Karakteristiska enzymer egenskaper, handlingsmekanismer, exempel

En Alosterisk enzym (Från det grekiska: Allo, olika + stereon, tre -dimensionellt utrymme) är ett protein där indirekta interaktioner produceras mellan topografiskt olika platser, av föreningen av substrat och regleringsmolekyler (ligander).

Föreningen mellan en ligand till en specifik plats påverkas av föreningen av en annan effektorligand (eller modulerar ligand) till en annan annan (alosterisk) plats för enzymet. Detta kallas alestheriska interaktioner eller kooperativa interaktioner.

Exempel på ett enzym. Källa: Thomas Shafee [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/4.0)]

När effektorens ligand ökar affiniteten för föreningen av en annan ligand till enzymet, är kooperativet positivt. När affinitet minskar är kooperativet negativt. Om två lika ligander deltar i kooperativ interaktion är effekten homotrop, och om de två liganderna är olika är effekten heterotropisk.

Kooperativ interaktion ger reversibla förändringar i molekylstrukturen i enzymet, på nivån för tertiär och kvartärstruktur. Dessa förändringar kallas konformationella förändringar.

[TOC]

Historia

Begreppet alestrisk interaktion uppstod för mer än 50 år sedan. Det har utvecklats över tid, nämligen:

-1903 observerades den sigmoidala kurvan för syrehemoglobin.

-1910, den sigmoidala kurvan för Union of O₂ Hemoglobin beskrevs matematiskt av Hill's ekvation.

-1954 visade Novick och Szilard att ett enzym beläget i början av en metabolisk väg inhiberades av slutprodukten på denna rutt, som kallas negativ återkoppling.

-1956 upptäckte Umbarger att L-Treonine Heartbreak, det första enzymet av biosyntesen av L-isoleucin, hämmades av L-isoleucin, och att det inte uppvisade en typisk kinetik av michaelis-mente med en hyperbolisk kurva, men som hade hade det hade hade en sigmoidal kurva.

-1963, Perutz et al., De upptäckte med x -strålar konformationella förändringar i strukturen för hemoglobin vid bindning till syre. Monod och Jacob döpte om regleringsplatserna som "Alestheric Sites".

-1965 föreslår Monod, Wyman och Changeux den symmetriska modellen eller MWC -modellen (initiala bokstäver i Monod, Wyman och Changeux) för att förklara de alestheriska interaktionerna.

-1966 föreslår Koshland, Nemethy och Filmer den sekventiella eller inducerade kopplingsmodellen, eller KNF -modellen för att förklara de alestheriska interaktionerna.

-1988 demonstrerade X -Ray -strukturen i Transcarbamilasa -aspartaten den symmetriska modellen som postulerats av Monod, Wyman och Changeux.

-Under 1990 -talet betraktades mutationer, kovalenta modifieringar och pH -förändringar som alosteriska effektorer.

-1996, X -RAY -strukturen Lak demonstrerade övergångar till teosteric.

Handlingsmekanismer och exempel

-Egenskaper för MWC- och KNF -modellerna för den alosteriska regleringen

MWC

Den ursprungliga MWC -modellhypotesen föreslog följande (Monod, Wyman, Changeux, 1965)

Kan tjäna dig: Flora och Fauna från Entre Ríos: Representativa arter

Alosteriska proteiner är oligomerer som består av symmetriskt relaterade protomerer. Protomerer består av underenheter eller polypeptidkedjor.

Oligomerer har minst två tillstånd av konformation (R och T). Båda staterna (av den kvartära strukturen) skapar spontant en balans, med eller utan att koppla ihop tillsammans.

När övergången från ett tillstånd till en annan inträffar bevaras symmetri och affiniteten på en plats (eller flera) specificerad plats mot en ligand ändras.

På detta sätt fortsätter Ligandos Cooperative Union från samarbetsinteraktionen mellan underenheter.

KNF -modell

KNF -modellhypotesen föreslog följande (Koshland, Nemethy, Filmer, 1966): Den bindande unionen ger en förändring i den tertiära strukturen i en underenhet. Denna förändring av konformationen påverkar angränsande underenheter.

Proteinligandbindande affinitet beror på antalet ligander som håller ihop. Därför har teosteriska proteiner flera konformationella tillstånd som inkluderar mellanstillstånd.

Under de senaste fem decennierna har MWC- och KNF -modeller utvärderats genom biokemiska och strukturella studier. Det visades att många alestheriska proteiner, inklusive enzymer, följer vad som föreslås i MWC -modellen, även om det finns undantag.

MWC -modellen och de alestheriska enzymerna (eller reglerande enzymer)

Alosteriska enzymer är ofta större och mer komplexa än icke -alestheriska enzymer. Transcarbamilasaspartat (aspcarbamilasa eller Atcasa) och fosfofructiona-1 (PFK-1) är klassiska exempel på alestheriska enzymer som uppfyller MWC-modellen.

Atcasa av OCH. coli

ATCASA katalyserar den första reaktionen av pyrimidinnukleotidbiosyntesen (CTP och UTP) och använd ASP som ett substrat. Strukturen för Atcasa består av katalytiska och reglerande underenheter. Atcasa har två konformationella tillstånd r och t. Symmetrin mellan dessa två tillstånd bevaras.

Kinetiken i ATCASA (ATCA: s initiala hastighet. Detta indikerar att Atcasa har kooperativt beteende.

Atcasa hämmas av CTP -feedback. Sigmoid -kurvan för ATCASA, i närvaro av CTP, är till höger om Sigmoid -kurvan för ATCA. En ökning av värdet på Michaelis-Mindly Constant (K_m).

Det vill säga i närvaro av CTP, ATCAV_Max), Jämfört med ATCASA i frånvaro av CTP.

