Allosterinių fermentų funkcijos, struktūra ir kinetika

The allosteriniai fermentai Tai organinės cheminės medžiagos, sudarytos iš keturių molekulių struktūros, todėl sakoma, kad jos struktūra yra ketvirtinė.

Apibendrinant, alosteriniai fermentai turi daugiau nei vieną polipeptidinę grandinę ir turi vienetus, kuriuose atliekama katalizė. Tai, savo ruožtu, taip pat turi veiklos vietą, ty cheminį mainą, ir dėl šios priežasties jie atlieka pagrindo atpažinimą.

Kitaip tariant, allosteriniai fermentai pasižymi tuo, kad jie turi daugiau kaip dvi polipeptidines grandines, kurių subvienetai turi skirtingas savybes: vieną izosterinį, kuris yra pati aktyvi vieta, ir vieną allosterinį, kur atliekamas fermentinis reguliavimas.

Pastarasis neturi katalizės aktyvumo, tačiau jis gali būti susietas su moduliacijos molekule, kuri gali veikti kaip stimulas ar kliūtis fermentų aktyvumui realizuoti..

Trumpas įvadas į allosterinius fermentus

Allosteriniai fermentai atlieka svarbų uždavinį, kad būtų lengviau virškinti. Kai jie įsiskverbia į molekulių branduolį, šie fermentai turi galią įsikišti į organizmo metabolizmą, todėl jie sugeba ją absorbuoti ir išskirti pagal atsirandančius biocheminius poreikius..

Kad tai būtų įmanoma, būtina, kad allosteriniai fermentai perkelia mechanizmus, kuriais vykdomas reguliavimo procesas.

Šie fermentai klasifikuojami dviem aspektais: K ir V. Abiejuose laikoma, kad jų sotumo kreivė paprastai nėra hiperbolo, bet netaisyklingos formos kreivė, kuri imituoja graikų abėcėlės sigma.

Tai, žinoma, reiškia, kad jo struktūra ir kinetika visiškai nėra lygios michael fermentų, daug mažiau negu ne allosterinių fermentų, struktūrai, nes jos substratas sukelia reikšmingus pokyčius ir reakcijos greičio skirtumus.

Allosterinių fermentų struktūra ir kinetika yra tiesiogiai susiję su kooperacinėmis sąveikomis, ypač tomis, kurios nėra kovalentinės..

Ši prielaida grindžiama prielaida, kad sigmoidinė kreivė, kuri yra nubraižyta, kai padidėja substrato koncentracija, yra susijusi su struktūriniais pokyčiais, atsirandančiais su fermentais..

Tačiau ši koreliacija ne visada yra absoliuti ir suteikia dviprasmiškumo, kai tam tikri ypatumai šiame sistemoje yra praleisti.

Funkcija

Pasauliniu mastu allosteriniai fermentai vadinami organinės kilmės molekulėmis, kuriose jie gali paveikti biocheminius ryšius tarp baltymų ir fermentų.

Šių allosterinių fermentų poveikis išsivysto per infiltraciją į molekulinį branduolį, todėl organizme yra atsakingas už virškinimo katalizę. Dėl to plečiami įvairūs su virškinimo traktu susiję procesai, ypač valdant metabolizmą.

Todėl pagrindinė allosterinių fermentų funkcija yra pasirūpinti, kad būtų lengviau virškinti organizme. Taip atsitinka todėl, kad ryšių, su kuriais jie pateikiami, procesas leidžia maistinių medžiagų įsisavinimą, o taip pat ir organizmo atliekų struktūros šalinimą..

Todėl virškinimo sistemos katalizė nuolat vystosi subalansuotoje aplinkoje, kurioje kiekvienas moduliatorius turi specifinę allosterinę vietą.

Be to, allosteriniai fermentai yra metabolizmo požiūriu tie, kurie pasiekia, kad fermentinis aktyvumas būtų kontroliuojamas per sluoksnius, kurie suvokiami sluoksnio lygiu.

