Regeling van enzymactiviteit en hun methoden

Als een levende leefomgeving, die functioneert als een complex van open biosystemen, verruist de cel voortdurend stoffen en energie met het externe milieu. Om de homeostase daarin te behouden, is er een groep speciale stoffen van eiwit natuur-enzymen. De structuur, functies en regulering van enzymactiviteit worden bestudeerd door een speciale tak van biochemie, genaamd enzymologie. In dit artikel zullen we over specifieke voorbeelden verschillende mechanismen en methoden overwegen om enzymactiviteit te reguleren die inherent zijn aan hogere zoogdieren en mensen.

Voorwaarden die nodig zijn voor optimale enzymactiviteit

Biologisch actieve stoffen die zowel de assimilatie-reactie als de splitsing selectief beïnvloeden, tonen hun katalytische eigenschappen in cellen onder bepaalde omstandigheden. Bijvoorbeeld, het is belangrijk om te achterhalen in welk deel van de cel het chemische proces plaatsvindt , in welke enzymen deelnemen. Door compartimentering (scheiding van cytoplasma in gebieden) ontstaan antagonistische reacties in verschillende delen en organoïden.

Zo wordt de synthese van eiwitten uitgevoerd in de ribosomen, en hun splitsing - in het hyaloplasma. Cellulaire regulering van de activiteit van enzymen die de tegenovergestelde biochemische reacties katalyseren, biedt niet alleen de optimale snelheid van metabolisme, maar voorkomt ook de vorming van energie-nutteloze metabolische pathways.

Multienzyme complex

De structurele en functionele organisatie van enzymen vormt het enzymatische apparaat van de cel. De meeste chemische reacties die erin voorkomen zijn onderling verbonden. Indien in een meervoudig stadium chemisch proces het product van de eerste reactie een reagens is voor de daaropvolgende reactie, is in dit geval de ruimtelijke ordening van de enzymen in de cel bijzonder uitgesproken.

Er moet worden onthouden dat enzymen door hun aard eenvoudige of complexe eiwitten zijn. En hun gevoeligheid voor het cellulaire substraat is voornamelijk toe te schrijven aan een verandering in de ruimtelijke configuratie van de tertiaire of quaternaire structuur van het peptide. Enzymen reageren ook op veranderingen, niet alleen binnen cellulaire parameters, zoals de chemische samenstelling van het hyaloplasma, de concentratie van reagentia en reactieproducten, temperatuur, maar ook veranderingen die zich voordoen in naburige cellen of in de intercellulaire vloeistof.

Waarom is de cel verdeeld in compartimenten

De redelijkheid en logica van de regeling van de levende natuur is gewoon geweldig. Dit geldt volledig voor de levens manifestaties karakteristiek van de cel. Voor een wetenschapper-chemicus is het volstrekt duidelijk dat multidirectionele enzymatische chemische reacties, bijvoorbeeld de synthese van glucose en glycolyse, niet in dezelfde buis kunnen doorgaan. Hoe ontstaan de tegenovergestelde reacties in het hyaloplasma van één cel, wat is het substraat voor hun gedrag? Het blijkt dat de cellulaire inhoud - cytosol, - waarin antagonistische chemische processen worden uitgevoerd, ruimtelijk gescheiden is en geïsoleerde loci-compartimenten vormt. Dankzij hen worden de metabolische reacties van hogere zoogdieren en mensen geregeld, en de metabolische producten worden omgezet in vormen die vrij door de septalpartities doordringen. Dan herstellen ze hun oorspronkelijke structuur. Naast cytosol worden enzymen gevonden in organellen: ribosomen, mitochondria, nucleus, lysosomen.

De rol van enzymen in energie metabolisme

Overweeg de oxidatieve decarboxylatie van pyruvaat. Regelgeving van de katalytische activiteit van enzymen daarin wordt goed bestudeerd door enzymologie. Dit biochemische proces vindt plaats in de mitochondria, de dubbelmembraanorganellen van eukaryote cellen, en is een tussenproces tussen anoxische glucosespiegeling en de Krebs-cyclus. Pyruvate dehydrogenase complex - PDH - bevat drie enzymen. Bij hogere zoogdieren en mensen voorkomt de afname met een toename van de concentratie van acetyl-CoA en NATH, dat wil zeggen als alternatieve mogelijkheden voor de vorming van acetyl-CoA-moleculen optreden. Als de cel extra energie nodig heeft en nieuwe acceptormoleculen nodig hebben om de reacties van de tricarbonzuurcyclus te verbeteren, worden de enzymen geactiveerd.

