Karakteristieke enzymenkenmerken, actiemechanismen, voorbeelden

A Alosterisch enzym (Uit het Grieks: allo, verschillende + stereos, drie -dimensionale ruimte) is een eiwit waarin indirecte interacties worden geproduceerd tussen topografisch verschillende plaatsen, door de unie van substraten en regulerende moleculen (liganden).

De vereniging van een ligand naar een specifieke site wordt beïnvloed door de unie van een ander effectorligand (of modulerend ligand) naar een andere andere (alosterische) site van het enzym. Dit staat bekend als alestherische interacties of coöperatieve interacties.

Voorbeeld van een enzym. Bron: Thomas Shafee [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)]

Wanneer het effectorligand de affiniteit van de unie van een ander ligand met het enzym verhoogt, is Cooperative positief. Wanneer affiniteit afneemt, is de coöperatie negatief. Als twee gelijke liganden deelnemen aan de coöperatieve interactie, is het effect homotropisch en als de twee liganden verschillen, is het effect heterotrope.

Coöperatieve interactie produceert omkeerbare veranderingen in de moleculaire structuur van het enzym, op het niveau van de tertiaire en quaternaire structuur. Deze veranderingen staan ​​bekend als conformationele veranderingen.

[TOC]

Geschiedenis

Het concept van alestrische interactie ontstond meer dan 50 jaar geleden. Het is in de loop van de tijd geëvolueerd, namelijk:

-In 1903 werd de sigmoïdale curve van zuurstof hemoglobine waargenomen.

-In 1910, de sigmoïdale curve van Union of O₂ Hemoglobine werd wiskundig beschreven door Hill's vergelijking.

-In 1954 toonden Novick en Szilard aan dat een enzym aan het begin van een metabolisch pad werd geremd door het eindproduct van deze route, die bekend staat als negatieve feedback.

-In 1956 ontdekte Umbarger dat L-Treonine Heartbreak, het eerste enzym van de biosynthese van L-isoleucine, werd geremd door L-isoleucine en dat het geen typische kinetiek van Michaelis-mentale vertoonde met een hyperbolische kromming, maar dat had dat had Een sigmoïdale curve.

-In 1963, Perutz et al., Ze ontdekten door x -reeks conformationele veranderingen in de structuur van hemoglobine bij binding aan zuurstof. Monod en Jacob hernoemden de regelgevende sites als "alesthere sites".

-In 1965 stellen Monod, Wyman en Changeux het symmetrische model voor, of MWC -model (initiële letters van Monod, Wyman en Changeux) om de alesthere interacties te verklaren.

-In 1966 stellen Koshland, Nemethy en Filmer het sequentiële of geïnduceerde koppelingsmodel of KNF -model voor om de alesthere interacties te verklaren.

-In 1988 demonstreerde de X -Ray -structuur van het transcarbamilasa -aspartaat het symmetrische model gepostuleerd door Monod, Wyman en Changux.

-In de jaren negentig werden mutaties, covalente modificaties en pH -veranderingen beschouwd als alosterische effectoren.

-In 1996, de X -Ray -structuur Lik Aantoonbare overgangen naar theosterisch.

Actiemechanismen en voorbeelden

-Kenmerken van de MWC- en KNF -modellen van de allosterische regulering

MWC -model

De oorspronkelijke MWC -modelhypothese stelde het volgende voor (Monod, Wyman, Changeux, 1965)

Kan u dienen: Flora en Fauna of Entre Ríos: Representative Soorten

Alosterische eiwitten zijn oligomeren gevormd door symmetrisch gerelateerde protomeren. Protomeren bestaan ​​uit subeenheden of polypeptideketens.

Oligomeren hebben ten minste twee conformatiestaten (R en T). Beide staten (van de Quaternaire structuur) stellen spontaan een evenwicht vast, met of zonder samen te koppelen.

Wanneer de overgang van de ene toestand naar de andere plaatsvindt, wordt symmetrie bewaard en wordt de affiniteit van een site (of meerdere) gespecificeerde site naar een ligand gewijzigd.

Op deze manier gaat de Ligandos Cooperative Union voort van de coöperatieve interactie tussen subeenheden.

