Karakteristiske enzymeregenskaper, handlingsmekanismer, eksempler

EN Alosterisk enzym (Fra det greske: Allo, forskjellige + stereoanlegg, tre -dimensjonalt rom) er et protein der indirekte interaksjoner produseres mellom topografisk forskjellige steder, ved forening av underlag og regulatoriske molekyler (ligander).

Foreningen av en ligand til et bestemt sted påvirkes av foreningen av en annen effektorligand (eller modulerende ligand) til et annet annet (alosterisk) sted for enzymet. Dette er kjent som alestheriske interaksjoner, eller samarbeidsinteraksjoner.

Eksempel på et enzym. Kilde: Thomas Shafee [CC By-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/4.0)]

Når effektorliganden øker affiniteten til forening av en annen ligand til enzymet, er kooperativet positivt. Når affiniteten reduserer samarbeidsvillige er negativt. Hvis to like ligander deltar i samarbeidsinteraksjonen, er effekten homotropisk, og hvis de to ligandene er forskjellige, er effekten heterotropisk.

Kooperativ interaksjon gir reversible endringer i molekylstrukturen til enzymet, på nivå med tertiær- og kvartærstrukturen. Disse endringene er kjent som konformasjonsendringer.

[TOC]

Historie

Konseptet med alestrisk interaksjon dukket opp for mer enn 50 år siden. Det har utviklet seg over tid, nemlig:

-I 1903 ble den sigmoidale kurven for oksygenhemoglobin observert.

-I 1910, den sigmoidale kurven for forening av o₂ Hemoglobin ble matematisk beskrevet av Hills ligning.

-I 1954 viste Novick og Szilard at et enzym lokalisert i begynnelsen av en metabolsk vei ble hemmet av sluttproduktet av denne ruten, som er kjent som negativ tilbakemelding.

-I 1956 oppdaget Umbarger at L-Treonine hjertesorg, det første enzymet av biosyntesen av L-isoleucin, ble hemmet av L-isoleucin, og at det ikke viste en typisk kinetikk av Michaelis -mente med en hyperbolsk kurve, men som hadde en sigmoidal kurve.

-I 1963, Perutz et al., De oppdaget med X -Rays konformasjonsendringer i strukturen til hemoglobin når de bindes til oksygen. Monod og Jacob omdøpte reguleringssidene som "Alestheric Sites".

-I 1965 foreslår Monod, Wyman og Changeux den symmetriske modellen, eller MWC -modellen (innledende bokstaver fra Monod, Wyman og Changeux) for å forklare de alestheriske interaksjonene.

-I 1966 foreslår Koshland, Nemethy og Filmer den sekvensielle eller induserte koblingsmodellen, eller KNF -modellen, for å forklare de alestheriske interaksjonene.

-I 1988 demonstrerte røntgenstrukturen til Transcarbamilasa Aspartate den symmetriske modellen postulert av Monod, Wyman og Changeux.

-På 1990 -tallet ble mutasjoner, kovalente modifikasjoner og pH -endringer betraktet som alosteriske effektorer.

-I 1996, røntgenstrukturen Lac demonstrerte overganger til teosterisk.

Handlingsmekanismer og eksempler

-Kjennetegn på MWC- og KNF -modellene for den alosteriske reguleringen

MWC -modell

Den opprinnelige MWC -modellhypotesen foreslo følgende (Monod, Wyman, Changeux, 1965)

Kan tjene deg: Flora og Fauna of Entre Ríos: Representative arter

Alosteriske proteiner er oligomerer sammensatt av symmetrisk relaterte protomerer. Protomerer består av underenheter eller polypeptidkjeder.

Oligomerer har minst to konformasjonstilstander (R og T). Begge stater (av den kvartære strukturen) etablerer spontant en balanse, med eller uten å koble sammen.

Når overgangen fra en tilstand til en annen skjer, blir symmetri bevart, og affiniteten til et sted (eller flere) spesifiserte sted mot en ligand endres.

