Funkcije, struktura i kinetika alosteričkih enzima



alosterični enzimi To su organske kemikalije koje se sastoje od strukture od četiri molekule, pa se kaže da je njezina struktura kvartarna.

Ukratko, alosterički enzimi imaju više od jednog polipeptidnog lanca i sadrže jedinice u kojima se provodi kataliza. To, zauzvrat, ima i mjesto aktivnosti, to jest kemijsku izmjenu, i iz tog razloga obavljaju prepoznavanje supstrata.

Drugim riječima, alosterični enzimi karakterizirani su time što imaju više od dva polipeptidna lanca, čije podjedinice imaju različita svojstva: jedan izosterik, koji je samo aktivno mjesto i jedan alosterik, gdje se provodi enzimska regulacija..

Ovo posljednje nema katalizatorsku aktivnost, ali se može povezati s molekulom modulacije koja može djelovati kao poticaj ili prepreka za ostvarenje aktivnosti enzima..

Kratak uvod u alosterične enzime

Allosteric enzimi imaju važnu zadaću olakšavanja probave. Kako prodiru u jezgru molekula, ti enzimi imaju moć intervenirati u metabolizmu organizma, tako da imaju sposobnost da ga apsorbiraju i izlučuju u skladu s biokemijskim potrebama koje nastaju..

Da bi to bilo izvedivo, nužno je da alosterični enzimi pomiču mehanizme s kojima se provodi regulatorni proces.

Ovi se enzimi klasificiraju u dva aspekta: K i V. U oba slučaja obično se vidi da njihova krivulja zasićenja nije tipično hiperbola, nego nepravilnog oblika koja oponaša grčku alfabetsku sigmu..

To naravno znači da njegova struktura i kinetika uopće nisu jednake strukturi michaelianovih enzima, mnogo manje od ne-alosteričnih enzima, budući da njegov supstrat uzrokuje relevantne varijacije i razlike u brzini reakcije..

Struktura i kinetika alosteričkih enzima izravno su povezane s kooperativnim interakcijama, posebno one koje nisu kovalentne.

Ta se pretpostavka temelji na pretpostavci da se sigmoidna krivulja, koja se crta kada koncentracija supstrata raste, odnosi na strukturne promjene koje se događaju s enzimima.

Međutim, ova korelacija nije uvijek apsolutna i dopušta nejasnoće u kojima su određene osobitosti izostavljene u ovom sustavu..

funkcija

Globalno, alosterički enzimi nazivaju se one molekule organskog porijekla, u kojima mogu utjecati na biokemijske veze između proteina i enzima..

Djelovanje ovih alosteričnih enzima razvija se kroz infiltraciju u molekularnu jezgru, tako da je unutar organizma odgovorna za probavnu katalizu. Zahvaljujući tome proširuju se različiti procesi vezani uz gastrointestinalni trakt, osobito u upravljanju metabolizmom.

Stoga je primarna funkcija alosteričkih enzima da se brinu o olakšavanju probave u tijelu. To se događa zato što proces povezivanja na koji su podneseni dopušta asimilaciju hranjivih tvari, kao i uklanjanje otpada u strukturi organizma koji se preferira..

Stoga se kataliza probavnog sustava kontinuirano razvija u uravnoteženom okruženju u kojem svaki modulator ima specifično alosterno mjesto.

Osim toga, alosterični enzimi su, iz perspektive metabolizma, oni koji postižu da se enzimska aktivnost kontrolira kroz fluktuacije koje se percipiraju na razini stratuma..

Što su manje promjene u koncentraciji tog supstrata, to su veće transformacije koje će djelovanje enzima proći, i obrnuto.

S druge strane, vrijednosti alosteričkih enzima K mogu se povećati s minimalnom dozom modulatora inhibicije.

Može se dogoditi da se u svom izvođenju alosterični enzimi inhibiraju na kraju metaboličkog procesa, nešto što se događa u nekim multienzimskim sustavima (oni imaju mnogo vrsta enzima), što je mnogo više ako se prekorači stanični kapacitet.

Kada se to dogodi, alosterični enzimi osiguravaju smanjenje katalitičke aktivnosti; inače, supstrat uzrokuje aktiviranje enzimske aktivnosti umjesto da je regulira.

Alosterička regulacija

Poznat je kao stanični procesi u kojima je enzimska aktivnost regulirana postupkom podešavanja. To je moguće zahvaljujući činjenici da se proizvodi povratna informacija koja može biti pozitivna (tj. Aktivacija) ili negativna (inhibicija).

Regulacija se može odvijati na različite načine, bilo na organskoj ljestvici (supracellular, iznad stanice), transdukcijom signala i kovalentnom modifikacijom enzima.

