Značilne značilnosti encimov, mehanizmi akcije, primeri

A Alosterični encim (Iz grščine: alo, različni + stereos, tridimenzionalni prostor) je protein, pri katerem se med topografsko različnimi mesti nastajajo posredne interakcije, s pomočjo substratov in regulativnih molekul (ligandi).

Na združitev liganda na določeno mesto vpliva zveza drugega efektorskega liganda (ali modulacijskega liganda) na drugo drugačno (alosterično) mesto encima. To je znano kot alesterične interakcije ali sodelovalne interakcije.

Primer encima. Vir: Thomas Shafee [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0)]

Ko efektorski ligand poveča afiniteto združevanja drugega liganda na encim, je zadruga pozitivna. Ko se afiniteta zmanjša, je zadruga negativna. Če v sodelovalni interakciji sodelujeta dva enaka liganda, je učinek homotropni in če sta oba liganda različna, je učinek heterotropni.

Kooperativna interakcija povzroča reverzibilne spremembe v molekularni strukturi encima na ravni terciarne in kvartarne strukture. Te spremembe so znane kot konformacijske spremembe.

[TOC]

Zgodovina

Koncept alestrične interakcije se je pojavil pred več kot 50 leti. Sčasoma se je razvijalo, in sicer:

-Leta 1903 so opazili sigmoidno krivuljo kisikovega hemoglobina.

-Leta 1910 je sigmoidna krivulja zveze O₂ Hemoglobin je matematično opisal Hillova enačba.

-Leta 1954 sta Novick in Szilard pokazala, da je encim, ki se nahaja na začetku presnovne poti, zaviral končni produkt te poti, ki je znan kot negativna povratna informacija.

-Leta 1956 je Umbarger odkril, da je L-treoninski srčni utrip, prvi encim biosinteze L-izolevcina, zaviral L-Izolevcin in da ni pokazal značilne kinetike Michaelis-mE Sigmoidna krivulja.

-Leta 1963 so Perutz in sod., Odkrili so s konformacijskimi spremembami strukture hemoglobina, ko se vežejo na kisik. Monod in Jacob sta regulativna mesta preimenovala kot "alesterična mesta".

-Leta 1965 Monod, Wyman in ChangeUX predlagajo simetrični model ali MWC model (začetne črke Monod, Wyman in ChangeUx), da bi razložili alesterične interakcije.

-Leta 1966 Koshland, Nemethy in Filmer predlagajo zaporedni ali inducirani model sklopke ali model KNF, da bi razložili alesterične interakcije.

-Leta 1988 je X -ray struktura transcarbamilasa aspartate pokazala simetrični model, ki so jih postavili Monod, Wyman in ChangeUx.

-V devetdesetih letih prejšnjega stoletja so mutacije, kovalentne spremembe in spremembe pH obravnavali kot alosterične efektorje.

-Leta 1996 je struktura x -ray Lac dokazani prehodi na Teosteric.

Akcijski mehanizmi in primeri

-Značilnosti modelov Alosterične regulacije MWC in KNF

MWC model

Prvotna hipoteza modela MWC je predlagala naslednje (Monod, Wyman, ChangeUX, 1965)

Vam lahko služi: flora in favna iz Entre Ríos: reprezentativne vrste

Alosterični proteini so oligomeri, ki jih sestavljajo simetrično povezani protomeri. Protomeri so sestavljeni iz podenot ali polipeptidnih verig.

Oligomeri imajo vsaj dve stanji konformacije (R in T). Obe državi (kvartarne strukture) spontano vzpostavljata ravnovesje, s povezavo ali brez povezave.

Ko pride do prehoda iz enega stanja v drugo.

Na ta način se zadružna zveza Ligandos nadaljuje iz sodelovalne interakcije med podenotami.