Det kan tjäna dig: granulopoyesis: egenskaper, hematologi, faser och faktorer

Sammanfattningsvis är CTP en heterotropisk negativ effektor eftersom affiniteten hos Atcasa med aspartat minskar. Detta beteende kallas negativ kooperativitet.

Pfk-1

PFK-1 katalyserar den tredje reaktionen i glykolysvägen. Denna reaktion består av överföring av en fosfatgrupp från ATP till 6-fosfatfruktosen. Strukturen för PFK-1 är en tetrameter, som uppvisar två konformationella tillstånd R och T. Symmetrin mellan dessa två tillstånd bevaras.

Kinetiken för PFK-1 (den initiala hastigheten med olika koncentrationer av 6-fosfat fruktos) uppvisar en sigmoidkurva. PFK-1stá föremål för en komplex alostrisk reglering av ATP, AMP och frutosa-2,6-bifosfat, nämligen:

Sigmoidkurvan för PFK-1, i närvaro av en hög koncentration av ATP, är till höger om sigmoidkurvan vid låg ATP-koncentration (figur 4). En ökning av värdet på Michaelis-Mindly Constant (K_m).

I närvaro av en hög ATP-koncentration kräver PFK-1 en större 6-fosfat fruktoskoncentration för att nå hälften av den maximala hastigheten (V_Max).

Sammanfattningsvis är ATP, förutom att vara ett underlag, en negativ heterotropisk alostroéric.

Sigmoid-kurvan för PFK-1, i närvaro av AMP, är belägen till vänster om Sigmoid-kurvan för PFK-1 i närvaro av ATP. Det vill säga AMP eliminerar ATP -hämmareffekten.

I närvaro av AMP kräver PFK-1 en lägre 6-fosfat fruktoskoncentration för att nå hälften av den maximala hastigheten (V_Max). Detta manifesteras i det faktum att det finns en minskning av värdet på Michaelis -Mente -konstanten (K_m).

Sammanfattningsvis är AMP en positiv heterotropisk alostroarist eftersom affiniteten för PFK-1-unionen ökar med 6-fosfat fruktos. Frutosa-2,6-bifosfat (F2.6BP) är en kraftfull alostrisk aktivator av PFK-1 (figur 5), och dess beteende liknar AMP.

MWC -modellen är vanlig, men inte universell

Av de totala proteinstrukturerna deponerade i PDB (protein databank) är hälften oligomerer och den andra hälften är monomerer. Det har visats att kooperativitet inte behöver flera ligander eller flera underenheter montering. Detta är fallet med glycoquinase och andra enzymer.

Glukokinas är monomer, har en polypeptidkedja och uppvisar en sigmoidal kinetik som svar på ökningen av blodglukoskoncentrationen (Porter och Miller, 2012; Kamata et al., 2004).

Kan tjäna dig: parasitism: koncept, typer och exempel

Det finns olika modeller som förklarar kooperativa kinetik i monomera enzymer, nämligen: mnemonisk modell, långsam inducerad långsam inducerad övergångsmodell, randomiserad tillsats av substrat i biomolekylära reaktioner, typer av långsamma konformationella förändringar, bland andra.

Strukturstudier av glycoquinas har stött den mnemoniska modellen

Normalt humant glykocinas har en K_m 8 mm för glukos. Detta värde är nära blodglukoskoncentrationen.

Det finns patienter som lider av hyperinsulinemia pessista i barndomen (akronym på engelska, PHHI). Glykokinaset av dessa patienter har en K_m För glukos med lägre värde än normalt glykocinas, och kooperativ är viktigt.

Följaktligen har dessa patienter en variant av glykokinas som är hyperaktivt, vilket i allvarliga fall kan vara dödliga.

Alosterismapplikationer

Alostería och katalys är intimt kopplade. På grund av detta kan de alestheriska effekterna påverka egenskaperna hos katalysen såsom bindningen av liganden, ligandfrisättning.

Alosteriska fackliga platser kan vara mål för nya läkemedel. Detta beror på det faktum att alkaleffektorn kan påverka enzymets funktion. Identifieringen av alosteriska platser är det första steget för upptäckten av läkemedel som förbättrar enzymernas funktion.

Referenser

1. Changeux, J.P. 2012. Allostery och Monod-Wyman-Changeux-modellen efter 50 år. Årlig översyn av biofysik och biomolekylär struktur, 41: 103-133.
2. Changeux, J.P. 2013. 50 år av allosteriska interaktioner: Modellernas vändningar. Molekylär cellbiologi, i Nature Reviews, 14: 1-11.
3. Goodey, n.M. och Benkovic, s.J. 2008. Allosterisk reglering och katalys uppstår via gemensam väg. Nature Chemical Biology, 4: 274-482.
4. Kamata, k., Mitsuya, m., Nishimura, t., Eiki, Jun-Hichi, Nagata och. 2004. Strukturell grund för allosterisk reglering av det monomera allosteriska enzymet humant glukokinas. Struktur, 12: 429-438.
5. Koshland, D.OCH. Jr., Nemethy, g., Filmer, D. 1966. Jämförelse av experimentella bindningsdata och teoretiska modeller i proteiner. Biokemi, 5: 365-385.
6. Monod, J., Wyman, J., Changeux, J.P. 1965. Om arten av allosteriska övergångar: till trolig modell. Journal of Molecular Biology, 12: 88-118.
7. Nelson, D.L. och Cox, M.M., 2008. Lehninger-principer för biokemi. W.H. Freeman and Company, New York.
8. Portör, c.M. och Miller, f.G. 2012. Kooperativitet i monomeraenzymer med enstaka ligandbindande platser. Bioorganisk kemi, 43: 44-50.
9. Voet, D. och Voet, J. 2004. Biokemi. John Wiley och Sons, USA.