På denne måten fortsetter Ligandos Cooperative Union fra samarbeidsaksjonen mellom underenheter.

KNF -modell

KNF -modellhypotesen foreslo følgende (Koshland, Nemethy, Filmer, 1966): The Binding Union produserer en endring i tertiærstrukturen i en underenhet. Denne konformasjonsendringen påvirker nabolandet underenheter.

Proteinligandbindingsaffinitet avhenger av antall ligander som holder sammen. Derfor har teosteriske proteiner flere konformasjonstilstander som inkluderer mellomtilstander.

I løpet av de siste fem tiårene har MWC- og KNF -modeller blitt evaluert ved biokjemiske og strukturelle studier. Det ble vist at mange alestheriske proteiner, inkludert enzymer, er i samsvar med det som er foreslått i MWC -modellen, selv om det er unntak.

MWC -modellen og de alestheriske enzymer (eller regulatoriske enzymer)

Alosteriske enzymer er ofte større og mer komplekse enn ikke -alestheriske enzymer. Transcarbamilase Aspartate (Aspcarbamilasa eller ATCASA) og fosfofrasjona-1 (PFK-1) er klassiske eksempler på alestheriske enzymer som oppfyller MWC-modellen.

Atcasa av OG. coli

ATCASA katalyserer den første reaksjonen av pyrimidin -nukleotidbiosyntesen (CTP og UTP) og bruker ASP som et underlag. Strukturen til ATCASA består av katalytiske og regulatoriske underenheter. Atcasa har to konformasjonsstater r og t. Symmetrien mellom disse to tilstandene er bevart.

Kinetikken til ATCASA (den første hastigheten til ATCAs. Dette indikerer at ATCASA har samarbeidsatferd.

ATCASA blir hemmet av CTP -tilbakemelding. Sigmoidkurven til ATCASA, i nærvær av CTP, er til høyre for sigmoidkurven til ATCA. En økning i verdien av Michaelis-sinn konstant (K_m).

Det vil si i nærvær av CTP, ATCAV_Maks), Sammenlignet med ATCASA i fravær av CTP.

Det kan tjene deg: Granulopoyesis: Kjennetegn, hematologi, faser og faktorer

Avslutningsvis er CTP en heterotropisk negativ effektor fordi affiniteten til ATCASA ved aspartat reduseres. Denne oppførselen er kjent som negativ kooperativitet.

PFK-1

PFK-1 katalyserer den tredje reaksjonen fra glykolyseveien. Denne reaksjonen består av overføringen av en fosfatgruppe fra ATP til 6-fosfat fruktose. Strukturen til PFK-1 er en tetrameter, som viser to konformasjonsstater R og T. Symmetrien mellom disse to tilstandene er bevart.

Kinetikken til PFK-1 (den opprinnelige hastigheten med forskjellige konsentrasjoner av 6-fosfat fruktose) viser en sigmoidkurve. PFK-1stá underlagt en kompleks togkvalitet av ATP, AMP og Frutosa-2,6-bifosfat, nemlig:

Sigmoidkurven til PFK-1, i nærvær av en høy konsentrasjon av ATP, er til høyre for sigmoidkurven ved lav ATP-konsentrasjon (figur 4). En økning i verdien av Michaelis-sinn konstant (K_m).

I nærvær av en høy ATP-konsentrasjon krever PFK-1 en større 6-fosfat fruktosekonsentrasjon for å nå halvparten av maksimal hastighet (V_Maks).

Avslutningsvis er ATP, i tillegg til å være et underlag, et negativt heterotropisk alostroéric.

Sigmoidkurven til PFK-1, i nærvær av AMP, er lokalisert til venstre for sigmoidkurven til PFK-1 i nærvær av ATP. Det vil si at forsterkeren eliminerer ATP -hemmereffekten.

I nærvær av AMP krever PFK-1 en lavere 6-fosfat fruktosekonsentrasjon for å nå halvparten av maksimal hastighet (V_Maks). Dette manifesteres i det faktum at det er en reduksjon i verdien av Michaelis -intee -konstanten (K_m).