Fiksiranje supstrata može se normalno pojaviti u aktivnom centru kada inhibitor nije prisutan.

Međutim, ako taj alosterički centar zauzima inhibitor, taj prvi element mijenja svoju strukturu i stoga se supstrat ne može fiksirati.

Prisutnost sigmoidne kinetike može ukazivati ​​na postojanje kooperativnog odnosa u supstratu, ali to nije uvijek pravilo, s iznimkama (vidi odjeljak "Alosterizam i kooperativnost: sinonimi?", U nastavku).

Struktura i kinetika

Nekoliko polipeptida alosteričkih enzima nema katalizu. U svakom slučaju, oni također imaju strateška i vrlo specifična mjesta u kojima se provodi vezanje i prepoznavanje modulatora, zbog čega može doći do kompleksnog modulacijskog enzima..

To je zbog toga što njegova veća ili manja aktivnost katalize ovisi o polaritetu modulatora, to jest prema tome je li to negativni pol (inhibicijski pol) ili pozitivni pol (aktivacijski pol)..

Mjesto gdje se odvija ova biokemijska izmjena, ili bolje rečeno enzimska interakcija s modulatorom, ispravno je poznato kao alosterično mjesto.

Tu se održavaju njihova svojstva bez da modulator trpi promjene na kemijskoj razini. Međutim, veza između modulatora i enzima nije nepovratna, naprotiv; Može se poništiti. Stoga se može reći da taj proces alosteričkih enzima nije nepokretan.

Jedna karakteristika koja ističe alosterične enzime je da ne odgovaraju kinetičkim uzorcima koji zadovoljavaju principe Michaelis-Mentena.

Drugim riječima, do sada provedeni eksperimenti pokazali su da veza između alosteričkog enzima i modulatora (bez obzira na njihov polaritet) ima krivulju zasićenja koja nema pravilan oblik, već sigmoidni, s zakrivljenjem sličnim Grčko pismo sigme.

Razlike u ovom sigmoidnom obliku su male, bez obzira na to jesu li korišteni modulatori (pozitivni ili negativni) ili se uopće ne koriste.

U svim slučajevima brzina reakcija alosteričkih enzima pokazuje niz dramatičnih modifikacija čije su koncentracije supstrata niže u usporedbi s negativnim modulatorima i više s pozitivnim. Zauzvrat, one imaju međuproizvode kada nema modulatora povezanih s enzimima.

Kinetičko ponašanje alosteričkih enzima može se opisati s dva modela: simetričnim i sekvencijalnim.

Simetrični model

U ovom modelu, alosterički enzim može se prikazati prema konformacijama, koje su napete i opuštene.

Podjedinice mogu biti na jednom ili drugom kraju, budući da postoji ravnoteža koja se pomiče između oba stanja u kojima se negativni modulatori približavaju napetoj konformaciji, dok opušteni spaja supstrate i aktivatore..

Sekvencijski model

S ovim modelom imate drugu paradigmu. Tu postoje i dvije konformacije, ali svaka može djelovati neovisno, odvojeno.

U ovom trenutku može doći do porasta ili pada afiniteta biokemijskih veza enzima, s razinama kooperativnosti koje mogu biti aktivacije ili inhibicije..

Strukturne promjene se sukcesivno prenose iz jedne podjedinice u drugu, s definiranim redoslijedom.

I simetrični i sekvencijalni modeli rade samostalno, prema vlastitim standardima. Međutim, oba modela mogu raditi zajedničkim putem, stoga se međusobno ne isključuju.

U tim slučajevima postoje intermedijarna stanja u kojima se uočava kako konformacije, tj. Napetost i opuštenost, sudjeluju u procesu suradnje u kojoj su spojene biokemijske interakcije alosteričkih enzima..

Alosterizam i kooperativnost: sinonimi?

Vjeruje se da je alosterizam isto što i kooperativizam, ali to nije slučaj. Zbunjenost oba termina, očito, proizlazi iz njihovih funkcija.

Međutim, treba napomenuti da ta sličnost nije dovoljna da se alosterizam i kooperativnost koriste kao ekvivalentne riječi. Obje imaju suptilne nijanse kojima se mora posvetiti pozornost prije nego što padnu u pogrešne generalizacije i kategorizacije.

Potrebno je zapamtiti da alosterični enzimi, kada se pridružuju modulatorima, imaju različite oblike. Aktiviraju se pozitivni modulatori, dok negativni modulatori inhibiraju.

U oba slučaja postoji značajna promjena u enzimatskoj strukturi aktivnog mjesta, što zauzvrat postaje promjena te iste aktivne lokacije.

