Regulatoriskt enzym
Ett regulatoriskt enzym är ett enzym i en biokemisk väg som, genom sina svar på närvaron av vissa andra biomolekyler , reglerar aktiviteten i vägen. Detta görs vanligtvis för vägar vars produkter kan behövas i olika mängder vid olika tidpunkter, såsom hormonproduktion . Regulatoriska enzymer finns i höga koncentrationer (lågt Vmax) så deras aktivitet kan ökas eller minskas med förändringar i substratkoncentrationer.
De enzymer som katalyserar kemiska reaktioner om och om igen kallas regulatoriska enzymer.
Översikt
Generellt anses det att ett hyperboliskt strukturerat protein i specifika mediaförhållanden är redo att utföra sin uppgift, det är aktivt, men viss specifik deaktivering är ansvarig för regleringen av vissa metabolismvägar. Regulatoriska enzymer är vanligtvis det första enzymet i ett multienzymsystem: produkten av reaktionen som katalyseras av det första enzymet är substratet för det andra enzymet, så cellen kan kontrollera mängden resulterande produkt genom att reglera aktiviteten hos det första enzymet i väg.
Det finns många strategier för aktivering och deaktivering av regulatoriska enzymer. Regulatoriska enzymer kräver en extra aktiveringsprocess och måste genomgå vissa modifieringar i sin 3D för att bli funktionella, till exempel katalyserande enzymer (regulatoriska enzymer). Regleringen av aktiveringen av dessa katalyserande enzymer behövs för att reglera hela reaktionshastigheten, så att det är möjligt att erhålla den mängd produkt som krävs när som helst, vilket gör att regulatoriska enzymer har en biologisk betydelse . Därför är regulatoriska enzymer, genom sin kontrollerade aktivering och av två typer: allosteriska enzymer och kovalent modulerade enzymer; emellertid kan ett enzym kombinera båda typerna av reglering.
Allosteriska enzymer
Denna typ av enzymer har två bindningsställen: enzymets substrat och effektorerna . Effektorer är små molekyler som modulerar enzymaktiviteten; de fungerar genom reversibel, icke-kovalent bindning av en regulatorisk metabolit i det allosteriska stället (som inte är det aktiva stället). När de är bundna deltar dessa metaboliter inte i katalys direkt, men de är fortfarande väsentliga: de leder till konformationsförändringar i en konkret del av enzymet. Dessa förändringar påverkar den övergripande konformationen av det aktiva stället, vilket orsakar modifieringar av reaktionens aktivitet .
Egenskaper
Allosteriska enzymer är i allmänhet större i massa än andra enzymer. Till skillnad från att ha ett enzym med en enda subenhet, är de i detta fall sammansatta av flera subenheter, som innehåller aktiva ställen och regulatoriska molekylbindningsställen.
De presenterar en speciell kinetik: samarbetet . Här stärker konfigurationsförändringar i varje kedja av proteinet förändringar i de andra kedjorna. Dessa förändringar sker på den tertiära och kvartära organisationsnivån.
Baserat på modulering kan de klassificeras i två olika grupper:
- Homotropa allosteriska enzymer : substrat och effektor spelar en roll i moduleringen av enzymet, vilket påverkar enzymets katalytiska aktivitet.
- Heterotropa allosteriska enzymer : endast effektorn utför rollen som modulering.
Feedback hämning
I vissa multienzymsystem hämmas enzymet av slutprodukten närhelst dess koncentration är över cellens krav. Så reaktionshastigheten kan styras av mängden produkt som behövs av cellen (ju lägre kravet är, desto långsammare går reaktionen).
Återkopplingsinhibering är en av de viktigaste funktionerna hos proteiner. På grund av återkopplingshämning kan en cell veta om mängden av en produkt räcker för dess uppehälle eller om det saknas produkten (eller om det finns för mycket produkt). Cellen kan reagera på denna typ av situation på ett mekaniskt sätt och lösa problemet med mängden av en produkt. Ett exempel på återkopplingsinhibering i mänskliga celler är proteinet akonitas (ett enzym som katalyserar isomereringen av citrat till isocitrat). När cellen behöver järn förlorar detta enzym järnmolekylen och dess form förändras. När detta händer omvandlas akonitaset till IRPF1, en translationsrepressor eller mRNA-stabilisator som undertrycker bildandet av järnbindande proteiner och gynnar bildandet av proteiner som kan få järn från cellens reservat
Kovalent modulerade enzymer
Här förändras enzymernas aktiva och inaktiva form på grund av kovalent modifiering av deras strukturer som katalyseras av andra enzymer. Denna typ av reglering består av tillägg eller eliminering av några molekyler som kan bindas till enzymproteinet. De viktigaste grupperna som fungerar som modifierare är fosfat, metyl, uridin, adenin och adenosindifosfat ribosyl. Dessa grupper är förenade med eller elimineras från proteinet av andra enzymer. Den mest anmärkningsvärda kovalenta modifieringen är fosforylering . Serin, treonin och tyrosin är vanliga aminosyror som deltar i kovalenta modifieringar och används för att kontrollera enzymets katalytiska aktiviteter. Kinas och fosfataser är allmänt kända enzymer som påverkar dessa modifieringar, vilket resulterar i förskjutning av konformationstillstånd av bindningsaffiniteten till substrat.
