Charakterystyczne charakterystyka enzymów, mechanizmy działania, przykłady

A Enzym alosteryczny (Z greckiego: allo, różne + stereo, trzy -wymiar przestrzeni) jest białkiem, w którym interakcje pośrednie są wytwarzane między topograficznie różne miejsca, przez połączenie substratów i cząsteczek regulacyjnych (ligandów).

Na zjednoczenie ligandu na określone miejsce wpływa związek innego ligandu efektorowego (lub modulującego ligand) w innym miejscu enzymu. Jest to znane jako interakcje Alestharic lub interakcje kooperacyjne.

Przykład enzymu. Źródło: Thomas Shafee [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)]

Kiedy ligand efektorowy zwiększa powinowactwo zjednoczenia innego ligandu do enzymu, spółdzielnia jest pozytywna. Gdy powinowactwo zmniejsza się spółdzielnia jest ujemna. Jeśli w interakcji kooperacyjnej uczestniczą dwa równe ligandy, efekt jest homotropowy, a jeśli dwa ligandy są różne, efekt jest heterotropowy.

Współpracująca interakcja powoduje odwracalne zmiany struktury molekularnej enzymu, na poziomie trzeciorzędowej i czwartorzędowej. Zmiany te są znane jako zmiany konformacyjne.

[TOC]

Historia

Koncepcja interakcji Alestrycznej pojawiła się ponad 50 lat temu. Z czasem ewoluował, a mianowicie:

-W 1903 r. Zaobserwowano krzywą sigmoidalną hemoglobiny tlenu.

-W 1910 r. Sigmoidalna krzywa Unii of O₂ Hemoglobina została matematycznie opisana przez równanie Hilla.

-W 1954 r. Novick i Szilard wykazali, że enzym położony na początku szlaku metabolicznego był hamowany przez produkt końcowy tej trasy, który jest znany jako ujemne sprzężenie zwrotne.

-W 1956 r. Umbarger odkrył, że złamanie serca L-Troonine, pierwszy enzym biosyntezy L-izoleucyny, został zahamowany przez L-izoleucynę i że nie wykazywała typowej kinetyki Michaelis -entum z krzywą hiperboliczną, ale miała to miejsce, ale które miało to krzywa sigmoidalna.

-W 1963 roku Perutz i in., Odkryli przez X -Kraby Zmiany konformacyjne w strukturze hemoglobiny podczas wiązania z tlenem. Monod i Jacob zmieniły nazwę miejsc regulacyjnych na „miejsca Alestheric”.

-W 1965 r. Monod, Wyman i Changeux proponują model symetryczny lub model MWC (początkowe litery Monod, Wyman i Changeux) w celu wyjaśnienia interakcji Alestheric.

-W 1966 roku Koshland, Nemethy i Filmer proponują sekwencyjny lub indukowany model sprzęgania lub model KNF, aby wyjaśnić interakcje Alestheric.

-W 1988 r. Struktura X -Ray asparbamilasa asparaganowa wykazała symetryczny model postulowany przez Monoda, Wyman i Changeux.

-W latach 90. mutacje, kowalencyjne modyfikacje i zmiany pH uznano za efektory alosterowe.

-W 1996 r. Struktura X -Ray GUMILAKA Wykazane przejścia do teosteryki.

Mechanizmy i przykłady działania

-Charakterystyka modeli MWC i KNF regulacji alosterycznej

Model MWC

Oryginalna hipoteza modelu MWC zaproponowała następujące (Monod, Wyman, Changeux, 1965)

Może ci służyć: flora i fauna Entre Ríos: Reprezentatywne gatunki

Białka alosteryczne są oligomerami ustanowionymi przez symetrycznie powiązane protomery. Protomery składają się z podjednostek lub łańcuchów polipeptydowych.

Oligomery mają co najmniej dwa stany konformacji (R i T). Oba stany (struktury czwartorzędowej) spontanicznie ustanawiają równowagę, z lub bez łączenia.

Gdy nastąpi przejście z jednego stanu do drugiego, zachowuje się symetria, a powinowactwo witryny (lub kilku) określonego miejsca do ligandu jest zmieniane.

W ten sposób związek spółdzielczy Ligandos kontynuuje współpracę między podjednostkami.