KNF model

Hipoteza modela KNF je predlagala naslednje (Koshland, Nemethy, Filmter, 1966): Zavezan sindikat ustvari spremembo terciarne strukture v podenoti. Ta sprememba konformacije vpliva na sosednje podenote.

Afiniteta vezave beljakovinskih ligandov je odvisna od števila ligandov, ki ohranjajo skupaj. Zato imajo teosterični proteini več konformacijskih stanj, ki vključujejo vmesna stanja.

V zadnjih petih desetletjih so modele MWC in KNF ocenili z biokemičnimi in strukturnimi študijami. Pokazalo se je, da številni alesterični proteini, vključno z encimi, upoštevajo tisto, kar je predlagano v modelu MWC, čeprav obstajajo izjeme.

MWC model in alesterični encimi (ali regulativni encimi)

Alosterični encimi so pogosto večji in bolj zapleteni kot ne -alesterični encimi. TransCarbamilaza aspartat (Aspcarbamilasa ali ATCASA) in fosfofrukcije-1 (PFK-1) sta klasični primeri alesteričnih encimov, ki ustrezajo modelu MWC.

Atcasa of In. coli

ATCASA katalizira prvo reakcijo biosinteze pirimidin nukleotida (CTP in UTP) in uporablja ASP kot substrat. Struktura ATCASA je sestavljena iz katalitičnih in regulativnih podenot. Atcasa ima dve konformacijski državi r in t. Ohranjena je simetrija med tema dvema državama.

Kinetika ATCASA (začetna hitrost ATCAS. To kaže, da ima Atcasa vedenje sodelovanja.

ATCASA zavira povratne informacije CTP. Sigmoidna krivulja Atcasa v prisotnosti CTP je desno od sigmoidne krivulje ATCA. Povečanje vrednosti michaelis-neminsko konstante (K_m).

To je v prisotnosti CTP, ATCAV_Max) V primerjavi z ATCASA v odsotnosti CTP.

Lahko vam služi: granulopojeza: značilnosti, hematologija, faze in dejavniki

Za zaključek je CTP heterotropni negativni efektor, ker se afiniteta ATCASA s aspartatom zmanjša. To vedenje je znano kot negativna kooperativnost.

PFK-1

PFK-1 katalizira tretjo reakcijo poti glikolize. Ta reakcija je sestavljena iz prenosa fosfatne skupine iz ATP na 6-fosfatno fruktozo. Struktura PFK-1 je tetrameter, ki ima dve konformacijski stanji R in T. Ohranjena je simetrija med tema dvema državama.

Kinetika PFK-1 (začetna hitrost z različnimi koncentracijami 6-fosfatne fruktoze) ima sigmoidno krivuljo. PFK-1STá je podvržen kompleksni alostrični predpisi ATP, AMP in frutosa-2,6-Bifosfat, in sicer:

Sigmoidna krivulja PFK-1 v prisotnosti visoke koncentracije ATP je desno od sigmoidne krivulje pri nizki koncentraciji ATP (slika 4). Povečanje vrednosti michaelis-neminsko konstante (K_m).

V prisotnosti visoke koncentracije ATP PFK-1 zahteva večjo koncentracijo 6-fosfatne fruktoze, da doseže polovico največje hitrosti (V_Max).

Za zaključek je ATP poleg substrata negativna heterotropna alostroéric.

Sigmoidna krivulja PFK-1 v prisotnosti AMP se nahaja levo od sigmoidne krivulje PFK-1 v prisotnosti ATP. To pomeni, da ojačevalnik odpravi učinek zaviralca ATP.

V prisotnosti AMP-a za PFK-1 zahteva nižjo koncentracijo 6-fosfatne fruktoze, da doseže polovico največje hitrosti (V_Max). To se kaže v dejstvu, da se zmanjša vrednost konstante Michaelis -mEnde (K_m).