Kuo mažesni šio substrato koncentracijos pokyčiai, tuo didesnės transformacijos, kurias vykdo fermentų aktyvumas, ir atvirkščiai.

Kita vertus, alosterinių fermentų K vertės gali būti padidintos mažiausia inhibitoriaus moduliatoriaus doze.

Gali atsitikti, kad jų veikimo metu metabolizmo proceso pabaigoje allosteriniai fermentai yra slopinami, o tai vyksta kai kuriose daugelio fermentų sistemose (jie turi daug fermentų tipų), daug daugiau, jei viršijami ląstelių pajėgumai..

Kai taip atsitinka, allosteriniai fermentai užtikrina, kad katalizinis aktyvumas sumažėja; kitaip substratas sukelia fermento aktyvumą, o ne jį reguliuoja.

Allosterinis reguliavimas

Žinoma kaip tie ląstelių procesai, kuriuose fermentinį aktyvumą reguliuoja sureguliavimo procesas. Tai įmanoma dėl to, kad yra grįžtamasis ryšys, kuris gali būti teigiamas (ty aktyvinimas) arba neigiamas (slopinimas)..

Reguliavimas gali vykti skirtingais būdais, tiek organiniu mastu (supraceliulinė, virš ląstelės), tiek signalo perdavimo, tiek kovalentinio fermentų modifikavimo.

Substrato fiksavimas paprastai gali vykti aktyviame centre, kai inhibitoriaus nėra.

Tačiau, jei šį allosterinį centrą užima inhibitorius, šis pirmasis elementas keičia savo struktūrą, todėl substratas negali būti fiksuotas.

Sigmoidinės kinetikos buvimas gali rodyti, kad substrate yra bendradarbiavimo santykiai, tačiau tai ne visada yra taisyklė, išskyrus išimtis (žr. Skyrių „Alosterizmas ir kooperatyvas: sinonimai?“, Žemiau)..

Struktūra ir kinetika

Keletas allosterinių fermentų polipeptidų neturi katalizės. Bet kokiu atveju jie taip pat turi strateginių ir labai specifinių vietų, kuriose atliekamas moduliatoriaus surišimas ir atpažinimas, todėl gali atsirasti sudėtingas moduliavimo fermentas..

Taip yra dėl to, kad jo didesnis arba mažesnis katalizės aktyvumas priklauso nuo moduliatoriaus poliškumo, tai yra, atsižvelgiant į tai, ar tai yra neigiamas polius (slopinimo polius), ar teigiamas polius (aktyvavimo polius)..

Vieta, kur vyksta šis biocheminis keitimasis, arba fermentų sąveika su modulatoriumi, yra tinkamai žinoma kaip allosterinė vieta.

Tai yra ten, kur jų savybės palaikomos be moduliatoriaus, turinčio pokyčių cheminiu lygiu. Tačiau ryšys tarp moduliatoriaus ir fermento nėra negrįžtamas, priešingai; Jis gali būti atšauktas. Todėl galima teigti, kad šis allosterinių fermentų procesas nėra nekilnojamasis.

Vienas požymis, kuris išryškina allosterinius fermentus, yra tai, kad jie neatitinka kinetinių modelių, atitinkančių Michaelis-Menten principus..

Kitaip tariant, iki šiol atlikti eksperimentai parodė, kad sąsaja tarp allosterinio fermento ir moduliatorių (nepriklausomai nuo jų poliškumo) turi sotumo kreivę, neturinčią įprastos formos, bet sigmoido, su kreiviu, panašiu į Graikijos sigmos raidė.

Šio sigmoido formos skirtumai yra nedideli, nepriklausomai nuo to, ar buvo naudojami moduliatoriai (teigiami, ar neigiami), ar visai nenaudojami.