Model KNF

Hipoteza modelu KNF zaproponowała następujące (Koshland, Nemethy, Filmer, 1966): Związek wiążący powoduje zmianę w strukturze trzeciorzędowej w podjednostce. Ta zmiana konformacji wpływa na sąsiednie podjednostki.

Powinowactwo wiązania ligandu białkowego zależy od liczby ligandów, które utrzymują razem. Dlatego białka teosteryczne mają wiele stanów konformacyjnych, które obejmują stany pośrednie.

W ciągu ostatnich pięciu dekad modele MWC i KNF zostały ocenione za pomocą badań biochemicznych i strukturalnych. Wykazano, że liczne białka Alestheryczne, w tym enzymy, są zgodne z tym, co jest zaproponowane w modelu MWC, chociaż istnieją wyjątki.

Model MWC i enzymy Alestharne (lub enzymy regulacyjne)

Enzymy alosteryczne są często większe i bardziej złożone niż enzymy nielegalne. Tranbamilaza asparaginian (aspcarbamilasa lub atcasa) i fosfofrictA-1 (PFK-1) są klasycznymi przykładami enzymów Alestherowych, które spełniają model MWC Model.

Atcasa of I. coli

Atcasa katalizuje pierwszą reakcję biosyntezy nukleotydowej pirymidyny (CTP i UTP) i wykorzystuje ASP jako substrat. Struktura ATCASA składa się z podjednostek katalitycznych i regulacyjnych. Atcasa ma dwa stany konformacyjne r i t. Symetria między tymi dwoma stanami jest zachowana.

Kinetyka ATCASA (początkowa prędkość ATCA. Wskazuje to, że Atcasa ma zachowanie współpracy.

Atcasa jest hamowany przez CTP Informacje zwrotne. Krzywa sigmoidalna Atcasa, w obecności CTP, jest po prawej stronie krzywej sigmoidalnej ATCA. Wzrost wartości stałej Michaelis-Mindly (K_M).

To znaczy w obecności CTP, ATCAV_Max), W porównaniu do Atcasa przy braku CTP.

Może ci służyć: granulopoyeza: cechy, hematologia, fazy i czynniki

Podsumowując, CTP jest heterotropowym ujemnym efektorem, ponieważ powinowactwo ATCASA przez asparaginian zmniejsza. To zachowanie jest znane jako negatywna kooperatywność.

PFK-1

PFK-1 katalizuje trzecią reakcję szlaku glikolizy. Ta reakcja polega na przeniesieniu grupy fosforanowej z ATP do 6-fosforanu fruktozy. Struktura PFK-1 to tetrametr, który wykazuje dwa stany konformacyjne R i T. Symetria między tymi dwoma stanami jest zachowana.

Kinetyka PFK-1 (prędkość początkowa z różnymi stężeniami fruktozy 6-fosforanowej) wykazuje krzywą sigmoidalną. PFK-1stá podlega złożonej regulacji aloostric przez ATP, AMP i FRUTOSA-2,6-bifosforan, a mianowicie:

Krzywa sigmoidalna PFK-1, w obecności wysokiego stężenia ATP, jest po prawej stronie krzywej sigmoidalnej przy niskim stężeniu ATP (ryc. 4). Wzrost wartości stałej Michaelis-Mindly (K_M).

W obecności wysokiego stężenia ATP PFK-1 wymaga większego stężenia fruktozy 6-fosforanu, aby osiągnąć połowę maksymalnej prędkości (V_Max).

Podsumowując, ATP, oprócz bycia substratem, jest ujemnym heterotropowym ALOSTROERICEM.

Krzywa sigmoidalna PFK-1, w obecności AMP, znajduje się po lewej stronie krzywej sigmoidalnej PFK-1 w obecności ATP. Oznacza to, że wzmacniacz eliminuje efekt inhibitora ATP.

W obecności AMP PFK-1 wymaga niższego stężenia fruktozy 6-fosforanu, aby osiągnąć połowę maksymalnej prędkości (V_Max). Manifestuje się to faktem, że następuje spadek wartości stałej Michaelis -ent (K_M).

