Allosterik Enzimler Fonksiyonları, Yapısı ve Kinetiği

allosterik enzimler Dört moleküllü bir yapıdan oluşan organik kimyasallardır, bu yüzden yapısının dördüncül olduğu söylenir..

Özetle, allosterik enzimler birden fazla polipeptit zincirine sahiptir ve içinde katalizin gerçekleştirildiği birimler içerir. Bunlar da, aynı zamanda, aktivite alanına, yani kimyasal değişime sahiptir ve bu nedenle, substratın tanınmasını sağlarlar..

Başka bir deyişle, allosterik enzimler, alt birimleri farklı özelliklere sahip olan ikiden fazla polipeptit zincirine sahip olmakla karakterize edilir: biri aktif alanın kendisi olan bir izosterik ve enzimatik düzenlemenin gerçekleştirildiği bir allosterik.

Sonuncusu kataliz aktivitesine sahip değildir, ancak enzimlerin aktivitesinin gerçekleşmesini uyaran veya engelleyici olarak işlev görebilecek bir modülasyon molekülüne bağlanabilir.

Allosterik enzimlere kısa tanıtım

Allosterik enzimler sindirimi kolaylaştırmak için önemli görevlere sahiptir. Moleküllerin çekirdeğine nüfuz ettikçe, bu enzimler organizmanın metabolizmasına müdahale etme gücüne sahiptir, dolayısıyla ortaya çıkan biyokimyasal ihtiyaçlara göre onu absorbe etme ve salgılama yetenekleri vardır..

Bunun mümkün olması için, allosterik enzimlerin düzenleyici işlemlerin gerçekleştirildiği mekanizmaları hareket ettirmeleri gerekir..

Bu enzimler iki açıdan sınıflandırılır: K ve V Her ikisinde de, genellikle doyma eğrilerinin tipik olarak bir abartılı değil, Yunan alfabesi sigmasını taklit eden düzensiz bir şekli olduğu görülür..

Elbette bu, yapısı ve kinetiğinin, hiç bir şekilde, allosterik olmayan enzimlerden çok daha az olmayan, michaelian enzimlerininkine eşit olmadığı anlamına gelir; çünkü substratı, reaksiyonun hızında ilgili değişkenliklere ve farklılıklara neden olur..

Allosterik enzimlerin yapısı ve kinetiği, özellikle kovalent olmayanlar, kooperatif etkileşimlerle doğrudan ilişkilidir..

Bu varsayım, substratın konsantrasyonu arttığında çizilen sigmoid eğrisinin enzimlerle meydana gelen yapısal değişikliklerle ilgili olduğu fikrine dayanmaktadır..

Bununla birlikte, bu korelasyon her zaman mutlak değildir ve bu sistemde belirli özelliklerin ihmal edildiği belirsizliklere kendini verir.

fonksiyon

Global olarak, allosterik enzimler, proteinler ve enzimler arasındaki biyokimyasal bağlantıları etkileyebilecekleri organik kökenli moleküller olarak adlandırılır..

Bu allosterik enzimlerin etkisi, moleküler çekirdekte bir sızma yoluyla geliştirilir, böylece organizma içindeki sindirim katalizinden sorumludur. Bu sayede özellikle metabolizma tedavisinde gastrointestinal sistemle ilgili çeşitli süreçler genişletilmektedir..

Bu nedenle, allosterik enzimlerin birincil işlevi vücutta sindirimi kolaylaştırmaya özen göstermektir. Bu, gönderildikleri bağlantıların sürecinin, besinlerin asimile edilmesinin yanı sıra, organizmanın yapısındaki atıkların ortadan kaldırılmasına olanak tanıdığı için olur..

Bu nedenle, sindirim sisteminin katalizörü, her modülatörün belirli bir allosterik alana sahip olduğu dengeli bir ortamda sürekli olarak gelişir..