Visais atvejais allosterinių fermentų reakcijų greitis rodo daugybę dramatiškų modifikacijų, kurių substrato koncentracija yra mažesnė, palyginti su neigiamais moduliatoriais ir aukštesnė su teigiamais. Savo ruožtu jie turi tarpines vertes, kai nėra jokių su fermentais susijusių moduliatorių.

Allosterinių fermentų kinetinį elgesį galima apibūdinti dviem modeliais: simetriškai ir nuosekliai.

Simetrinis modelis

Šiame modelyje alosterinis fermentas gali būti pateikiamas pagal konformacijas, kurios yra įtemptos ir atsipalaiduotos.

Subvienetai gali būti viename arba kitu galu, nes yra pusiausvyra, kuri keičiasi tarp abiejų būsenų, kuriose neigiami moduliatoriai priartėja prie įtemptos konformacijos, o atsipalaidavęs jungiasi prie substratų ir aktyvatorių.

Sekvencinis modelis

Su šiuo modeliu turite skirtingą paradigmą. Čia taip pat yra dvi konformacijos, tačiau kiekviena gali veikti atskirai, atskirai.

Šiuo metu gali atsirasti ar sumažėti fermentų biocheminių ryšių, turinčių aktyvumo ar slopinimo kooperatyvo lygius..

Struktūriniai pokyčiai iš eilės perkeliami iš vieno subvieneto į kitą, apibrėžta tvarka.

Tiek simetriški, tiek nuoseklieji modeliai veikia pagal savo standartus. Tačiau abu modeliai gali dirbti bendrai, todėl jie nėra tarpusavyje susiję.

Tokiais atvejais yra tarpinių būsenų, kuriose stebima, kaip konformacijos, ty įtampa ir atsipalaidavęs, dalyvauja bendradarbiavimo procese, kuriame susilieja alosterinių fermentų biocheminė sąveika..

Alosterizmas ir kooperatyvas: sinonimai?

Manoma, kad alosterizmas yra toks pat kaip kooperatyvas, tačiau taip nėra. Aišku, abiejų terminų painiavos kyla iš jų funkcijų.

Tačiau reikia pažymėti, kad tokio panašumo nepakanka, kad alosterizmas ir kooperatyvas būtų naudojami kaip lygiaverčiai žodžiai. Abu turi subtilius niuansus, į kuriuos reikia atkreipti dėmesį, kol jie nepatenka į neteisingus apibendrinimus ir kategorijas.

Reikia prisiminti, kad alosteriniai fermentai, jungiantis prie moduliatorių, yra įvairių formų. Teigiami moduliatoriai aktyvuojasi, o neigiami moduliatoriai slopina.

Abiem atvejais aktyvios svetainės fermentinės struktūros pokyčiai yra esminiai, o tai savo ruožtu tampa tos pačios aktyvios svetainės pakeitimu.

Vienas iš labiausiai praktinių pavyzdžių yra pastebėtas nekonkurenciniu slopinimu, kuriame neigiamas moduliatorius prisijungia prie kito fermento, išskyrus substratą.

Tačiau šio fermento afinitetas, palyginti su substratu, gali būti sumažintas dėl neigiamo allosterinių fermentų moduliatoriaus, todėl jis gali tapti konkurenciniu slopinimu, nepriklausomai nuo to, ar substrato struktūra skiriasi nuo fermento struktūros..

Taip pat gali atsitikti, kad padidėja minėtas afinitetas arba kad vietoj slopinimo poveikio atsiranda atvirkštinis efektas, tai yra, aktyvinimo efektas.

Bendradarbiavimo fenomenas atsiranda daugelyje alosterinių fermentų, tačiau tai tampa tik katalogais, kai fermentai turi kelias vietas, kur jie sugeba prisirišti prie substrato, todėl jie vadinami oligomeriniais fermentais..

Be to, afinitetai yra gaminami pagal koncentracijos lygį, kurį turi efektorius, ir jose teigiamus moduliatorius, neigiamus ir net substratą šiame procese veikia įvairiai..