KNF -model

De KNF -modelhypothese stelde het volgende voor (Koshland, Nemethy, Filmer, 1966): de bindende unie produceert een verandering in de tertiaire structuur in een subeenheid. Deze verandering van conformatie beïnvloedt aangrenzende subeenheden.

Eiwitligand bindende affiniteit hangt af van het aantal liganden dat bij elkaar blijft. Daarom hebben theosterische eiwitten meerdere conformationele toestanden die tussenliggende toestanden omvatten.

Gedurende de laatste vijf decennia zijn MWC- en KNF -modellen geëvalueerd door biochemische en structurele studies. Er werd aangetoond dat tal van alestherische eiwitten, waaronder enzymen, voldoen aan wat wordt voorgesteld in het MWC -model, hoewel er uitzonderingen zijn.

Het MWC -model en de alestherische enzymen (of regulerende enzymen)

Alosterische enzymen zijn vaak groter en complexer dan niet -alestherische enzymen. Transcarbamilase aspartaat (Aspcarbamilasa of Atcasa) en fosfofructurea-1 (PFK-1) zijn klassieke voorbeelden van alesthere enzymen die het MWC-model ontmoeten.

Atcasa van EN. coli

De atcasa katalyseert de eerste reactie van de pyrimidine -nucleotide -biosynthese (CTP en UTP) en gebruikt ASP als een substraat. De structuur van de ATCASA bestaat uit katalytische en regulerende subeenheden. Atcasa heeft twee conformationele toestanden R en T. De symmetrie tussen deze twee staten is bewaard gebleven.

De kinetiek van Atcasa (de initiële snelheid van ATCA's. Dit geeft aan dat Atcasa coöperatief gedrag heeft.

ATCASA wordt geremd door CTP -feedback. De sigmoïde curve van Atcasa, in aanwezigheid van CTP, is rechts van de sigmoïde curve van ATCA. Een toename van de waarde van de Michaelis-Mindly Constant (K_M)).

Dat is, in aanwezigheid van CTP, ATCAV_Maximaal), Vergeleken met Atcasa in afwezigheid van CTP.

Het kan u van dienst zijn: Granulopoyese: kenmerken, hematologie, fasen en factoren

Concluderend is de CTP een heterotrope negatieve effector omdat de affiniteit van ATCASA door aspartaat afneemt. Dit gedrag staat bekend als negatieve coöperativiteit.

PFK-1

De PFK-1 katalyseert de derde reactie van het glycolysepad. Deze reactie bestaat uit de overdracht van een fosfaatgroep van de ATP naar de 6-fosfaatfructose. De structuur van de PFK-1 is een tetrameter, die twee conformationele toestanden vertoont R en T. De symmetrie tussen deze twee staten is bewaard gebleven.

De kinetiek van de PFK-1 (de initiële snelheid met verschillende concentraties van 6-fosfaatfructose) vertoont een sigmoïde curve. De PFK-1stá is onderworpen aan een complexe alostrische regulatie door ATP, AMP en Frutosa-2,6-biphosfaat, namelijk:

De sigmoïde curve van de PFK-1, in aanwezigheid van een hoge concentratie ATP, bevindt zich rechts van de sigmoïde curve bij lage ATP-concentratie (Figuur 4). Een toename van de waarde van de Michaelis-Mindly Constant (K_M)).

In aanwezigheid van een hoge ATP-concentratie vereist PFK-1 een grotere 6-fosfaatfructose-concentratie om de helft van de maximale snelheid te bereiken (V_Maximaal)).

Concluderend is de ATP, naast een substraat, een negatieve heterotrope alostroéric.

De sigmoïde curve van de PFK-1, in aanwezigheid van AMP, bevindt zich links van de sigmoïde curve van de PFK-1 in aanwezigheid van ATP. Dat wil zeggen, de AMP elimineert het ATP -remmereffect.

In aanwezigheid van AMP vereist PFK-1 een lagere 6-fosfaatfructose-concentratie om de helft van de maximale snelheid te bereiken (V_Maximaal)). Dit manifesteert zich in het feit dat er een afname is van de waarde van de Michaelis -Mente -constante (K_M)).

