Allosterische Enzyme Funktionen, Struktur und Kinetik

Die Allosterische Enzyme sie sind organisch chemische Substanzen, die mit einer Struktur von vier Molekülen zusammengesetzt sind, weshalb man sagt, dass ihre Struktur quaternär ist.

Zusammengefasst haben allosterische Enzyme mehr als eine Polypeptidkette und enthalten Einheiten, in denen eine Katalyse durchgeführt wird. Diese wiederum haben auch die Aktivitätsstelle, das heißt den chemischen Austausch, und aus diesem Grund führen sie eine Erkennung des Substrats durch.

Mit anderen Worten, allosterische Enzyme sind dadurch gekennzeichnet, dass sie mehr als zwei Polypeptidketten aufweisen, deren Untereinheiten unterschiedliche Eigenschaften haben: eine isosterische, die die aktive Stelle selbst darstellt, und eine allosterische, wo die enzymatische Regulierung durchgeführt wird.

Letzteres hat keine katalytische Aktivität, aber es kann mit einem Modulationsmolekül verbunden sein, das als ein Stimulus oder ein Hindernis für die Realisierung der Aktivität der Enzyme wirken kann.

Kurze Einführung in allosterische Enzyme

Allosterische Enzyme haben die wichtige Aufgabe, die Verdauung zu erleichtern. Indem sie in den Zellkern von Molekülen eindringen, haben diese Enzyme die Fähigkeit, in den Stoffwechsel des Organismus einzugreifen, so dass sie in der Lage sind, ihn entsprechend den biochemischen Bedürfnissen, die auftreten, aufzunehmen und auszuscheiden.

Damit dies möglich ist, müssen die allosterischen Enzyme die Mechanismen, mit denen der Regulierungsprozess durchgeführt wird, bewegen.

Diese Enzyme sind in zwei Neigungen eingeteilt: K und V. In beiden Fällen ist gewöhnlich zu sehen, dass ihre Sättigungskurve nicht die einer Hyperbel ist, sondern die einer unregelmäßigen Form, die das Sigma des griechischen Alphabets nachahmt.

Dies bedeutet natürlich, dass seine Struktur und Kinetik nicht der von Michael-Enzymen gleicht, viel weniger von der von nicht-allosterischen Enzymen, da sein Substrat relevante Variationen und Unterschiede in der Geschwindigkeit der Reaktion verursacht.

Die Struktur und Kinetik von allosterischen Enzymen steht in direktem Zusammenhang mit kooperativen Wechselwirkungen, insbesondere solchen, die nicht kovalent sind.

Diese Annahme beruht auf der Prämisse, dass die Sigmoidkurve, die bei steigender Substratkonzentration gezogen wird, mit den strukturellen Veränderungen, die bei Enzymen auftreten, in Zusammenhang steht.

Diese Korrelation ist jedoch nicht immer absolut und eignet sich für Mehrdeutigkeiten, bei denen bestimmte Besonderheiten in diesem System weggelassen werden.

Funktion

Als allosterische Enzyme werden global solche Moleküle organischen Ursprungs bezeichnet, bei denen sie die biochemischen Verknüpfungen zwischen Proteinen und Enzymen beeinflussen können.

Die Wirkung dieser allosterischen Enzyme wird durch eine Infiltration im molekularen Kern entwickelt, so dass diese im Organismus für die Verdauungskatalyse verantwortlich ist. Dadurch werden verschiedene Prozesse im Zusammenhang mit dem Magen-Darm-Trakt erweitert, insbesondere bei der Behandlung des Stoffwechsels.

Daher besteht die primäre Funktion allosterischer Enzyme darin, die Verdauung im Körper zu erleichtern. Dies geschieht, weil der Prozess der Verbindungen, denen sie unterworfen sind, die Aufnahme von Nährstoffen sowie die Eliminierung von Abfall in der Struktur des zu begünstigenden Organismus erlaubt.

Daher entwickelt sich die Katalyse des Verdauungssystems kontinuierlich in einer ausgeglichenen Umgebung, in der jeder Modulator eine spezifische allosterische Stelle aufweist.

Darüber hinaus sind allosterische Enzyme aus metabolischer Sicht diejenigen, die erreichen, dass die enzymatische Aktivität durch Fluktuationen kontrolliert wird, die auf der Ebene der Schicht wahrgenommen werden.

Je kleiner die Veränderungen in der Konzentration dieses Substrats sind, desto größer sind die Umwandlungen, denen die Aktivität der Enzyme unterliegt, und umgekehrt.

Andererseits können die Werte allosterischer Enzyme K mit einer minimalen Dosis des Inhibitionsmodulators erhöht werden.

Es kann vorkommen, dass die allosterischen Enzyme in ihrer Leistung am Ende des Stoffwechselprozesses inhibiert werden, was bei einigen Multienzym-Systemen der Fall ist (sie haben viele Arten von Enzymen), viel mehr, wenn die zellulären Kapazitäten überschritten werden.