Za zaključek je AMP pozitiven heterotropni alostroarist, ker se afiniteta zveze PFK-1 poveča s 6-fosfatno fruktozo. Frutosa-2,6-bifosfat (F2.6BP) je močan alostrični aktivator PFK-1 (slika 5), ​​njegovo vedenje pa je podobno kot pri AMP.

Model MWC je pogost, vendar ne univerzalen

Od skupnih beljakovinskih struktur, deponiranih v PDB (Banka beljakovinskih podatkov), je polovica oligomerov, druga polovica. Pokazalo se je, da kooperativnost ne potrebuje več ligandov ali več podenot. To je primer glikokinaze in drugih encimov.

Glukokinaza je monomerna, ima polipeptidno verigo in ima sigmoidno kinetiko kot odgovor na povečanje koncentracije glukoze v krvi (Porter in Miller, 2012; Kamata in sod., 2004).

Vam lahko služi: parazitizem: koncept, vrste in primeri

Obstajajo različni modeli, ki pojasnjujejo kooperativno kinetiko v monomernih encimih, in sicer: mnemonični model, počasi induciran počasi induciran model prehoda, randomizirano dodajanje substratov v biomolekularnih reakcijah, vrste počasnih konformacijskih sprememb, med drugim.

Strukturne študije glikokinaze so podprle mnemonični model

Običajna človeška glikocinaza ima K_m 8 mm za glukozo. Ta vrednost je blizu koncentracije glukoze v krvi.

Obstajajo bolniki, ki trpijo za hiperinzulinemijo pesista otroštva (kratica v angleščini, phhi). Glikokinaza teh bolnikov ima a K_m Za glukozo z nižjo vrednostjo kot običajne glikocine in zadruga je pomembna.

Posledično imajo ti bolniki različico glikokinaze, ki je hiperaktivna, kar je v hudih primerih lahko smrtonosno.

Aplikacije za alosterizem

Alostería in kataliza sta tesno povezani. Zaradi tega lahko alesterični učinki vplivajo na značilnosti katalize, kot je vezava liganda, sproščanje ligand.

Alosterična sindikalna mesta so lahko tarča novih zdravil. To je posledica dejstva, da lahko alkalni efektor vpliva na funkcijo encima. Identifikacija alosteričnih mest je prvi korak za odkrivanje zdravil, ki izboljšujejo delovanje encimov.

Reference

1. Changeux, J.Str. 2012. Alostery in model Monod-Wyman-Changeux po 50 letih. Letni pregled biofizike in biomolekularne strukture, 41: 103-133.
2. Changeux, J.Str. 2013. 50 let alosteričnih interakcij: zasuki modelov. Molekularna celična biologija, v pregledih narave, 14: 1-11.
3. Goodey, n.M. in Benković, s.J. 2008. Alosterična regulacija in kataliza se pojavlja po skupni poti. Nature Chemical Biology, 4: 274–482.
4. Kamata, k., Mitsuya, m., Nishimura, t., Eiki, Jun-Hichi, Nagata in. 2004. Strukturna podlaga za alosterično regulacijo monomernega alosteričnega encima Human glukokinaza. Struktura, 12: 429-438.
5. Koshland, d.In. Jr., Nemethy, g., Filma, d. 1966. Primerjava eksperimentalnih vezavnih podatkov in teoretičnih modelov v beljakovinah. Biokemija, 5: 365–385.
6. Monod, j., Wyman, J., Changeux, J.Str. 1965. O naravi alosteričnih prehodov: do verodostojnega modela. Časopis za molekularno biologijo, 12: 88-118.
7. Nelson, d.L. in Cox, m.M., 2008. Lehning-principles biokemije. W.H. Freeman in družba, New York.
8. Porter, c.M. in Miller, b.G. 2012. Kooperativnost v monomernih encimih z enojnimi mesti, ki vežejo ligand. Bioorganska kemija, 43: 44-50.
9. Voet, d. in voet, j. 2004. Biokemija. John Wiley in sinovi, ZDA.