Allosteric Enzymes Functies, structuur en kinetiek

de allosterische enzymen Het zijn organische chemicaliën die bestaan ​​uit een structuur van vier moleculen, dus er wordt gezegd dat de structuur quaternair is.

Samengevat hebben allosterische enzymen meer dan één polypeptideketen en bevatten eenheden waarin katalyse wordt uitgevoerd. Deze hebben op hun beurt ook de activiteitenplaats, d.w.z. chemische uitwisseling, en om deze reden voeren zij een herkenning van het substraat uit.

Met andere woorden, allosterische enzymen worden gekenmerkt door het hebben van meer dan twee polypeptideketens, waarvan de subeenheden verschillende eigenschappen hebben: één isosterisch, wat de actieve plaats zelf is, en één allostericum, waarbij enzymatische regulatie wordt uitgevoerd.

De laatste heeft geen katalyse-activiteit, maar het kan worden gekoppeld aan een modulatiemolecule die kan werken als een stimulus of een belemmering voor de realisatie van de activiteit van enzymen..

Korte inleiding tot allosterische enzymen

Allosterische enzymen hebben de belangrijke taak om de spijsvertering gemakkelijker te maken. Terwijl ze de kern van moleculen binnendringen, hebben deze enzymen het vermogen om in te grijpen in het metabolisme van het organisme, dus ze hebben het vermogen om het te laten absorberen en uit te scheiden volgens de biochemische behoeften die zich voordoen..

Om dit mogelijk te maken, is het noodzakelijk dat de allosterische enzymen de mechanismen verplaatsen waarmee het regelgevingsproces wordt uitgevoerd.

Deze enzymen zijn ingedeeld in twee aspecten: K en V. In beide wordt meestal gezien dat hun verzadigingskromme niet typisch die van een hyperbool is, maar die van een onregelmatige vorm die het Griekse alfabet sigma nabootst.

Dit betekent natuurlijk dat de structuur en kinetiek helemaal niet gelijk is aan die van michaelische enzymen, laat staan ​​die van niet-allosterische enzymen, omdat het substraat relevante variaties en verschillen in de reactiesnelheid veroorzaakt..

De structuur en kinetiek van allosterische enzymen zijn direct geassocieerd met coöperatieve interacties, met name die niet covalent zijn.

Deze aanname is gebaseerd op de premisse dat de sigmoïde curve, die wordt getrokken wanneer de concentratie van het substraat stijgt, gerelateerd is aan de structurele veranderingen die optreden met enzymen.

Deze correlatie is echter niet altijd absoluut en leent zich voor dubbelzinnigheden waarbij bepaalde eigenaardigheden in dit systeem achterwege blijven.

functie

Globaal worden allosterische enzymen aangeduid als die moleculen van organische oorsprong, waarin ze de biochemische verbanden tussen eiwitten en enzymen kunnen beïnvloeden.

De werking van deze allosterische enzymen wordt ontwikkeld door een infiltratie in de moleculaire kern, zodat het organisme verantwoordelijk is voor de spijsvertering. Dankzij dit zijn verschillende processen met betrekking tot het maagdarmkanaal uitgebreid, vooral in het metabolisme management.

Daarom is de primaire functie van allosterische enzymen het verzorgen van de spijsvertering in het lichaam. Dit gebeurt omdat het proces van koppelingen waaraan ze worden voorgelegd toelaat dat de assimilatie van voedingsstoffen en de eliminatie van afval in de structuur van het organisme de voorkeur genieten..

Daarom ontwikkelt de katalyse van het spijsverteringsstelsel zich continu in een gebalanceerde omgeving waarin elke modulator een specifieke allosterische locatie heeft.

Daarnaast zijn allosterische enzymen, vanuit een metabolisch perspectief, degene die bereiken dat de enzymatische activiteit wordt beheerst door fluctuaties die worden waargenomen op stratumniveau.

Hoe kleiner de veranderingen in de concentratie van dat substraat, des te groter de transformaties die de activiteit van de enzymen zal ondergaan, en vice versa.

Aan de andere kant kunnen de waarden van de allosterische enzymen K worden verhoogd met een minimale dosis remmingsmodulator.

Het kan gebeuren dat de allosterische enzymen aan het einde van het metabolische proces geremd worden, iets dat in sommige multienzyme-systemen voorkomt (ze hebben veel soorten enzymen), veel meer als de cellulaire capaciteiten worden overschreden.

Wanneer dit gebeurt, zorgen de allosterische enzymen ervoor dat de katalytische activiteit afneemt; anders zorgt het substraat ervoor dat de enzymatische activiteit wordt geactiveerd in plaats van deze te reguleren.

De allosterische regeling

Het is bekend als die cellulaire processen waarin de enzymatische activiteit wordt geregeld door een aanpassingsproces. Dit is mogelijk dankzij het feit dat een feedback wordt geproduceerd die positief (dat wil zeggen activering) of negatief (remming) kan zijn.