Kad būtų sukurtas šis efektas, būtina pateikti keletą vietų, galinčių susieti su substratu, ir rezultatas grafiškai parodomas moksliniuose tyrimuose kaip sigmoidinės kreivės, kurios jau buvo paminėtos.

Ir tai yra ten, kur vyksta įsišaknijimas, nes jis linkęs būti siejamas su tuo, kad, jei fermentinėje analizėje yra sigmoidinė kreivė, tai yra todėl, kad stebimas alosterinis fermentas būtinai turi būti kooperatyvas.

Be to, vienas iš veiksnių, prisidedančių prie šio įsipainiojimo, yra tai, kad sistemoje egzistuojančio kooperatyvo laipsnį valdo allosteriniai efektai..

Jo koncentracija gali padidėti, kai yra inhibitorių, tuo tarpu, kai yra aktyvatorių.

Tačiau kinetika palieka tik sigmoidinę būklę, kai ji tampa michaeliana, kurioje aktyvatoriaus koncentracijos yra padidintos.

Todėl aišku, kad sigmoidinės kreivės gali būti alosterinių fermentų antonimai. Nors dauguma šių fermentų, kai šis substratas yra prisotintas, turi šį signalą, yra klaidinga, kad alosterinė sąveika yra tik todėl, kad grafike matyti sigmoidinės kinetikos kreivė..

Manyti, kad atvirkštinis taip pat yra klaidingas; sigmoidas nereiškia, kad prieš išreikštą akivaizdų alosterizmą pasireiškia akivaizdus pasireiškimas.

Unikalus alosterizmas: hemoglobinas

Hemoglobinas laikomas klasikiniu pavyzdžiu, kas atsitinka su alosisteminėmis sistemomis. Šiame raudonųjų kraujo kūnelių komponente yra pritvirtintas sigmoido tipą atitinkantis substratas.

Ši fiksacija gali būti sustabdyta per efektorius, kuriuose nėra aktyvaus centro veiksmų, o tai nėra kita, nei heme grupė. Kita vertus, michelio kinetika yra atskirtas subvienetuose, dalyvaujančiuose deguonies fiksavime.

Nuorodos

1. Bu, Z. ir Callaway, D.J. (2011). "Baltymų dinamika ir ilgojo nuotolio allosterija ląstelių signalizacijoje". Proteino chemijos ir struktūrinės biologijos pažanga, 83: pp. 163-221.
2. Huang, Z; Zhu, L. ir kt. (2011). "ASD: išsami allosterinių baltymų ir moduliatorių duomenų bazė". Nucleic Acids Research, 39, pp. D663-669.
3. Kamerlin, S. C. ir Warshel, A (2010). „XXI a. Aušros metu: ar dinamika yra trūkstama grandis, skirta suprasti fermentų katalizę?“. Baltymai: struktūra, funkcija ir bioinformatika, 78 (6): pp. 1339-75.
4. Koshland, D.E .; Némethy, G. ir Filmer, D. (1966). "Eksperimentinių privalomųjų duomenų ir teorinių modelių palyginimas su baltymų, turinčių subvienetus". Biochemija, 5 (1): pp. 365-85.
5. Martínez Guerra, Juan José (2014). Allosterinių fermentų struktūra ir kinetika. Aguascalientes, Meksika: autonominis Aguascalientes universitetas. Atkurta iš libroelectronico.uaa.mx.
6. Monod, J., Wyman, J. ir Changeux, J.P. (1965). "Dėl alosterinių perėjimų pobūdžio: tikėtinas modelis". Journal of Molecular Biology, 12: pp. 88-118.
7. Teijón Rivera, José María; Garrido Pertierra, Amando et al (2006). Struktūrinės biochemijos pagrindai. Madridas: Redakcinė „Tébar“.
8. Peru universitetas Cayetano Heredia (2017). Reguliavimo fermentai. Lima, Peru: UPCH. Gauta iš upch.edu.pe.