Ek olarak, allosterik enzimler, metabolik açıdan bakıldığında, enzimatik aktivitenin stratum seviyesinde algılanan dalgalanmalarla kontrol edilmesini sağlayanlardır..

Bu substratın konsantrasyonunda yapılan değişiklikler ne kadar küçük olursa, enzimlerin aktivitesinin yapacağı dönüşümler o kadar fazla olur ve bunun tersi de geçerlidir..

Öte yandan, allosterik enzimlerin K değerleri, minimum doz inhibisyon modülatörü ile arttırılabilir..

Performanslarında, allosterik enzimler, hücresel kapasiteler aşıldığında çok daha fazla olmak üzere bazı multienzim sistemlerinde (birçok enzim tipine sahip) olan bir şey olan metabolik sürecin sonunda inhibe edilebilirler..

Bu olduğunda, allosterik enzimler katalitik aktivitenin azalmasını sağlar; Aksi takdirde, substrat enzimatik aktivitenin düzenlenmesi yerine aktive edilmesine neden olur..

Allosterik düzenleme

Enzimatik aktivitenin bir ayarlama işlemi ile düzenlendiği hücresel işlemler olarak bilinir. Bu, pozitif (yani aktivasyon) veya negatif (inhibisyon) olabilen bir geri bildirim üretilmesi sayesinde mümkündür..

Düzenleme, organik bir ölçekte (hücrenin üstünde, hücrenin üstünde), sinyal iletimi ve enzimlerin kovalent modifikasyonu ile farklı şekillerde gerçekleştirilebilir..

Substratın fiksasyonu, inhibitör mevcut olmadığında normal olarak aktif merkezde meydana gelebilir.

Bununla birlikte, eğer allosterik merkez inhibitör tarafından işgal edilirse, bu ilk eleman yapısında değişmektedir ve bu nedenle substrat sabitlenememektedir..

Sigmoid kinetiğinin varlığı, substratta işbirliğine dayalı bir ilişki olduğunu öne sürebilir, ancak istisnalar dışında her zaman kural bu değildir (Aşağıdaki "Alosterizm ve kooperatiflik: eş anlamlı mı?" Bölümüne bakın).

Yapı ve kinetik

Allosterik enzimlerin polipeptitlerinin bazıları katalizörsüzdür. Her durumda, aynı zamanda modülatörün bağlanması ve tanınmasının gerçekleştirildiği stratejik ve çok özel alanlara sahiptir, bu yüzden karmaşık olan bir modülasyon enziminin ortaya çıkmasına neden olabilir..

Bunun nedeni, katalizör aktivitesinin daha büyük veya daha az olması, modülatörün polaritesine bağlı olmasıdır, yani negatif bir kutup mu (engelleme direği) mi yoksa pozitif kutup mu (aktifleştirme direği) olduğuna göre..

Bu biyokimyasal değişimin gerçekleştiği yer, ya da modülatörle enzimatik etkileşim, uygun şekilde allosterik bir bölge olarak bilinir..

Modülatörün kimyasal düzeyde değişiklikler görmeden özellikleri korunur. Bununla birlikte, modülatör ve enzim arasındaki bağlantı tersine çevrilemez değildir; Geri alınabilir. Bu nedenle, allosterik enzimlerin bu işleminin taşınmaz olmadığı söylenebilir..

Allosterik enzimleri vurgulayan özelliklerinden biri, Michaelis-Menten'in prensiplerini karşılayan kinetik yapılara uymamalarıdır..

Başka bir deyişle, şu ana kadar yapılan deneyler, allosterik bir enzim ve modülatörler arasındaki bağlantının (kutupları ne olursa olsun), normal bir forma sahip olmayan ancak sigmoide doygunluğa benzer bir doyma eğrisine sahip olduğunu göstermiştir. Sigma'nın mektubu.

Bu sigmoid formundaki farklılıklar, modülatörlerin (pozitif veya negatif) kullanılıp kullanılmadığına bakılmaksızın çok azdır..