Fosforylering
Fosforylering är tillsatsen av fosfatgrupper till proteiner, vilket är den vanligaste regulatoriska modifieringsmekanismen i våra celler. Denna process äger rum i prokaryota och eukaryota celler (i denna typ av celler upplever en tredjedel eller hälften av proteinerna fosforylering). På grund av sin frekvens har fosforylering stor betydelse i regleringsvägar i celler.
Tillägget av en fosforylgrupp till ett enzym katalyseras av kinasenzymer , medan elimineringen av denna grupp katalyseras av fosfatasenzymer . Frekvensen av fosforylering som en reglerande mekanism beror på hur lätt det är att byta från fosforylerad form till defosforylerad form.
Fosforylering eller defosforylering gör att enzymet är funktionellt vid den tidpunkt då cellen behöver reaktionen. Effekterna som produceras av tillägg av fosforylgrupper som reglerar kinetiken för en reaktion kan delas in i två grupper:
- Fosforylering ändrar konformationen av ett enzym till ett mer aktivt eller inaktivt sätt (t.ex. reglering av glykogenfosforylas) . Varje fosfatgrupp innehåller två negativa laddningar, så tillägget av denna grupp kan orsaka en viktig förändring i enzymets konformation. Fosfatet kan attrahera positivt laddade aminosyror eller skapa frånstötande interaktioner med negativt laddade aminosyror. Dessa interaktioner kan förändra enzymets konformation och funktion. När ett fosfatasenzym tar bort fosfatgrupperna återgår detta enzym till sin ursprungliga konformation.
- Fosforylering modifierar enzymets affinitet till substratet (t.ex. fosforylering av isocitratdehydrogenas skapar elektrostatisk repulsion som hämmar föreningen av substratet till det aktiva centret). Fosforylering kan ske i enzymets aktiva centrum. Det kan ändra konformationen av detta aktiva centrum, så att det kan känna igen substratet eller inte. Det joniserade fosfatet kan också attrahera vissa delar av substratet, som kan ansluta till enzymet.
Fosforylering och defosforylering kan ske som ett resultat av svaret på signaler som varnar för en förändring i celltillståndet. Detta innebär att vissa vägar där regulatoriska enzymer deltar regleras av fosforylering efter en specifik signal: en förändring i cellen.
Vissa enzymer kan fosforyleras på flera ställen. Närvaron av en fosforylgrupp i en del av ett protein kan bero på enzymets veckning (som kan göra proteinet mer eller mindre tillgängligt för kinasproteiner) och närheten till andra fosforylgrupper.
Proteolys
.jpg)
Vissa enzymer behöver gå igenom en mognadsprocess för att aktiveras. En prekursor (inaktivt tillstånd, mer känd som zymogen ) syntetiseras först, och sedan, genom att skära av några specifika peptidbindningar (enzymatisk katalys genom hydrolytisk selektiv split), modifieras dess 3D-konformation kraftigt till en katalytisk funktionell status, vilket erhåller det aktiva enzymet.
Proteolys är irreversibel och normalt en ospecifik process. Samma aktivator kan modulera olika regulatoriska enzymer: när trypsin väl är aktiverat, aktiverar det många andra hydrolytiska enzymer. Proteolysen kan också vara snabb och enkel, så hydrolysen av en enda peptidbindning kan räcka för att förändra proteinets konformation och bygga upp en aktiv zon, vilket möjliggör interaktionen mellan enzymet och substratet, till exempel kymotrypsinaktivering (som det kan syns på bilderna).
Många olika typer av proteiner med olika roller i ämnesomsättningen aktiveras av proteolys av stora skäl:
- Kraftfulla hydrolytiska enzymer, till exempel matsmältningsenzymer, aktiveras av proteolys så att vi kan säkerställa att de inte kan hydrolysera något ovilligt protein förrän de kommer till rätt plats: hydrolyserande proteinzymogener syntetiseras i bukspottkörteln och ackumuleras i vesiklar där de finns kvar. ofarlig. När de behövs utlöser någon hormonell eller nervös stimulans frisättningen av zymogener ända till tarmen och de aktiveras.
- Vissa eventuella svar måste vara omedelbara så enzymer som katalyserar dessa reaktioner måste förberedas men inte aktiva, av den anledningen syntetiseras en zymogen och förblir redo att snabbt aktiveras. Koagulationssvaret är baserat på mognad av enzymatisk kaskadproteolys. Så genom att aktivera ett första katalyserande enzym aktiveras en stor mängd av följande enzymer och mängden produkt som krävs uppnås när den behövs.
- Bindvävsproteiner som kollagen (zymogen: prokolagen), hormoner som insulin (zymogen: proinsulin) och proteiner involverade i utvecklingsprocesser och apoptos (programmerad celldöd) aktiveras också av proteolys.
Proteolys är irreversibel, vilket innebär behovet av en process för enzymdeaktivering. Specifika inhibitorer, analoga med substratet, kommer starkt att ansluta sig till enzymet, vilket blockerar substratet att ansluta sig till enzymet. Detta förbund kan vara i månader.