Wenn dies geschieht, stellen die allosterischen Enzyme sicher, dass die katalytische Aktivität verringert wird; andernfalls bewirkt das Substrat, dass die enzymatische Aktivität aktiviert wird, anstatt es zu regulieren.

Die allosterische Regulierung

Es ist bekannt als jene zellulären Prozesse, in denen die enzymatische Aktivität durch einen Anpassungsprozess reguliert wird. Dies ist möglich, weil eine Rückkopplung auftritt, die positiv (dh aktivierend) oder negativ (inhibierend) sein kann.

Regulation kann auf verschiedenen Wegen erfolgen, entweder auf organischer Ebene (suprazellulär, über der Zelle), durch Signaltransduktion und durch kovalente Modifikation von Enzymen.

Die Fixierung des Substrats kann normalerweise im aktiven Zentrum stattfinden, wenn der Inhibitor nicht vorhanden ist.

wenn die allosterische Stelle besetzt ist jedoch durch den Inhibitor, ändert sich das erste Element in seiner Struktur und daher kann das Substrat nicht fixiert werden.

Das Vorliegen einer Sigmoidkinetik könnte darauf hindeuten, dass eine kooperative Beziehung im Substrat besteht, aber dies ist nicht immer die Regel, mit Ausnahmen (siehe Abschnitt "Alosterismus und Kooperativität: Synonyme?", Unten).

Struktur und Kinetik

Bei einigen der Polypeptide der allosterischen Enzyme fehlt die Katalyse. In jedem Fall haben sie auch strategische und sehr spezifische Stellen, an denen eine Bindung und Erkennung des Modulators stattfindet, weshalb sich ein komplexes Modulationsenzym ergeben kann.

Dies beruht auf der Tatsache, dass seine mehr oder weniger starke katalytische Aktivität von der Polarität des Modulators abhängt, dh davon, ob es sich um einen negativen Pol (den der Hemmung) oder einen positiven Pol (Aktivierung) handelt.

Der Ort, an dem dieser biochemische Austausch stattfindet, oder vielmehr die enzymatische Wechselwirkung mit dem Modulator, ist als allosterische Stelle bekannt.

Hier bleiben ihre Eigenschaften erhalten, ohne dass der Modulator auf chemischer Ebene Veränderungen erleidet. Die Verbindung zwischen dem Modulator und dem Enzym ist jedoch nicht irreversibel, im Gegenteil; Es kann rückgängig gemacht werden. Daher kann gesagt werden, dass dieser Prozess der allosterischen Enzyme nicht unbeweglich ist.

Ein Merkmal, das allosterische Enzyme hervorhebt, ist, dass sie nicht den kinetischen Mustern entsprechen, die die Michaelis-Menten-Prinzipien erfüllen.

Mit anderen Worten haben die bisher durchgeführten Experimente gezeigt, dass die Verbindung zwischen einem allosterischen Enzym und den Modulatoren (unabhängig von ihrer Polarität) eine Sättigungskurve hat, die keine reguläre Form hat, sondern sigmoid, mit einer Krümmung ähnlich wie die Griechischer Brief von Sigma.

Die Unterschiede in dieser Sigmoidform sind gering, unabhängig davon, ob Modulatoren verwendet wurden (positiv oder negativ) oder überhaupt nicht.

In allen Fällen zeigt die Geschwindigkeit der Reaktionen der allosterischen Enzyme eine Reihe von drastischen Modifikationen, deren Substratkonzentrationen niedriger sind als bei den negativen Modulatoren und höher bei den positiven. Sie haben wiederum Zwischenwerte, wenn keine Modulatoren mit den Enzymen verbunden sind.

Das kinetische Verhalten von allosterischen Enzymen kann mit zwei Modellen beschrieben werden: symmetrisch und sequentiell.

Symmetrisches Modell

In diesem Modell kann ein allosterisches Enzym gemäß den Konformationen präsentiert werden, die das Tempus und das Relaxed sind.

Die Untereinheiten können sich an dem einen oder dem anderen Ende befinden, da es ein Gleichgewicht gibt, das sich zwischen beiden Zuständen verschiebt, in denen sich die negativen Modulatoren der straffen Konformation nähern, während die entspannten Modulate die Substrate und Aktivatoren verbinden.

Sequenzielles Modell

Mit diesem Modell haben Sie ein anderes Paradigma. Hier gibt es auch zwei Konformationen, die jedoch unabhängig voneinander unabhängig voneinander agieren können.

An diesem Punkt kann es zu einem Anstieg oder Abfall der Affinität der biochemischen Verbindungen der Enzyme kommen, wobei Kooperativitätsebenen, die aktivierend oder hemmend sein können, vorliegen.

Strukturelle Änderungen werden nacheinander von einer Untereinheit zur anderen mit einer definierten Reihenfolge durchgeführt.

Sowohl das symmetrische als auch das sequentielle Modell arbeiten nach ihren eigenen Standards. Beide Modelle können jedoch gemeinsam arbeiten und schließen sich daher nicht gegenseitig aus.

