Поділитися:
Функції, структура і кінетика аллостеричних ферментів
The аллостеричні ферменти Вони являють собою органічні хімічні речовини, які складаються з структури з чотирьох молекул, тому кажуть, що її структура є четвертинною.
Загалом, аллостеричні ферменти мають більш ніж один поліпептидний ланцюг і містять одиниці, в яких здійснюється каталіз. Ці, у свою чергу, також мають ділянку активності, тобто хімічний обмін, і з цієї причини вони виконують розпізнавання субстрату.
Іншими словами, аллостеричні ферменти характеризуються наявністю більш ніж двох поліпептидних ланцюжків, чиї субодиниці мають різні властивості: один изостерический, який є активним самим сайтом, і один аллостеричний, де проводиться ферментативна регуляція..
Останній не має каталітичної активності, але може бути пов'язаний з молекулою модуляції, яка може виступати в якості стимулу або перешкоди для реалізації активності ферментів..
Короткий вступ до аллостеричних ферментів
Аллостеричні ферменти мають важливе завдання полегшити травлення. Оскільки вони проникають в ядро молекул, ці ферменти здатні втручатися в метаболізм організму, тому вони здатні зробити його поглинаючим і виділяючим відповідно до біохімічних потреб, що виникають..
Щоб це було можливо, необхідно, щоб аллостеричні ферменти переміщували механізми, з якими здійснюється регуляторний процес.
Ці ферменти класифікуються в двох аспектах: K і V. В обох випадках зазвичай спостерігається, що їх крива насичення не є типовою кривою гіперболи, а неправильної форми, що імітує сигму грецького алфавіту..
Це, звичайно, означає, що його структура і кінетика зовсім не дорівнюють структурі і рівню михайлівських ферментів, набагато менше, ніж неаллостеричних ферментів, оскільки її субстрат викликає відповідні зміни і відмінності в швидкості реакції..
Структура і кінетика аллостеричних ферментів безпосередньо пов'язана з кооперативними взаємодіями, особливо з тими, які не є ковалентними.
Це припущення ґрунтується на припущенні, що сигмоподібна крива, що витягується при підвищенні концентрації субстрату, пов'язана зі структурними змінами, що відбуваються з ферментами.
Однак, це співвідношення не завжди є абсолютним і піддається неоднозначності, в яких в цій системі пропускаються певні особливості..
Функція
У глобальному масштабі аллостеричні ферменти називаються тими молекулами органічного походження, в яких вони можуть впливати на біохімічні зв'язки між білками та ферментами..
Дія цих аллостеричних ферментів розвивається шляхом інфільтрації в молекулярне ядро, так що всередині організму відповідає за травний каталіз. Завдяки цьому розширюються різні процеси, пов'язані зі шлунково-кишковим трактом, особливо в процесі обміну речовин.
Тому основна функція аллостеричних ферментів полягає в тому, щоб піклуватися про полегшення травлення в організмі. Це відбувається тому, що процес зв'язків, на які вони подаються, дозволяє асиміляцію поживних речовин, а також усунення відходів у структурі організму, що має сприяти..
Тому каталіз травної системи постійно розвивається в збалансованій середовищі, в якій кожен модулятор має специфічний аллостеричний сайт.
Крім того, аллостеричні ферменти, з точки зору метаболізму, ті, які досягають того, що ферментативна активність контролюється через флуктуації, які сприймаються на рівні страти.
Чим менше зміни в концентрації цього субстрату, тим більше перетворень, які зазнають активність ферментів, і навпаки.
З іншого боку, значення аллостеричних ферментів K можна збільшити за допомогою мінімальної дози модулятора інгібування.
Може статися так, що при їх виконанні аллостеричні ферменти пригнічуються в кінці метаболічного процесу, що відбувається в деяких мультиферментних системах (у них багато типів ферментів), що набагато більше, якщо перевищуються клітинні потужності.
Коли це відбувається, аллостеричні ферменти забезпечують зниження каталітичної активності; інакше субстрат викликає активацію ферментативної активності замість її регулювання.
Аллостерична регуляція
Він відомий як ті клітинні процеси, в яких ферментативна активність регулюється процесом регулювання. Це можливо завдяки тому, що виробляється зворотній зв'язок, який може бути позитивним (тобто активацією) або негативним (гальмування).
Регулювання може відбуватися різними способами, або в органічному масштабі (надклітинні, вище клітини), шляхом трансдукції сигналу і ковалентної модифікації ферментів..