Jedan od najpraktičnijih primjera ovoga se vidi u nekonkurentnoj inhibiciji, u kojoj se negativni modulator veže na enzim koji nije supstrat.

Međutim, afinitet ovog enzima u odnosu na supstrat može se smanjiti negativnim modulatorom alosteričkih enzima, tako da može postati kompetitivna inhibicija bez obzira na to da li je struktura supstrata različita od strukture enzima..

Isto tako, može se dogoditi da postoji povećanje spomenutog afiniteta ili da se umjesto učinka inhibicije javi inverzni učinak, to jest, učinak aktivacije.

Fenomen kooperativnosti pojavljuje se u mnogim alosteričnim enzimima, ali to samo postaje katalogizirano kao takvo kada enzimi imaju nekoliko mjesta gdje se uspijevaju vezati na supstrat, pa se nazivaju oligomernim enzimima..

Osim toga, afiniteti se proizvode sukladno razini koncentracije koju ima efektor, au njima pozitivni modulatori, negativni i čak sam supstrat djeluju na različite načine tijekom ovog procesa..

Da bi se postigao taj učinak, potrebno je predstaviti nekoliko mjesta koja se mogu povezati s supstratom, a rezultat se grafički prikazuje u znanstvenim istraživanjima kao sigmoidne krivulje, koje su već spomenute.

I to je mjesto gdje dolazi do preplitanja, jer je povezano s time da ako postoji sigmoidna krivulja u enzimatskoj analizi to je zato što opaženi alosterički enzim mora nužno biti kooperativan..

Osim toga, jedan od čimbenika koji pridonose ovoj zamršenosti jest da stupanj kooperativnosti koji postoji u sustavu djeluju pomoću alosteričnih efektora..

Njegova razina može se povećati uz prisutnost inhibitora, dok se smanjuje kada su aktivatori prisutni.

Međutim, kinetika ostavlja samo svoje sigmoidno stanje kada postaje michaeliana u kojem su koncentracije aktivatora povišene.

Stoga je jasno da sigmoidne krivulje mogu biti antonimi alosteričnih enzima. Iako većina ovih enzima, kada je ovaj supstrat zasićen, ima taj signal, pogrešno je da postoji alosterična interakcija samo zato što je krivulja sigmoidne kinetike vidljiva na grafikonu..

Pretpostaviti da je inverzna također pogrešna; sigmoid ne podrazumijeva iz onoga koji je prije ekspresne manifestacije nedvosmislenog alosterizma.

Jedinstveni alosterizam: hemoglobin

Hemoglobin se smatra klasičnim primjerom onoga što se događa s alosteričnim sustavima. Supstrat koji odgovara sigmoidnom tipu fiksiran je u ovoj komponenti crvenih krvnih stanica.

Ova fiksacija može biti spriječena pomoću efektora u kojima nema djelovanja na aktivni centar, što je nitko drugi nego heme grupa. Michaelska kinetika, s druge strane, prikazana je izolirano u podjedinicama koje sudjeluju u fiksaciji kisika.

reference

  1. Bu, Z. i Callaway, D.J. (2011). "Dinamika proteina i alosterija dugog dometa u staničnoj signalizaciji". Napredak u kemiji proteina i strukturnoj biologiji, 83: str. 163-221.
  2. Huang, Z; Zhu, L. i sur. (2011). "ASD: sveobuhvatna baza alosteričkih proteina i modulatora". Nucleic Acids Research, 39, str. D663-669.
  3. Kamerlin, S.C. i Warshel, A (2010). "U osvit 21. stoljeća: Da li je dinamika karika koja nedostaje za razumijevanje enzimske katalize?". Proteini: struktura, funkcija i bioinformatika, 78 (6): str. 1339-1375.
  4. Koshland, D.E .; Némethy, G. i Filmer, D. (1966). "Usporedba eksperimentalnih podataka vezivanja i teorijskih modela u proteinima koji sadrže podjedinice". Biochemistry, 5 (1): str. 365-85.
  5. Martínez Guerra, Juan José (2014.). Struktura i kinetika alosteričkih enzima. Aguascalientes, Meksiko: Autonomno sveučilište Aguascalientes. Oporavio se od libroelectronico.uaa.mx.
  6. Monod, J., Wyman, J. i Changeux, J.P. (1965). "O prirodi alosteričkih prijelaza: uvjerljiv model". Journal of Molecular Biology, 12: str. 88-118.
  7. Teijón Rivera, José María; Garrido Pertierra, Amando i sur. (2006). Osnove strukturne biokemije. Madrid: Urednički Tébar.
  8. Peruansko sveučilište Cayetano Heredia (2017.). Regulatorni enzimi. Lima, Peru: UPCH. Preuzeto s upch.edu.pe.