Eiki, Jun-Hichi, Nagata a. 2004. Štrukturálny základ pre alosterickú reguláciu monomérnej alosterickej enzýmu ľudskej glukokinázy. Štruktúra, 12: 429-438.
5. Koshland, D.A. Jr., Nemety, g., Filmer, D. 1966. Porovnanie experimentálnych väzbových údajov a teoretických modelov v proteínoch obsahujúcich. Biochemistry, 5: 365-385.
6. Monod, J., Wyman, J., Changex, J.P. 1965. O povahe alosterických prechodov: na hodnoverný model. Journal of Molecular Biology, 12: 88-118.
7. Nelson, D.L. a Cox, m.M., 2008. Lehninger-Principles of Biochemistry. W.H. Freeman and Company, New York.
8. Porter, C.M. a Miller, b.G. 2012. Kooperativita v monomérnych enzýmoch s jednotlivými lokalitami viažucimi ligandami. Bioorganická chémia, 43: 44-50.
9. Voet, D. a Voet, J. 2004. Biochémia. John Wiley a Sons, USA.