Фіксація субстрату може зазвичай відбуватися в активному центрі, коли інгібітор не присутній.
Однак, якщо цей аллостеричний центр зайнятий інгібітором, то цей перший елемент змінює свою структуру і тому субстрат не може бути зафіксований.
Наявність сигмовидної кінетики може свідчити про те, що в субстраті існує кооперативний зв'язок, але це не завжди правило, за винятком (див. Розділ "Алостеризм і кооперативность: синоніми?", Нижче).
Структура і кінетика
Деякі з поліпептидів аллостеричних ферментів не мають каталізу. У будь-якому випадку, вони також мають стратегічні і дуже специфічні сайти, в яких здійснюється зв'язування і розпізнавання модулятора, і тому в результаті цього може виникнути комплексний модуляційний фермент..
Це пов'язано з тим, що більша або менша активність каталізу залежить від полярності модулятора, тобто від того, чи є він негативним полюсом (полюсом інгібування) або позитивним полюсом (полюсом активації)..
Місце, де відбувається цей біохімічний обмін, а точніше, ферментативне взаємодія з модулятором, належним чином відоме як аллостеричний сайт.
Саме тут зберігаються їхні властивості без зміни модулятора на хімічному рівні. Однак зв'язок між модулятором і ферментом не є незворотною, зовсім навпаки; Її можна скасувати. Отже, можна сказати, що цей процес аллостеричних ферментів не є нерухомим.
Однією з особливостей, що підкреслює аллостеричні ферменти, є те, що вони не відповідають кінетичним моделям, які відповідають принципам Міхаеліса-Ментена..
Іншими словами, експерименти, проведені до цих пір, показали, що зв'язок між аллостеричним ферментом і модуляторами (незалежно від їх полярності) має криву насичення, яка не має регулярної форми, а сигмоподібну, причому кривизна схожа на Грецька буква сигма.
Відмінностей у цій сигмовидної формі небагато, незалежно від того, використовувалися модулятори (позитивні або негативні) або взагалі не використовувалися.
У всіх випадках швидкість реакцій аллостеричних ферментів демонструє низку драматичних модифікацій, концентрації субстратів яких є нижчими порівняно з негативними модуляторами і вище з позитивними. У свою чергу, вони мають проміжні значення, коли немає модуляторів, пов'язаних з ферментами.
Кінетичну поведінку аллостеричних ферментів можна описати двома моделями: симетричними і послідовними.
Симетрична модель
У цій моделі аллостеричний фермент може бути представлений відповідно до конформацій, які є напруженим і розслабленим.
Субодиниці можуть бути в одному або іншому кінці, оскільки існує баланс, який зміщується між обома станами, в яких негативні модулятори наближаються до тугої конформації, тоді як розслаблений приєднується до субстратів і активаторів.
Послідовна модель
За допомогою цієї моделі у вас є інша парадигма. Тут є також дві конформації, але кожен може діяти самостійно, окремо.
На цьому етапі може спостерігатися зростання або падіння спорідненості біохімічних зв'язків ферментів з рівнями кооперативності, які можуть бути активації або гальмування..
Структурні зміни передаються послідовно від однієї субодиниці до іншої з певним порядком.
Як симетричні, так і послідовні моделі працюють самостійно, відповідно до власних стандартів. Однак обидві моделі можуть працювати спільно, отже, вони не є взаємовиключними.
У цих випадках існують проміжні стани, в яких спостерігається, як конформації, тобто напружені і розслаблені, беруть участь у процесі співпраці, в якому злиті біохімічні взаємодії аллостеричних ферментів..
Алостеризм і кооперативність: синоніми?
Вважається, що алостеризм є таким же, як кооператизм, але це не так. Плутанина обох термінів, мабуть, виходить з їхніх функцій.
Проте слід зазначити, що такої подібності недостатньо для використання алостеризму та кооперативності як еквівалентних слів. Обидва вони мають витончені нюанси, на які необхідно звернути увагу, перш ніж потрапити в неправильні узагальнення та категоризації.
Необхідно пам'ятати, що аллостеричні ферменти при приєднанні модуляторів мають різні форми. Позитивні модулятори активують, а негативні модулятори гальмують.
В обох випадках спостерігається істотна зміна ферментативної структури в активному місці, що в свою чергу стає зміною того самого активного сайту.