Podsumowując, AMP jest pozytywnym heterotropowym alostroaristą, ponieważ powinowactwo związków PFK-1 wzrasta przez 6-fosforanowe fruktozę. Frutosa-2,6-bifosforan (F2.6BP) jest potężnym aktywatorem aloostric PFK-1 (ryc. 5), a jego zachowanie jest podobne do zachowania AMP.

Model MWC jest powszechny, ale nie uniwersalny

Spośród wszystkich struktur białkowych osadzonych w PDB (białko danych), połowa to oligomery, a druga połowa to monomery. Wykazano, że kooperatywność nie wymaga wielu ligandów ani montażu wielu podjednostek. Tak jest w przypadku glikoquinazy i innych enzymów.

Glukochinaza jest monomeryczna, ma łańcuch polipeptydowy i wykazuje sigmoidalną kinetykę w odpowiedzi na wzrost stężenia glukozy we krwi (Porter i Miller, 2012; Kamata i in., 2004).

Może ci służyć: pasożytnictwo: koncepcja, typy i przykłady

Istnieją różne modele, które wyjaśniają kooperacyjną kinetykę w enzymach monomerycznych, a mianowicie: model mnemoniczny, powolny model przejściowy indukowany powolnym, randomizowane dodanie substratów w reakcjach biomolekularnych, rodzaje powolnych zmian konformacyjnych, między innymi.

Badania struktury glikochinazy wspierały model mnemoniczny

Normalna ludzka glikocynaza ma K_M 8 mm na glukozę. Ta wartość jest zbliżona do stężenia glukozy we krwi.

Są pacjenci cierpiący na hiperinsulinemię pessistę dzieciństwa (akronim w języku angielskim, Phhi). Glikokinaza tych pacjentów ma K_M W przypadku glukozy o niższej wartości niż normalnie glikokinę i spółdzielnia jest ważna.

W konsekwencji ci pacjenci mają wariant glikokinazy, który jest nadpobudliwy, co w ciężkich przypadkach może być śmiertelne.

Zastosowania alosterizmu

Alostería i kataliza są ściśle powiązane. Z tego powodu efekty Alestherii mogą wpływać na charakterystykę katalizy, takie jak wiązanie ligandu, uwalnianie ligandu.

Alosterowe strony związkowe mogą być celem nowych narkotyków. Wynika to z faktu, że efektor alkalny może wpływać na funkcję enzymu. Identyfikacja miejsc alosterycznych jest pierwszym krokiem do odkrycia leków, które poprawiają funkcję enzymów.

Bibliografia

1. Changeux, J.P. 2012. Allostery i model Monod-Wyman-Changeux po 50 latach. Coroczny przegląd biofizyki i struktury biomolekularnej, 41: 103-133.
2. Changeux, J.P. 2013. 50 lat interakcji allosterycznych: zwroty akcji. Biologia komórek molekularnych, In Nature Reviews, 14: 1-11.
3. Goodey, n.M. i Benkovic, s.J. 2008. Regulacja allosteryczna i kataliza pojawia się wspólną drogą. Nature Chemical Biology, 4: 274-482.
4. Kamata, k., Mitsuya, m., Nishimura, t., Eiki, Jun-Hichi, Nagata i. 2004. Strukturalne podstawy allosterycznej regulacji monomerycznej enzymu allosterycznego ludzkiej glukokinazy. Struktura, 12: 429-438.
5. Koshland, zm.I. Jr., Nemethy, g., Filmer, zm. 1966. Porównanie eksperymentalnych danych wiązania i modeli teoretycznych w Contounach białek. Biochemia, 5: 365-385.
6. Monod, J., Wyman, J., Changeux, J.P. 1965. O naturze przejść allosterycznych: do prawdopodobnego modelu. Journal of Molecular Biology, 12: 88-118.
7. Nelson, zm.L. i Cox, m.M., 2008. Lehninger-Principles of Biochemistry. W.H. Freeman and Company, Nowy Jork.
8. Porter, c.M. i Miller, B.G. 2012. Kooperatywność w enzymach monomerycznych z pojedynczymi miejscami wiążącymi ligand. Bioorganic Chemistry, 43: 44-50.
9. Voet, d. i Voet, J. 2004. Biochemia. John Wiley and Sons, USA.