Regulatie kan op verschillende manieren plaatsvinden, hetzij op een organische schaal (supracellulair, boven de cel), door signaaltransductie en door covalente modificatie van enzymen.

Fixatie van het substraat kan normaal plaatsvinden in het actieve centrum wanneer de remmer niet aanwezig is.

Als dat allosterische centrum echter wordt bezet door de remmer, verandert dit eerste element in de structuur en daarom kan het substraat niet worden gerepareerd.

De aanwezigheid van sigmoïde kinetiek kan suggereren dat er een coöperatieve relatie is in het substraat, maar dit is niet altijd de regel, met uitzonderingen (zie de paragraaf "Alosterisme en cooperativiteit: synoniemen?", Hieronder).

Structuur en kinetiek

Verscheidene van de polypeptiden van de allosterische enzymen missen katalyse. In elk geval hebben ze ook strategische en zeer specifieke sites waarin binding en herkenning van de modulator wordt uitgevoerd, wat de reden is waarom een ​​modulatie-enzym dat complex is, kan resulteren..

Dit is het gevolg van het feit dat de min of meer katalytische activiteit ervan afhangt van de polariteit van de modulator, dat wil zeggen afhankelijk van of het een negatieve pool is (de remmingspool) of een positieve pool (de activeringspool)..

De plaats waar deze biochemische uitwisseling plaatsvindt, of liever de enzymatische interactie met de modulator, staat goed bekend als een allosterische site.

Dit is waar hun eigenschappen worden gehandhaafd zonder dat de modulator op chemisch niveau aan veranderingen onderhevig is. Het verband tussen de modulator en het enzym is echter niet onomkeerbaar, integendeel; Het kan ongedaan worden gemaakt. Daarom kan worden gezegd dat dit proces van allosterische enzymen niet onbeweegbaar is.

Een kenmerk dat de allosterische enzymen benadrukt, is dat ze niet overeenkomen met de kinetische patronen die voldoen aan de principes van Michaelis-Menten..

Met andere woorden, de tot nu toe uitgevoerde experimenten hebben aangetoond dat het verband tussen een allosterisch enzym en de modulatoren (ongeacht hun polariteit) een verzadigingskromme heeft die geen reguliere vorm heeft, maar sigmoïd, met een kromming vergelijkbaar met de Griekse letter van sigma.

De verschillen in deze sigmoïde vorm zijn klein, ongeacht of modulatoren werden gebruikt (positief of negatief) of helemaal niet werden gebruikt.

In alle gevallen vertoont de snelheid van de reacties van de allosterische enzymen een reeks dramatische modificaties waarvan de substraatconcentraties lager zijn in vergelijking met de negatieve modulatoren en hoger met de positieve. Op hun beurt hebben ze tussentijdse waarden als er geen modulators aan de enzymen zijn gekoppeld.

Het kinetisch gedrag van allosterische enzymen kan beschreven worden met twee modellen: symmetrisch en sequentieel.

Symmetrisch model

In dit model kan een allosterisch enzym worden gepresenteerd volgens de conformaties, die gespannen en ontspannen zijn.

De subeenheden kunnen aan de ene of de andere kant staan, omdat er een balans is die verschuift tussen beide toestanden waarin de negatieve modulatoren de strakke conformatie naderen, terwijl de ontspannene de substraten en activators verbindt..

Sequentieel model

Met dit model heb je een ander paradigma. Hier zijn er ook twee conformaties, maar elk kan afzonderlijk, afzonderlijk werken.

Op dit punt kan er een stijging of daling optreden in de affiniteiten van de biochemische schakels van de enzymen, met niveaus van coöperativiteit die kunnen zijn van activering of remming..

Structurele veranderingen worden achtereenvolgens doorgegeven van de ene subeenheid naar de andere, met een gedefinieerde volgorde.

Zowel de symmetrische als de sequentiële modellen werken op zichzelf, volgens hun eigen normen. Beide modellen kunnen echter op een gezamenlijke manier werken, dus sluiten ze elkaar niet uit.

In deze gevallen zijn er tussenliggende toestanden waarin wordt waargenomen hoe de conformaties, dat wil zeggen de gespannen en de ontspannen, deelnemen aan een samenwerkingsproces waarin de biochemische interacties van de allosterische enzymen zijn gefuseerd.

Alosterisme en cooperativiteit: synoniemen?

Men geloofde dat alosterism is hetzelfde als cooperativism, maar dit is niet het geval. De verwarring tussen beide termen komt blijkbaar voort uit hun functies.

Opgemerkt moet echter worden dat deze gelijkenis niet voldoende is om het alosterisme en coöperativisme als gelijkwaardige woorden te gebruiken. Beide hebben subtiele nuances waaraan aandacht moet worden besteed voordat ze in verkeerde generalisaties en categorisaties terechtkomen.

Het is noodzakelijk om te onthouden dat de allosterische enzymen bij het samenvoegen van de modulatoren verschillende vormen aannemen. Positieve modulators worden geactiveerd, terwijl negatieve modulatoren worden geblokkeerd.

