Regulacja aktywności enzymów i ich metod

Komórka ta jest jednostką żywej materii, działającą jako zespół otwartych biosystemów, stale wymienia substancje i energię ze środowiskiem zewnętrznym. Aby utrzymać homeostazę w niej, istnieje grupa specjalnych substancji o charakterze białkowym – enzymów. Struktura, funkcje i regulacja aktywności enzymów badana jest przez specjalną gałąź biochemii zwaną enzymologią. W tym artykule, na konkretnych przykładach, rozważymy różne mechanizmy i sposoby regulowania aktywności enzymów, które są związane z wyższym ssakiem i ludźmi.

Warunki konieczne dla optymalnej aktywności enzymów

Substancje biologicznie czynne, które wpływają selektywnie na zarówno reakcję asymilacyjną, jak i cięcie, wykazują w pewnych warunkach właściwości katalityczne w komórkach. Na przykład ważne jest, aby dowiedzieć się, w której części komórki ma miejsce proces chemiczny, w którym uczestniczą enzymy. Ze względu na podział na sekcje (cytoplazmatyczny podział na sekcje) reakcje antagonistyczne zachodzą w różnych częściach ciała i narządach.

Tak więc, synteza białek jest przeprowadzana w rybosomach i ich rozszczepianie w hialoplazmie. Regulacja komórkowa aktywności enzymów katalizujących przeciwne reakcje biochemiczne zapewnia nie tylko optymalną szybkość metabolizmu, ale również zapobiega powstawaniu energetycznych szlaków metabolicznych.

Kompleks multienzymowy

Strukturalna i funkcjonalna organizacja enzymów tworzy aparat enzymatyczny komórki. Większość zachodzących w niej reakcji chemicznych jest ze sobą powiązana. Jeśli w wielostopniowym procesie chemicznym produkt pierwszej reakcji jest odczynnikiem do następnej reakcji, w tym przypadku przestrzenny układ enzymów w komórce jest szczególnie wyraźny.

Należy pamiętać, że enzymy są ze swej natury prostymi lub złożonymi białkami. Ich wrażliwość na podłoże komórkowe jest głównie spowodowane zmianą konfiguracji przestrzennej trzeciorzędowej lub czwartorzędowej struktury peptydu. Enzymy reagują również na zmiany nie tylko w obrębie parametrów komórkowych, takich jak skład chemiczny hialoplazmy, stężenie odczynników i produktów reakcji, temperatura, ale także zmiany zachodzące w sąsiednich komórkach lub w płynie międzykomórkowym.

Dlaczego komórka jest podzielona na przedziały

Racjonalność i logika układu żywej natury jest po prostu niesamowita. To w pełni dotyczy przejawów życia charakterystycznych dla komórki. Dla naukowca-chemika jest jasne, że wielokierunkowe reakcje chemiczne, na przykład synteza glukozy i glikolizy, nie mogą przebiegać w tej samej rurce. Jak więc zdarzają się reakcje odwrotne w hialoplazmie jednej komórki, która jest substratem ich zachowania? Okazuje się, że zawartość komórek – cyto – zol, w której są antagonistyczne procesy chemiczne, jest oddzielona przestrzennie i tworzy izolowane przedziały. Dzięki nim reakcje metaboliczne wyższych ssaków i ludzi są dokładnie regulowane, a produkty metaboliczne przekształca się w formy, które swobodnie penetrują przez przegrody przegrody. Następnie przywracają pierwotną strukturę. Oprócz cytosolu, enzymy znajdują się w organelli: rybosomach, mitochondriach, jądrze, lizosomach.

Rola enzymów w metabolizmie energetycznym

Rozważmy oksydacyjną dekarboksylację pirogronianu. Rozpoznanie katalitycznej aktywności enzymów w tym badaniu jest dobrze badane przez enzymologię. Ten proces biochemiczny zachodzi w mitochondriach, organach dwuślimnych komórek eukariotycznych i jest procesem pośrednim pomiędzy beztoksycznym rozkładem glukozy a cyklem Krebsa. Kompleks dehydrogenazy pirogronianowej – PDH – zawiera trzy enzymy. U wyższych ssaków i ludzi jego spadek występuje wraz ze wzrostem stężenia Acetyl-CoA i NATH, tzn. Pojawiają się alternatywne możliwości tworzenia cząsteczek Acetyl-CoA. Jeśli komórka wymaga dodatkowej energii i wymaga nowych cząsteczek akceptora w celu zwiększenia reakcji cyklu kwasu trikarboksylowego, enzymy są aktywowane.