Tüm durumlarda, allosterik enzimlerin reaksiyonlarının hızı, substrat konsantrasyonları negatif modülatörlere kıyasla düşük ve pozitif olanlarla daha yüksek olan bir dizi dramatik değişiklik göstermektedir. Sırayla, enzimlerle bağlantılı hiçbir modülatör olmadığında ara değerlere sahiptirler..

Allosterik enzimlerin kinetik davranışı iki modelle tanımlanabilir: simetrik ve sıralı.

Simetrik model

Bu modelde, gerici ve gevşemiş şekillere göre allosterik bir enzim sunulabilir..

Alt birimler, bir veya diğer ucunda olabilir, çünkü negatif modülatörlerin gergin konformasyona yaklaştığı her iki durum arasında kayma olan bir denge olduğundan, gevşemiş olan substratlara ve aktivatörlere katılır..

Sıralı model

Bu model ile farklı bir paradigmaya sahipsiniz. Burada da iki uyum vardır, ancak her biri bağımsız olarak, ayrı ayrı hareket edebilir.

Bu noktada, enzimlerin biyokimyasal bağlarının afinitesinde, aktivasyon veya inhibisyon olabilen işbirliği seviyelerinde bir artış veya düşüş olabilir..

Yapısal değişiklikler, tanımlanmış bir sıra ile art arda bir alt birimden diğerine geçirilir.

Hem simetrik, hem de sıralı modeller kendi standartlarına göre kendi başlarına çalışırlar. Bununla birlikte, her iki model de ortak bir şekilde çalışabilir, bu nedenle birbirini dışlayan değillerdir..

Bu durumlarda, uyumun, gergin ve gevşetilmiş olan, yani allosterik enzimlerin biyokimyasal etkileşimlerinin kaynaşmış olduğu bir işbirliği sürecine katıldığı gözlemlenen orta durumlar vardır..

Alosterizm ve İşbirliği: Eş anlamlılar?

Alosterizmin kooperativizmle aynı olduğuna inanılıyor, ancak durum böyle değil. Her iki terimin de kafa karışıklığı, görünüşte, işlevlerinden geliyor.

Bununla birlikte, bu benzerliğin alosterizm ve işbirlikçiliğin eşdeğer kelimeler olarak kullanılması için yeterli olmadığı unutulmamalıdır. Her ikisi de yanlış genellemelere ve kategorilere girmeden önce dikkat edilmesi gereken ince nüanslara sahiptir..

Modülatörleri birleştirirken allosterik enzimlerin çeşitli formlar aldığını hatırlamak gerekir. Pozitif modülatörler aktifken negatif modülatörler inhibe eder.

Her iki durumda da, aktif bölgede enzimatik yapıda önemli bir değişiklik meydana gelir ve bu da aynı aktif bölgenin değişikliği olur..

Bunun en pratik örneklerinden biri, negatif modülatörün substrat dışındaki bir enzime bağlandığı rekabetçi olmayan inhibisyonda görülür..

Bununla birlikte, bu enzimin substrat ile olan afinitesi, allosterik enzimlerin negatif modülatörü ile azaltılabilir, böylece substratın yapısının enzimin yapısından farklı olup olmamasına bakılmaksızın rekabetçi bir inhibisyon haline gelebilir.

Aynı şekilde, söz konusu afinitede bir artış olduğu veya bir inhibisyon etkisi yerine ters bir etkinin, yani bir aktivasyon etkisinin meydana geldiği olabilir..

Kooperativizm olgusu, allosterik enzimlerin çoğunda meydana gelir, ancak bu sadece enzimler, substrata bağlanmayı başardıkları birkaç yere sahip olduklarında kataloglanırlar, bu yüzden oligomerik enzimler olarak adlandırılırlar..

Ek olarak, afiniteler, efektörün sahip olduğu konsantrasyon seviyesine göre üretilir ve bunlarda pozitif modülatörler, negatif olanlar ve hatta substrat bu işlem boyunca farklı bir şekilde hareket eder..