In beide gevallen is er een aanzienlijke verandering in de enzymatische structuur in de actieve site, die op zijn beurt de verandering wordt van diezelfde actieve site.

Een van de meest praktische voorbeelden hiervan is te zien in niet-competitieve remming, waarbij de negatieve modulator bindt aan een ander enzym dan het substraat.

De affiniteit van dit enzym in relatie tot het substraat kan echter worden verminderd door die negatieve modulator van allosterische enzymen, zodat het een competitieve remming kan worden ongeacht of de structuur van het substraat anders is dan de structuur van het enzym.

Evenzo kan het gebeuren dat er een toename in genoemde affiniteit is of dat in plaats van een remmend effect een omgekeerd effect optreedt, dat wil zeggen, een activeringseffect.

De coöperatie fenomeen treedt in veel van de allosterische enzymen, maar alleen bereikt als zodanig als enzymen verschillende plaatsen waar bereiken in toetreding tot het substraat, dat genoemd oligomere enzymen.

Bovendien worden de affiniteiten geproduceerd volgens het concentratieniveau dat de effector heeft, en daarin werken de positieve modulatoren, de negatieve en zelfs het substraat zelf op een gevarieerde manier gedurende dit proces..

Om dit effect is het noodzakelijk dat verschillende plaatsen kan binden het substraat aanwezig is, en het resultaat wordt grafisch weergegeven in wetenschappelijke studies als sigmoïde krommen, waarnaar reeds is gedaan.

En dat is waar de verstrikking optreedt, omdat het de neiging vertoont om te associëren dat als er een sigmavormige curve is in de enzymatische analyse het is omdat het waargenomen allosterische enzym noodzakelijkerwijs coöperatief moet zijn.

Bovendien is een van de factoren die bijdragen aan deze verstrengeling, dat de mate van coöperativiteit die in het systeem bestaat, wordt gebruikt door allostere effectoren..

Het niveau kan toenemen met de aanwezigheid van remmers, terwijl het neigt te dalen wanneer activators aanwezig zijn.

De kinetiek verlaat echter alleen zijn sigmoïde toestand wanneer het michaeliana wordt waarin de concentraties van de activator verhoogd zijn.

Daarom is het duidelijk dat de sigmoïde krommen antoniemen van allosterische enzymen kunnen zijn. Hoewel de meeste van deze enzymen, wanneer dit substraat verzadigd is, dit signaal hebben, is het onjuist dat er alleen een allosterische interactie is omdat een kromming van de sigmoïde kinetiek in de grafiek wordt gezien..

Te veronderstellen dat het omgekeerde ook misleidend is; het sigmoïd impliceert niet van iemand die vóór een uitdrukkelijke manifestatie staat tot ondubbelzinnig van het alosterisme.

Een uniek alosterisme: hemoglobine

Hemoglobine wordt beschouwd als een klassiek voorbeeld van wat er gebeurt met allosterische systemen. Een substraat dat overeenkomt met het sigmoïde type wordt gefixeerd in deze component van de rode bloedcellen.

Deze fixatie kan worden geremd door effectoren waarin er geen actie is op het actieve centrum, dat niets anders is dan de heemgroep. De michaeliaanse kinetica wordt daarentegen geïsoleerd aangeboden in de subeenheden die deelnemen aan zuurstofbinding.

referenties

1. Bu, Z. en Callaway, D.J. (2011). "Eiwitdynamica en langetermijn-allosterie bij celsignalering". Vooruitgang in Proteïne Chemistry and Structural Biology, 83: pp. 163-221.
2. Huang, Z; Zhu, L. et al (2011). "ASD: een uitgebreide database van allosterische eiwitten en modulatoren". Nucleic Acids Research, 39, pp. D663-669.
3. Kamerlin, S.C. en Warshel, A (2010). "Aan het begin van de 21e eeuw: is dynamiek de ontbrekende schakel voor het begrijpen van enzymkatalyse?". Eiwitten: structuur, functie en bio-informatica, 78 (6): pp. 1339-1375.
4. Koshland, D.E .; Némethy, G. en Filmer, D. (1966). "Vergelijking van experimentele bindingsgegevens en theoretische modellen in eiwitten die subeenheden bevatten". Biochemistry, 5 (1): pp. 365-85.
5. Martínez Guerra, Juan José (2014). Structuur en kinetiek van allosterische enzymen. Aguascalientes, Mexico: Autonome universiteit van Aguascalientes. Hersteld van libroelectronico.uaa.mx.
6. Monod, J., Wyman, J. en Changeux, J.P. (1965). "Over de aard van allosterische overgangen: een plausibel model". Journal of Molecular Biology, 12: pp. 88-118.
7. Teijón Rivera, José María; Garrido Pertierra, Amando et al (2006). Fundamenten van structurele biochemie. Madrid: Editorial Tébar.
8. Peruviaanse universiteit Cayetano Heredia (2017). Regulerende enzymen. Lima, Peru: UPCH. Teruggeplaatst van upch.edu.pe.