Kontrollkoefficient (biokemi)

Kontrollkoefficienter används för att beskriva hur mycket inflytande (dvs kontroll) ett givet reaktionssteg har på steady-state flödet eller artkoncentrationsnivån. I praktiken kan detta åstadkommas genom att ändra uttrycksnivån för ett givet enzym och mäta de resulterande förändringarna i flödes- och metabolitnivåer. Kontrollkoefficienter utgör en central komponent i metabolisk kontrollanalys .

Det finns två primära kontrollkoefficienter:

Fluxkontrollkoefficienter
Koncentrationskontrollkoefficienter.

Det enklaste sättet att se på kontrollkoefficienter är som de skalade derivaten av steady-state förändring i en observerbar med avseende på en förändring i enzymaktivitet. Till exempel kan flödeskontrollkoefficienterna skrivas som:

$C_{e_{i}}^{J}={\frac {dJ} {de_{i}}}{\frac {e_{i}}{J}}={\frac {d\ln J}{d\ln e_{i}}}\approx {\frac {J\%} {e_{i}\%}}$

medan koncentrationskontrollkoefficienterna kan skrivas som:

$C_{e_{i}}^{s_{j} }={\frac {ds_{j}}{de_{i}}}{\frac {e_{i}}{s_{j}}}={\frac {d\ln s_{j}}{d\ ln e_{i}}}\approx {\frac {s_{j}\%}{e_{i}\%}}$

Kontrollkoefficienter kan ha vilket värde som helst som inkluderar negativa och positiva värden. Ett negativt värde indikerar att den observerbara i fråga minskar som ett resultat av förändringen i enzymaktivitet.

I teorin kan andra observerbara värden, såsom tillväxthastighet, eller till och med kombinationer av observerbara, definieras med hjälp av en kontrollkoefficient. Men flödes- och koncentrationskontrollkoefficienter är de absolut vanligaste.

Approximationen i form av procentsatser gör kontrollkoefficienter lättare att mäta och mer intuitivt förståeliga.

Kontrollkoefficienter är användbara eftersom de talar om för oss hur mycket inflytande varje enzym eller protein har i ett biokemiskt reaktionsnätverk.

Det är viktigt att notera att kontrollkoefficienter inte är fasta värden utan kommer att ändras beroende på tillståndet hos vägen eller organismen. Om en organism övergår till en ny näringskälla kommer kontrollkoefficienterna i vägen att ändras.

Formell definition

En kritik mot konceptet med kontrollkoefficienten som definierats ovan är att den är beroende av att den beskrivs i förhållande till en förändring i enzymaktivitet. Istället definierade skolan i Berlin kontrollkoefficienter i termer av förändringar av lokala priser, vilket medförde alla lämpliga parametrar, som kunde inkludera förändringar av enzymnivåer eller verkan av läkemedel. Därför ges en mer allmän definition av följande uttryck:

C_{v_{i}}^{J}=\ vänster({\frac {dJ}{dp}}{\frac {p}{J}}\right){\bigg /}\left({\frac {\partial v_{i}}{\partial p}} {\frac {p}{v_{i}}}\right)={\frac {d\ln J}{d\ln v_{i}}}

och koncentrationskontrollkoefficienter med

C_{v_{i}}^{S}=\ vänster({\frac {dS}{dp}}{\frac {p}{S}}\right){\bigg /}\left({\frac {\partial v_{i}}{\partial p}} {\frac {p}{v_{i}}}\right)={\frac {d\ln S}{d\ln v_{i}}}

I uttrycket ovan kan $p$ vara vilken lämplig parameter som helst. Till exempel ett läkemedel, förändringar i enzymuttryck etc. Fördelen är att kontrollkoefficienten blir oberoende av den applicerade störningen. För kontrollkoefficienter definierade i termer av förändringar i enzymuttryck, antas det ofta att effekten på den lokala hastigheten genom förändringar av enzymaktiviteten är proportionell så att:

$C_{v_{i}}^{X}=C_{e_{i}}^{X}$

Förhållande till taktbegränsande steg

definieras det hastighetsbegränsande steget eller hastighetsbestämmande steget som det långsammaste steget i en kemisk reaktion som bestämmer hastigheten (hastigheten) med vilken den totala reaktionen fortskrider. Fluxkontrollkoefficienterna mäter inte denna typ av hastighetsbegränsning . Till exempel, i en linjär kedja av reaktioner vid steady-state, bär alla steg samma flöde. Det vill säga, det finns inget långsamt eller snabbt steg med avseende på hastigheten eller hastigheten för en reaktion. Fluxregleringskoefficienten mäter istället hur mycket inflytande ett givet steg har på flödet i stationärt tillstånd. Ett steg med hög flödeskontrollkoefficient innebär att förändring av aktiviteten i steget (genom att ändra enzymets expressionsnivå) kommer att ha stor effekt på steady-state flödet genom vägen och vice versa.

Historiskt sett var konceptet med de hastighetsbegränsande stegen också relaterat till begreppet mastersteget. Detta väckte dock mycket kritik på grund av en missuppfattning av begreppet steady-state.

Se även