Co to jest allosteryczne hamowanie

Regulacja aktywności enzymów może być prowadzona za pomocą specjalnych substancji – inhibitorów katalitycznych. Mogą kowalencyjnie wiązać się z określonymi loci enzymu, omijając aktywne centrum. Prowadzi to do odkształcenia struktury przestrzennej katalizatora i prowadzi automatycznie do zmniejszenia jego właściwości enzymatycznych. Innymi słowy, następuje allostazyczne regulowanie aktywności enzymu. Dodamy również, że taka forma działania katalitycznego jest związana z enzymami oligomerycznymi, to znaczy tymi, których cząsteczki składają się z dwóch lub więcej polimerycznych podjednostek białkowych. Zespół PDH rozważany w poprzednim rozdziale zawiera dokładnie trzy enzymy oligomeryczne: dehydrogenazę pirogronianową, dehydrogenazę dehydrolipoilową i transacetylazę hydroililofoilową.

Enzymy regulacyjne

Badania nad enzymem wykazały, że szybkość reakcji chemicznych zależy zarówno od stężenia, jak i od aktywności katalizatora. Najczęściej szlaki metaboliczne zawierają główne enzymy, które regulują szybkość reakcji we wszystkich jej częściach.

Nazywane są one regulacjami i zazwyczaj wpływają na początkowe reakcje kompleksu, a także mogą uczestniczyć w najmniejszych procesach chemicznych w nieodwracalnych reakcjach lub łączą się z odczynnikami w punktach rozgałęzienia szlaku metabolicznego.

Jak działa interakcja peptydów?

Jednym ze sposobów regulacji aktywności enzymów w komórce jest interakcja białko-białko. O czym mówimy? Ujawniono dodawanie białek regulatorowych do cząsteczki enzymu, w wyniku czego następuje ich aktywacja. Przykładowo, cyklaza enzymu adenylanowego znajduje się na wewnętrznej powierzchni błony komórkowej i może oddziaływać ze strukturami takimi jak receptor hormonalny, jak również z peptydem zlokalizowanym pomiędzy nim a enzymem. Ponieważ białko pośrednie zmienia jego przestrzenne potwierdzenie w wyniku kombinacji hormonu i receptora, ta metoda zwiększania katalitycznych właściwości cyklaz adenylatu w biochemii nazywana jest "aktywacją dzięki wiązaniu białek regulatorowych".

Protomery i ich rola w biochemii

Ta grupa substancji, zwana inaczej kinazami białkowymi, przyspieszy transfer anionu PO4-3 do grupy hydroksylowej aminokwasów wchodzących do makrocząsteczki peptydowej. Uregulowanie aktywności enzymów protomerów będzie rozpatrywane przez nas na przykładzie kinazy białkowej A. Jego cząsteczka, tetramer, składa się z dwóch katalizatorów i dwóch podjednostek peptydowych regulatorów i nie działa jako katalizator dopóki cztery cząsteczki cAMP nie są przyłączone do regionów regulatorowych protomeru. Powoduje to przekształcenie struktury przestrzennej białek regulatorowych, co prowadzi do uwolnienia dwóch aktywowanych katalitycznych cząstek białka, czyli dysocjacji protomerów. Jeśli cząsteczki cAMP są oddzielone od podjednostek regulatorowych, kompleks nieaktywnych kinazy białkowej zostaje ponownie przywrócony do tetrameru, ponieważ występuje związek katalitycznych i regulacyjnych cząstek peptydów. Tak więc, sposoby regulacji aktywności enzymów rozważane powyżej zapewniają ich odwracalny charakter.