Bu etkiyi üretmek için, substrata bağlanma yeteneğine sahip birkaç yer sunmak gereklidir ve sonuç, bilimsel çalışmalarda, daha önce değinilen sigmoid eğrileri olarak grafiksel olarak ortaya çıkar..

Ve dolaşma gerçekleştiği yer burasıdır, çünkü enzimatik analizde bir sigmoid eğrisi varsa, gözlenen allosterik enzimin mutlaka kooperatif olması gerektiği içindir..

Ek olarak, bu karışıklığa katkıda bulunan faktörlerden biri, sistemde var olan işbirliğinin derecesinin allosterik efektörler tarafından işletilmesidir..

Aktivatörler mevcut olduğunda azalma eğiliminde iken, inhibitörlerin varlığı ile seviyesi artabilir..

Bununla birlikte, kinetik, sadece aktivatör konsantrasyonlarının yükseldiği michaeliana olduğunda sigmoid durumunu terk eder.

Bu nedenle, sigmoid eğrilerinin allosterik enzimlerin zıtlıkları olabileceği açıktır. Bu enzimlerin çoğu, bu substrat doygun olduğunda, bu sinyale sahip olmasına rağmen, sadece sigmoid kinetiğinin bir eğriliği grafikte görüldüğü için allosterik bir etkileşim olduğu yanlıştır..

Varsayalım ki tersi de yanılıyor; sigmoid, alosterizmin kesinleşmesine dair açık bir tezahürden önceki olandan gelmiyor.

Eşsiz bir alosterizm: hemoglobin

Hemoglobin, allosterik sistemlerde olanlara klasik bir örnek olarak kabul edilir. Sigmoid tipine karşılık gelen bir substrat kırmızı kan hücrelerinin bu bileşenine sabitlenir.

Bu fiksasyon, aktif merkezde herhangi bir işlem yapılmayan efektörler vasıtasıyla engellenebilir, bu heme grubundan başka değildir. Öte yandan michaelian kinetiği, oksijen fiksasyonuna katılan alt ünitelerde izolasyon halinde sunulur..

referanslar

1. Bu, Z. ve Callaway, D.J. (2011). "Hücre sinyalleşmesinde protein dinamikleri ve uzun menzilli allostery". Protein Kimyası ve Yapısal Biyolojideki Gelişmeler, 83: s. 163-221.
2. Huang, Z; Zhu, L. ve arkadaşları (2011). "ASD: allosterik protein ve modülatörlerin kapsamlı bir veritabanı". Nükleik Asitler Araştırması, 39, s. D663-669.
3. Kamerlin, S.C. ve Warshel, A (2010). “21. yüzyılın şafağında: Dinamik, enzim katalizini anlamak için eksik olan bir bağlantı mı?”. Proteinler: Yapısı, İşlevi ve Biyoinformatik, 78 (6): s. 1339-1375.
4. Koshland, D.E.; Némethy, G. ve Filmer, D. (1966). "Alt birim içeren proteinlerde deneysel bağlanma verilerinin ve teorik modellerin karşılaştırılması". Biochemistry, 5 (1): s. 365-85.
5. Martínez Guerra, Juan José (2014). Allosterik enzimlerin yapısı ve kinetiği. Aguascalientes, Meksika: Aguascalientes Özerk Üniversitesi. Libroelectronico.uaa.mx dosyasından kurtarıldı.
6. Monod, J., Wyman, J. ve Changeux, J.P. (1965). "Allosterik geçişlerin doğası üzerine: makul bir model". Moleküler Biyoloji Dergisi, 12: s. 88-118.
7. Teijón Rivera, José María; Garrido Pertierra, Amando ve diğerleri (2006). Yapısal biyokimyanın temelleri. Madrid: Editör Tébar.
8. Peru Üniversitesi Cayetano Heredia (2017). Düzenleyici enzimler. Lima, Peru: YUKARI. Upch.edu.pe sitesinden alındı..