Ciri -ciri Enzim Ciri, Mekanisme Tindakan, Contoh

A Enzim alosterik (Dari bahasa Yunani: Allo, berbeza + stereos, ruang tiga dimensi) adalah protein di mana interaksi tidak langsung dihasilkan di antara laman web yang berbeza, oleh kesatuan substrat dan molekul pengawalseliaan (ligan).

Kesatuan ligan ke tapak tertentu dipengaruhi oleh kesatuan ligan effector lain (atau modulasi ligan) ke tapak lain yang berbeza (alosterik). Ini dikenali sebagai interaksi alestherical, atau interaksi koperasi.

Contoh enzim. Sumber: Thomas Shafee [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/4.0)]

Apabila ligan effector meningkatkan pertalian kesatuan ligan lain ke enzim, koperasi adalah positif. Apabila pertalian menurunkan koperasi adalah negatif. Jika dua ligan yang sama mengambil bahagian dalam interaksi koperasi, kesannya adalah homotropik, dan jika kedua -dua ligan berbeza, kesannya adalah heterotropik.

Interaksi koperasi menghasilkan perubahan yang boleh diterbalikkan dalam struktur molekul enzim, pada tahap struktur tertiari dan kuartal. Perubahan ini dikenali sebagai perubahan konformasi.

[TOC]

Sejarah

Konsep interaksi alestric muncul lebih dari 50 tahun yang lalu. Ia telah berkembang dari masa ke masa, iaitu:

-Pada tahun 1903, lengkung sigmoid hemoglobin oksigen diperhatikan.

-Pada tahun 1910, lengkung sigmoidal Kesatuan O₂ Hemoglobin secara matematik digambarkan oleh persamaan Hill.

-Pada tahun 1954, Novick dan Szilard menunjukkan bahawa enzim yang terletak pada permulaan laluan metabolik dihalang oleh produk akhir laluan ini, yang dikenali sebagai maklum balas negatif.

-Pada tahun 1956, Umbarger mendapati bahawa L-Treonine Heartbreak, enzim pertama biosintesis L-isoleucine, dihalang oleh L-isoleucine, dan ia tidak mempamerkan kinetik tipikal Michaelis -mente dengan lengkung hiperbola, tetapi itu telah lengkung sigmoidal.

-Pada tahun 1963, Perutz et al., Mereka ditemui oleh x -Rays perubahan konformasi kepada struktur hemoglobin ketika mengikat oksigen. Monod dan Jacob menamakan semula tapak pengawalseliaan sebagai "tapak alestheric".

-Pada tahun 1965, Monod, Wyman dan Changeux mencadangkan model simetri, atau model MWC (huruf awal Monod, Wyman dan Changeux) untuk menerangkan interaksi alestheric.

-Pada tahun 1966, Koshland, Nemethy dan Filmer mencadangkan model gandingan berurutan atau terinduksi, atau model KNF, untuk menerangkan interaksi alestheric.

-Pada tahun 1988, struktur x -ray transcarbamilasa aspartate menunjukkan model simetri yang diulas oleh Monod, Wyman dan Changeux.

-Pada tahun 1990 -an, mutasi, pengubahsuaian kovalen dan perubahan pH dianggap sebagai effectors alosterik.

-Pada tahun 1996, struktur x -ray Lac Menunjukkan peralihan kepada Teostic.

Mekanisme tindakan dan contoh

-Ciri -ciri model MWC dan KNF peraturan alosterik

Model MWC

Hipotesis Model MWC yang asal mencadangkan yang berikut (Monod, Wyman, Changeux, 1965)

Boleh melayani anda: Flora dan Fauna Entre Ríos: Spesies Wakil

Protein alosterik adalah oligomer yang dibentuk oleh protomeres yang berkaitan dengan simetri. Protomeres terdiri daripada subunit atau rantai polipeptida.

Oligomer mempunyai sekurang -kurangnya dua negeri penyesuaian (R dan T). Kedua -dua negeri (struktur kuartal) secara spontan menubuhkan keseimbangan, dengan atau tanpa menghubungkan bersama.

Apabila peralihan dari satu negeri ke negara lain berlaku, simetri dipelihara, dan pertalian tapak (atau beberapa) tapak yang ditentukan ke arah ligan diubah.