Chemiczna regulacja aktywności enzymów

Biochemia badała także takie mechanizmy regulowania aktywności enzymów, jak fosforylacja, defosforylacja. Mechanizm regulacji aktywności enzymatycznej w tym przypadku ma następującą postać: reszty aminokwasowe enzymu zawierające grupy OH zmieniają ich modyfikację chemiczną ze względu na wpływ fosfatazy fosfoproteinowej. W tym przypadku korekcja jest podawana aktywnemu środkowi enzymu, a dla niektórych enzymów jest to przyczyna, która ją aktywuje, a dla innych – inhibitor. Natomiast właściwości katalityczne samych fosforanów fosfoproteinowych są regulowane przez hormon. Na przykład skrobia zwierzęca – glikogen – i tłuszcz w przerwach między posiłkami są rozdzielone w przewodzie pokarmowym, a dokładniej w dwunastnicy pod wpływem glukagonu – enzymu trzustkowego.

Proces ten jest wzmocniony przez fosforylację enzymów żołądkowo-jelitowych troficznych. W okresie aktywnego trawienia, gdy jedzenie pochodzi z żołądka do dwunastnicy, wzrasta synteza glukagonu. Insulina – inny enzym trzustki, wytwarzany przez komórki alfa wysepek Langerhans – oddziałuje z receptorem, w tym mechanizm fosforylacji tych samych enzymów trawiennych.

Częściowa proteoliza

Jak widać, poziomy regulacji aktywności enzymów w komórce są zróżnicowane. W przypadku enzymów, które znajdują się poza cytosolem lub organoidami (w osoczu krwi lub w przewodzie pokarmowym), proces ich aktywacji jest procesem hydrolizy wiązań peptydowych CO-NH. Jest to konieczne, ponieważ takie enzymy są syntetyzowane w postaci nieaktywnej. Z cząsteczki enzymu część peptydowa zostaje rozcięta, a aktywne centrum poddawane jest pozostałej strukturze modyfikacji. Prowadzi to do tego, że enzym "wchodzi w stan pracy", tzn. Staje się zdolny do oddziaływania na przebieg procesu chemicznego. Na przykład nieczynny enzym trzustkowy, trypsynogenu, nie rozkłada białek pokarmowych, które wchodzą do dwunastnicy. Poddaje się proteolizie pod wpływem enteropeptydazy. Następnie enzym jest aktywowany i nazywa się trypsyną. Częściowa proteoliza jest procesem odwracalnym. Występuje w takich przypadkach jak aktywacja enzymów rozszczepiających polipeptydy w proces krzepnięcia krwi.

Rola stężenia początkowych substancji w metabolizmie komórki

Uregulowanie aktywności enzymu przez dostępność podłoża zostało częściowo przeanalizowane przez nas w podtytule "Kompleks multienzymowy". Szybkość reakcji katalitycznych przechodzących przez kilka stopni silnie zależy od tego, ile cząsteczek substancji początkowej znajduje się w hialoplazmie lub organelli komórki. Wynika to z faktu, że szlak metaboliczny jest wprost proporcjonalny do stężenia wyjściowego materiału. Im większa liczba cząsteczek reagenta znajduje się w cytosolu, tym większa jest szybkość wszystkich kolejnych reakcji chemicznych.

Rozporządzenie Allosteryczne

Enzymy, których aktywność jest kontrolowana nie tylko przez stężenie początkowych substancji odczynnikowych, ale też przez efekty, tak zwane regulacje allosteryczne są nieodłącznie związane. Najczęściej takie enzymy są reprezentowane przez pośrednie produkty metabolizmu w komórce. Dzięki efektorom regulowana jest aktywność enzymów. Biochemia udowodniła, że takie związki, zwane enzymami allosterycznymi, są bardzo ważne w metabolizmie komórek, ponieważ mają bardzo dużą wrażliwość na zmiany homeostazy. Jeśli enzym hamuje reakcję chemiczną, czyli zmniejsza jej prędkość – nazywany jest negatywnym efektorem (inhibitorem). W odwrotnym przypadku, gdy występuje wzrost szybkości reakcji, jest to aktywator, pozytywny efektor. W większości przypadków substancje wyjściowe, to jest odczynniki wchodzące w interakcje chemiczne, odgrywają rolę aktywatorów. Skończone produkty, powstałe w wyniku wielostopniowych reakcji, zachowują się jak inhibitory. Ten rodzaj regulacji, oparty na zależności między stężeniem odczynników a produktami, nazywa się heterotroficzną.