Один з найбільш практичних прикладів цього спостерігається в неконкурентному інгібуванні, в якому негативний модулятор зв'язується з ферментом, відмінним від субстрату..
Однак спорідненість цього ферменту по відношенню до субстрату може бути зменшена за рахунок цього негативного модулятора аллостерических ферментів, тому він може стати конкурентним інгібуванням незалежно від того, чи структура субстрату відрізняється від структури ферменту..
Подібним чином, може статися, що є збільшення зазначеної афінності або що замість ефекту інгібування відбувається зворотний ефект, тобто ефект активації.
Явище кооператизму зустрічається у багатьох аллостеричних ферментах, але це тільки каталогізується як таке, коли ферменти мають кілька місць, де їм вдається зв'язатися з субстратом, тому їх називають олігомерними ферментами..
Крім того, афінності виробляють відповідно до рівня концентрації, який має ефектор, і в них позитивні модулятори, негативні і навіть сам субстрат діють різноманітним чином протягом усього процесу..
Для досягнення цього ефекту необхідно представити декілька ділянок, здатних зв'язуватися з субстратом, і результат відображається графічно в наукових дослідженнях як сигмовидні криві, про які вже йшлося.
І саме там відбувається заплутаність, оскільки вона має тенденцію бути пов'язаною з тим, що, якщо в ферментативному аналізі є сигмоїдна крива, то тому, що спостерігається аллостеричний фермент, обов'язково має бути кооперативним..
Крім того, одним з факторів, що сприяють цьому заплутуванню, є те, що ступінь кооперативності, що існує в системі, управляється аллостеричними ефекторами..
Її рівень може збільшуватися при наявності інгібіторів, тоді як він має тенденцію до зменшення при наявності активаторів.
Однак кінетика залишає лише свій сигмоїдний стан, коли вона стає михайловою, в якій концентрації активатора підвищені.
Тому зрозуміло, що сигмовидні криві можуть бути антонімами аллостеричних ферментів. Хоча більшість цих ферментів, коли цей субстрат є насиченим, має цей сигнал, помилково, що існує аллостерична взаємодія тільки тому, що кривизна кінетики сигмоїди видно на графіку..
Вважати, що інверсія також є помилковою; сигмоїда не випливає з того, що перед виразним проявом до однозначного алостеризму.
Унікальний алостеризм: гемоглобін
Гемоглобін вважається класичним прикладом того, що відбувається з аллостерическими системами. Підкладка, що відповідає сигмовидному типу, фіксується в цьому компоненті еритроцитів.
Цю фіксацію можна пригнічувати за допомогою ефекторів, в яких немає активності на активному центрі, що є не чим іншим, як групою гема. Михайлівська кінетика, з іншого боку, представлена в ізоляції в субодиницях, які беруть участь у фіксації кисню.
Список літератури
- Bu, Z. і Callaway, D.J. (2011). "Динаміка білка і далекоосновна аллостерія в сигналізації клітин". Досягнення в хімії білків і структурної біології, 83: с. 163-221.
- Хуан, Z; Zhu, L. et al (2011). "ASD: комплексна база даних аллостеричних білків і модуляторів". Nucleic Acids Research, 39, с. D663-669.
- Kamerlin, S.C. і Warshel, A (2010). "На зорі XXI століття: чи є динаміка відсутнім ланкою для розуміння ферментного каталізу?". Білки: структура, функція і біоінформатика, 78 (6): с. 1339-75.
- Koshland, D.E .; Némethy, G. і Filmer, D. (1966). "Порівняння експериментальних даних зв'язування та теоретичних моделей у білках, що містять субодиниці". Біохімія, 5 (1): с. 365-85.
- Мартінес Гуерра, Хуан Хосе (2014). Структура і кінетика аллостеричних ферментів. Агуаскальєнтес, Мексика: Автономний університет Агуаскальєнтес. Відновлено з libroelectronico.uaa.mx.
- Monod, J., Wyman, J. і Changeux, J.P. (1965). "Про природу аллостеричних переходів: правдоподібна модель". Журнал молекулярної біології, 12: с. 88-118.
- Тейхон Рівера, Хосе Марія; Garrido Pertierra, Amando et al (2006). Основи структурної біохімії. Мадрид: редакційний Тебар.
- Перуанський університет Cayetano Heredia (2017). Регуляторні ферменти. Ліма, Перу: UPCH. Отримано з upch.edu.pe.