Dengan cara ini, Kesatuan Koperasi Ligandos terus dari interaksi koperasi antara subunit.

Model KNF

Hipotesis model KNF mencadangkan perkara berikut (Koshland, Nemethy, Filmer, 1966): Kesatuan yang mengikat menghasilkan perubahan dalam struktur tertiari dalam subunit. Perubahan penyesuaian ini mempengaruhi subunit jiran.

Affinity mengikat ligan protein bergantung kepada bilangan ligan yang disimpan bersama. Oleh itu, protein teosterik mempunyai pelbagai keadaan konformasi yang merangkumi keadaan pertengahan.

Sepanjang lima dekad yang lalu, model MWC dan KNF telah dinilai oleh kajian biokimia dan struktur. Telah ditunjukkan bahawa banyak protein alestheric, termasuk enzim, mematuhi apa yang dicadangkan dalam model MWC, walaupun terdapat pengecualian.

Model MWC dan enzim alestherikal (atau enzim pengawalseliaan)

Enzim alosterik sering lebih besar dan lebih kompleks daripada enzim bukan alestheric. Transcarbamilase aspartate (aspcarbamilasa atau atcasa) dan phosphofructiona-1 (pfk-1) adalah contoh klasik enzim alestheric yang memenuhi model MWC.

Atcasa of Dan. coli

Atcasa memangkinkan tindak balas pertama biosintesis nukleotida pyrimidine (CTP dan UTP) dan menggunakan ASP sebagai substrat. Struktur ATCASA terdiri daripada subunit pemangkin dan pengawalseliaan. Atcasa mempunyai dua keadaan konformasi R dan T. Simetri antara kedua -dua negeri ini dipelihara.

Kinetik Atcasa (kelajuan awal ATCA. Ini menunjukkan bahawa Atcasa mempunyai tingkah laku koperasi.

ATCASA dihalang oleh maklum balas CTP. Keluk sigmoid Atcasa, di hadapan CTP, berada di sebelah kanan lengkung sigmoid ATCA. Peningkatan nilai pemalar Michaelis-mindly (K_m).

Iaitu, dengan kehadiran CTP, ATCAV_Maks), Berbanding dengan ATCASA tanpa adanya CTP.

Ia boleh melayani anda: Granulopoyesis: Ciri -ciri, Hematologi, Fasa dan Faktor

Kesimpulannya, CTP adalah effector negatif heterotropik kerana pertalian ATCASA oleh aspartat berkurangan. Tingkah laku ini dikenali sebagai koperasi negatif.

PFK-1

PFK-1 memangkinkan tindak balas ketiga laluan glikolisis. Reaksi ini terdiri daripada pemindahan kumpulan fosfat dari ATP ke fruktosa 6-fosfat. Struktur pfk-1 adalah tetrameter, yang mempamerkan dua keadaan konformasi r dan t. Simetri antara kedua -dua negeri ini dipelihara.

Kinetik PFK-1 (kelajuan awal dengan kepekatan fruktosa 6-fosfat yang berbeza) mempamerkan lengkung sigmoid. Pfk-1stá tertakluk kepada peraturan alostrik yang kompleks oleh ATP, AMP dan frutosa-2,6-biphosphate, iaitu:

Keluk sigmoid PFK-1, dengan kehadiran kepekatan ATP yang tinggi, berada di sebelah kanan lengkung sigmoid pada kepekatan ATP yang rendah (Rajah 4). Peningkatan nilai pemalar Michaelis-mindly (K_m).

Dengan kehadiran kepekatan ATP yang tinggi, PFK-1 memerlukan kepekatan fruktosa 6-fosfat yang lebih besar untuk mencapai separuh kelajuan maksimum (V_Maks).

Kesimpulannya, ATP, sebagai tambahan kepada substrat, adalah alostroéric negatif.

Keluk sigmoid PFK-1, di hadapan AMP, terletak di sebelah kiri lengkung sigmoid PFK-1 dengan kehadiran ATP. Iaitu, amp menghapuskan kesan inhibitor ATP.

Dengan kehadiran AMP, PFK-1 memerlukan kepekatan fruktosa 6-fosfat yang lebih rendah untuk mencapai separuh daripada kelajuan maksimum (V_Maks). Ini ditunjukkan dalam fakta bahawa terdapat penurunan nilai misteri Michaelis -mente (K_m).