Concluderend is de AMP een positieve heterotrope alostroarist omdat de affiniteit van de PFK-1-unie toeneemt met de 6-fosfaatfructose. Frutosa-2,6-biphosfaat (F2.6bp) is een krachtige alostrische activator van de PFK-1 (figuur 5), en het gedrag is vergelijkbaar met dat van de AMP.

Het MWC -model is gebruikelijk, maar niet universeel

Van de totale eiwitstructuren die zijn afgezet in PDB (eiwitgegevensbank), zijn de helft oligomeren en de andere helft zijn monomeren. Er is aangetoond dat coöperativiteit niet meerdere liganden of meerdere subeenheden nodig heeft. Dit is het geval van glycoquinase en andere enzymen.

Glucoquinase is monomeer, heeft een polypeptideketen en vertoont een sigmoïdale kinetiek in reactie op de toename van de bloedglucoseconcentratie (Porter en Miller, 2012; Kamata et al., 2004).

Kan u van dienst zijn: parasitisme: concept, typen en voorbeelden

Er zijn verschillende modellen die coöperatieve kinetiek verklaren in monomere enzymen, namelijk: mnemonisch model, langzaam geïnduceerd langzaam geïnduceerd overgangsmodel, gerandomiseerde toevoeging van substraten in biomoleculaire reacties, soorten langzame conformationele veranderingen, onder andere.

Structuurstudies van Glycoquinase hebben het mnemonische model ondersteund

Normaal menselijk glycocinase heeft een K_M 8 mm voor glucose. Deze waarde ligt dicht bij de bloedglucoseconcentratie.

Er zijn patiënten die lijden aan hyperinsulinemie Pessista uit de kindertijd (acroniem in het Engels, phhi). De glycokinase van deze patiënten heeft een K_M Voor glucose met een lagere waarde dan normale glycocinas, en coöperatie is belangrijk.

Bijgevolg hebben deze patiënten een variant van glycokinase die hyperactief is, die in ernstige gevallen dodelijk kan zijn.

Alosterism -toepassingen

Alostería en katalyse zijn nauw verbonden. Daarom kunnen de alesthere effecten de kenmerken van de katalyse beïnvloeden, zoals de binding van het ligand, ligandafgifte.

Alosterische vakbondslocaties kunnen het doelwit zijn van nieuwe drugs. Dit komt door het feit dat de alkale effector de functie van het enzym kan beïnvloeden. De identificatie van allosterische locaties is de eerste stap voor de ontdekking van medicijnen die de functie van enzymen verbeteren.

Referenties

1. Changeux, J.P. 2012. Allostery en het Monod-Wyman-Changeux-model na 50 jaar. Jaaroverzicht van biofysica en biomoleculaire structuur, 41: 103-133.
2. Changeux, J.P. 2013. 50 jaar allosterische interacties: de wendingen van de modellen. Moleculaire celbiologie, in natuurrecensies, 14: 1-11.
3. Goodey, n.M. en Benkovic, s.J. 2008. Allosterische regulatie en katalyse komt naar voren via een gemeenschappelijke route. Nature Chemical Biology, 4: 274-482.
4. Kamata, k., Mitsuya, m., Nishimura, t., Eiki, Jun-Hichi, Nagata, en. 2004. Structurele basis voor allosterische regulatie van het monomere allosterische enzym humaan glucokinase. Structuur, 12: 429-438.
5. Koshland, D.EN. Jr., Nemethy, g., Filmer, D. 1966. Vergelijking van experimentele bindingsgegevens en theoretische modellen in eiwitten contouns. Biochemistry, 5: 365-385.
6. Monod, J., Wyman, J., Changeux, J.P. 1965. Over de aard van allosterische overgangen: tot plausibel model. Journal of Molecular Biology, 12: 88-118.
7. Nelson, D.L. en cox, m.M., 2008. Lehninger-Principles of Biochemistry. W.H. Freeman and Company, New York.
8. Porter, c.M. en Miller, B.G. 2012. Coöperativiteit in monomere enzymen met enkele ligand-bindende locaties. Bioorganic Chemistry, 43: 44-50.
9. VOET, D. en Voet, j. 2004. Biochemie. John Wiley and Sons, VS.