In diesen Fällen gibt es Zwischenzustände, in denen beobachtet wird, wie die Konformationen, das Tempus und das Entspannte, an einem Kooperationsprozeß teilnehmen, in dem die biochemischen Wechselwirkungen der allosterischen Enzyme zusammenlaufen.

Alosterismus und Kooperativität: Synonyme?

Man hat geglaubt, dass der Alosterismus der gleiche ist wie der Kooperativismus, aber das ist nicht der Fall. Die Verwirrung beider Begriffe ergibt sich offensichtlich aus ihren Funktionen.

Es sollte jedoch beachtet werden, dass diese Ähnlichkeit nicht ausreicht, um den Alosterismus und den Kooperativismus als gleichwertige Wörter zu verwenden. Beide haben subtile Nuancen, auf die geachtet werden muss, bevor sie in falsche Verallgemeinerungen und Kategorisierungen fallen.

Es ist nötig sich zu erinnern, dass die allosterischen Enzyme, wenn sie sich den Modulatoren anschließen, verschiedene Formen annehmen. Positive Modulatoren aktivieren, während negative Modulatoren hemmen.

In beiden Fällen ändert sich die enzymatische Struktur im aktiven Zentrum erheblich, was wiederum zur Veränderung desselben aktiven Zentrums führt.

Eines der praktischsten Beispiele hierfür ist in der nicht-kompetitiven Hemmung zu sehen, bei der der negative Modulator an ein anderes Enzym als das Substrat bindet.

Die Affinität dieses Enzyms in Bezug auf das Substrat kann jedoch durch diesen negativen Modulator der allosterischen Enzyme verringert werden, so dass es zu einer kompetitiven Hemmung werden kann, unabhängig davon, ob die Struktur des Substrats sich von der Struktur des Enzyms unterscheidet.

Ebenso kann es vorkommen, dass diese Affinität zunimmt oder dass anstelle eines Inhibierungseffektes ein inverser Effekt auftritt, dh ein Aktivierungseffekt.

Das Phänomen des Kooperativismus tritt in vielen allosterischen Enzymen auf, aber dies wird nur dann als solches klassifiziert, wenn die Enzyme mehrere Stellen haben, an denen sie sich an das Substrat binden, so dass sie oligomere Enzyme genannt werden.

Zusätzlich werden die Affinitäten entsprechend dem Konzentrationsniveau erzeugt, das der Effektor hat, und in ihnen wirken die positiven Modulatoren, die negativen und sogar das Substrat selbst in diesem Prozess in unterschiedlicher Weise.

Um diesen Effekt zu erzeugen, müssen mehrere Stellen vorhanden sein, die sich mit dem Substrat verbinden können, und das Ergebnis erscheint in wissenschaftlichen Studien als sigmoide Kurven graphisch, auf die bereits Bezug genommen wurde.

Und das ist der Punkt, an dem die Verschränkung auftritt, weil es dazu neigt, dass, wenn eine sigmoide Kurve in der enzymatischen Analyse vorliegt, dies darauf zurückzuführen ist, dass das beobachtete allosterische Enzym notwendigerweise kooperativ sein muss.

Einer der Faktoren, die zu dieser Verschränkung beitragen, ist außerdem, dass der Grad der Kooperativität, der in dem System existiert, von den allosterischen Effektoren betrieben wird.

Sein Gehalt kann mit der Anwesenheit von Inhibitoren zunehmen, während es dazu neigt, zu sinken, wenn Aktivatoren vorhanden sind.

Die Kinetik gibt jedoch nur dann ihren sigmoiden Zustand auf, wenn sie zu Michaeliana wird, in der die Konzentrationen des Aktivators erhöht sind.

Daher ist es klar, dass die Sigmoidkurven Antonyme von allosterischen Enzymen sein können. Obwohl die meisten dieser Enzyme, wenn dieses Substrat gesättigt ist, das Signal haben, ist es falsch, dass es nur deshalb eine allosterische Wechselwirkung gibt, weil eine Krümmung der Sigmoidkinetik in dem Graphen zu sehen ist.

Das Negative anzunehmen ist auch falsch; das Sigmoid bedeutet nicht, dass es eine eindeutige Manifestation des Alosterismus gibt.

Ein einzigartiger Allosterismus: Hämoglobin

Hämoglobin gilt als klassisches Beispiel dafür, was mit allosterischen Systemen passiert. In dieser Komponente der roten Blutzellen ist ein dem Sigmoid-Typ entsprechendes Substrat fixiert.

Diese Fixierung kann durch Effektoren verhindert werden, bei denen auf das aktive Zentrum, das keine andere als die Häm-Gruppe ist, keine Wirkung ausgeübt wird. Die Kinetik der Michaelis hingegen wird isoliert in den Untereinheiten dargestellt, die an der Fixierung von Sauerstoff beteiligt sind.

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