Kesimpulannya, amp adalah alostroarist heterotropik positif kerana pertalian kesatuan PFK-1 meningkat oleh fruktosa 6-fosfat. Frutosa-2,6-biphosphate (F2.6bp) adalah pengaktif alostrik yang kuat dari PFK-1 (Rajah 5), dan kelakuannya sama dengan amp.

Model MWC adalah perkara biasa, tetapi tidak sejagat

Daripada jumlah struktur protein yang disimpan di PDB (Protein Data Bank), separuh adalah oligomer dan separuh lagi adalah monomer. Telah ditunjukkan bahawa koperasi tidak memerlukan banyak ligan, atau pelbagai subunit pemasangan. Ini adalah kes enzim glycoquinase dan lain -lain.

Glucoquinase adalah monomerik, mempunyai rantai polipeptida, dan mempamerkan kinetik sigmoidal sebagai tindak balas kepada peningkatan kepekatan glukosa darah (Porter dan Miller, 2012; Kamata et al., 2004).

Boleh melayani anda: Parasitisme: konsep, jenis dan contoh

Terdapat model yang berbeza yang menjelaskan kinetik koperasi dalam enzim monomerik, ia.

Kajian Struktur Glycoquinase telah menyokong model mnemonik

Glikosinase manusia biasa mempunyai a K_m 8 mm untuk glukosa. Nilai ini dekat dengan kepekatan glukosa darah.

Terdapat pesakit yang menderita hyperinsulinemia pessista zaman kanak -kanak (akronim dalam bahasa Inggeris, phhi). Glikokinase pesakit ini mempunyai K_m Untuk glukosa dengan nilai yang lebih rendah daripada glikosinas biasa, dan koperasi adalah penting.

Oleh itu, pesakit ini mempunyai variasi glikokinase yang hiperaktif, yang dalam kes -kes yang teruk boleh menjadi maut.

Aplikasi Alosterisme

Alostería dan pemangkinan dikaitkan dengan intim. Oleh kerana itu, kesan alestheric dapat mempengaruhi ciri -ciri pemangkinan seperti pengikatan ligan, pelepasan ligan.

Laman Kesatuan Alosterik boleh menjadi sasaran ubat baru. Ini disebabkan oleh fakta bahawa effector alkal dapat mempengaruhi fungsi enzim. Pengenalpastian tapak alosterik adalah langkah pertama untuk penemuan ubat -ubatan yang meningkatkan fungsi enzim.

Rujukan

1. Changeux, J.P. 2012. Model Allostery dan Monod-Wyman-Changeux selepas 50 tahun. Kajian Tahunan Biofizik dan Struktur Biomolekul, 41: 103-133.
2. Changeux, J.P. 2013. 50 tahun interaksi allosteric: kelainan dan giliran model. Biologi Sel Molekul, Kajian Semula Jadi, 14: 1-11.
3. Goodey, n.M. dan Benkovic, s.J. 2008. Peraturan dan pemangkinan allosteric muncul melalui laluan biasa. Biologi Kimia Alam, 4: 274-482.
4. Kamata, k., Mitsuya, m., Nishimura, t., Eiki, Jun-Hichi, Nagata, dan. 2004. Asas Struktur untuk Peraturan Allosteric enzim Allosteric Monomerik Glucokinase Manusia. Struktur, 12: 429-438.
5. Koshland, d.Dan. Jr., Nemethy, g., Filmer, d. 1966. Perbandingan data mengikat eksperimen dan model teoritis dalam contoun protein. Biokimia, 5: 365-385.
6. Monod, j., Wyman, J., Changeux, J.P. 1965. Mengenai sifat peralihan allosteric: ke model yang munasabah. Jurnal Biologi Molekul, 12: 88-118.
7. Nelson, d.L. dan Cox, m.M., 2008. Lehninger-Prinsip Biokimia. W.H. Freeman dan Syarikat, New York.
8. Porter, c.M. dan Miller, b.G. 2012. Koperasi dalam enzim monomerik dengan tapak ligan yang mengikat tunggal. Kimia Bioorganik, 43: 44-50.
9. Voet, d. dan voet, j. 2004. Biokimia. John Wiley and Sons, USA.