Avslutningsvis er forsterkeren en positiv heterotropisk høytestroist fordi affiniteten til PFK-1-unionen øker med 6-fosfat fruktose. Frutosa-2,6-bifosfat (F2.6bp) er en kraftig tollaktivator av PFK-1 (figur 5), og dens oppførsel er lik den for AMP.

MWC -modellen er vanlig, men ikke universell

Av de totale proteinstrukturene som er avsatt i PDB (proteindatabank), er halvparten oligomerer og den andre halvparten er monomerer. Det er vist at kooperativitet ikke trenger flere ligander, eller flere underenheter montering. Dette er tilfellet med glycoquinase og andre enzymer.

Glucoquinase er monomer, har en polypeptidkjede og viser en sigmoidal kinetisk som respons på økningen i blodsukkerkonsentrasjon (Porter og Miller, 2012; Kamata et al., 2004).

Kan tjene deg: Parasittisme: konsept, typer og eksempler

Det er forskjellige modeller som forklarer kooperativ kinetikk i monomere enzymer, nemlig: mnemonisk modell, langsom indusert langsom indusert overgangsmodell, randomisert tilsetning av underlag i biomolekylære reaksjoner, typer sakte konformasjonsendringer, blant andre.

Strukturstudier av glycoquinase har støttet den mnemoniske modellen

Normal menneskelig glykokinase har en K_m 8 mm for glukose. Denne verdien er nær blodsukkerkonsentrasjon.

Det er pasienter som lider av hyperinsulinemia Pessista of Childhood (akronym på engelsk, Phhi). Glykokinasen til disse pasientene har en K_m For glukose med en lavere verdi enn normale glykokinaer, og kooperativ er viktig.

Følgelig har disse pasientene en variant av glykokinase som er hyperaktiv, som i alvorlige tilfeller kan være dødelig.

Alosterisme -applikasjoner

Alostería og katalyse er intimt sammenkoblet. På grunn av dette kan de alestheriske effektene påvirke egenskapene til katalysen som binding av liganden, ligandfrigjøring.

Alosteriske fagforeningssteder kan være mål for nye medisiner. Dette skyldes det faktum at alkalffektoren kan påvirke enzymets funksjon. Identifiseringen av alosteriske steder er det første trinnet for oppdagelsen av medisiner som forbedrer funksjonen til enzymer.

Referanser

1. Changeux, J.P. 2012. Allostery og Monod-Wyman-Changeux-modellen etter 50 år. Årlig gjennomgang av biofysikk og biomolekylær struktur, 41: 103-133.
2. Changeux, J.P. 2013. 50 år med allosteriske interaksjoner: vendinger av modellene. Molekylær cellebiologi, In Nature Reviews, 14: 1-11.
3. Goodey, n.M. og Benkovic, S.J. 2008. Allosterisk regulering og katalyse dukker opp via felles rute. Nature Chemical Biology, 4: 274-482.
4. Kamata, k., Mitsuya, m., Nishimura, t., Eiki, Jun-Hichi, Nagata og. 2004. Strukturelt grunnlag for allosterisk regulering av den monomere allosteriske enzymet human glukokinase. Struktur, 12: 429-438.
5. Koshland, d.OG. JR., Nemethy, g., Filmer, d. 1966. Sammenligning av eksperimentelle bindingsdata og teoretiske modeller i proteiner. Biokjemi, 5: 365-385.
6. Monod, J., Wyman, J., Changeux, J.P. 1965. Om arten av allosteriske overganger: til plausibel modell. Journal of Molecular Biology, 12: 88-118.
7. Nelson, d.L. og Cox, m.M., 2008. Lehninger-prinsipper for biokjemi. W.H. Freeman og Company, New York.
8. Porter, c.M. og Miller, B.G. 2012. Kooperativitet i monomere enzymer med enkeltligandbindende steder. Bioorganisk kjemi, 43: 44-50.
9. Voet, d. og Voet, J. 2004. Biokjemi. John Wiley og sønner, USA.