Wat is allosterische remming

Regeling van enzymactiviteit kan worden uitgevoerd door speciale stoffen - katalytische remmers. Ze kunnen covalent binden aan specifieke loci van het enzym, omzeilen van het actieve centrum. Dit leidt tot vervorming van de ruimtelijke structuur van de katalysator en leidt automatisch tot een daling van zijn enzymatische eigenschappen. Met andere woorden, allosterische regulatie van enzymactiviteit treedt op. Wij voegen er ook toe dat zo'n vorm van katalytische werking inherent is aan oligomere enzymen, dat wil zeggen die waarvan de moleculen uit twee of meer polymeer eiwit subeenheden bestaan. Het PDH-complex dat in het vorige hoofdstuk werd overwogen bevat precies drie oligomere enzymen: pyruvaatdehydrogenase, dehydrolipoyldehydrogenase en hydrolylipoyltransacetylase.

Regulerende enzymen

Studies in enzymologie hebben vastgesteld dat het tempo van chemische reacties afhankelijk is van zowel de concentratie als de activiteit van de katalysator. Meestal bevatten metabolische wegen de belangrijkste enzymen die de snelheid van reacties regelen in alle delen ervan.

Ze worden regulerend genoemd en beïnvloeden meestal de aanvankelijke reacties van het complex en kunnen ook deelnemen aan de langste chemische processen in onomkeerbare reacties, of ze gaan samen met de reagentia bij de vertakkingspunten van de metabolische weg.

Hoe wordt de interactie tussen peptiden uitgevoerd?

Een van de manieren waarop de regulering van de activiteit van enzymen in de cel voorkomt, is de eiwit-eiwit interactie. Waar hebben we het over? De toevoeging van regulerende eiwitten aan het enzymmolecuul wordt gerealiseerd, waardoor hun activatie plaatsvindt. Bijvoorbeeld is het enzymadenylaatcyclase op het binnenoppervlak van het celmembraan gelegen en kan het interageren met structuren zoals de hormoonreceptor, evenals met het tussen het en het enzym gelegen peptide. Aangezien het intermediaire eiwit zijn ruimtelijke bevestiging verandert als gevolg van de combinatie van het hormoon en de receptor, wordt deze methode om de katalytische eigenschappen van adenylaatcyclase in biochemie te verhogen "activatie door de binding van regulerende eiwitten".

Protomeren en hun rol in biochemie

Deze groep stoffen, anders genoemd proteïne kinasen, zal de overdracht van de anion PO4-3 versnellen naar de hydroxogroep van de aminozuren die de peptidemacromolecule binnengaan. De regulering van de activiteit van enzymen van protomeren zal door ons worden beschouwd met het voorbeeld van proteïne kinase A. Het molecuul, de tetramer, bestaat uit twee katalytische en twee regulerende peptide subeenheden en fungeert niet als een katalysator totdat vier moleculen cAMP zijn gehecht aan de regulatorische gebieden van het protomeer. Dit zorgt voor een transformatie van de ruimtelijke structuur van de regulerende eiwitten, die leidt tot het vrijkomen van twee geactiveerde katalytische eiwitdeeltjes, dat wil zeggen de dissociatie van protomeren optreedt. Als cAMP-moleculen gescheiden zijn van de regulerende subunits, wordt het inactieve proteïne kinase complex opnieuw gerestaureerd aan de tetramer, aangezien de associatie van katalytische en regulerende peptide deeltjes optreedt. Aldus zorgen de manieren om enzymactiviteit te regelen die hierboven wordt overwogen, hun omkeerbare karakter.

Chemische regulering van enzymactiviteit

Biochemie heeft ook dergelijke mechanismen bestudeerd voor de regulering van enzymactiviteit, zoals fosforylering, defosforylering. Het mechanisme van regulering van enzymactiviteit heeft in dit geval de volgende vorm: de aminozuurresiduen van het enzym dat OH ^- groepen bevat veranderen hun chemische modificatie door de invloed van fosfoproteïnefosfatasen op hen. In dit geval wordt de correctie gegeven aan het actieve centrum van het enzym, en voor sommige enzymen is dit de oorzaak die deze activeert, en voor anderen - de remmer. Op hun beurt worden de katalytische eigenschappen van de fosfoproteïnefosfatasen zelf gereguleerd door hormonen. Bijvoorbeeld, dierlijke zetmeel - glycogeen en vet in de tussenpozen tussen de maaltijden worden verdeeld in het maagdarmkanaal, meer precies in het duodenum onder invloed van glucagon - een pancreas enzym.

Dit proces wordt versterkt door fosforylering van trofische gastro-intestinale enzymen. In de periode van actieve spijsvertering, wanneer voedsel uit de maag in het duodenum komt, wordt de synthese van glucagon verbeterd. Insuline - een ander enzym van de alvleesklier, geproduceerd door de alfacellen van de eilandjes van Langerhans - interageert met de receptor, inclusief het mechanisme van fosforylering van dezelfde spijsverteringsenzymen.

Gedeeltelijke proteolyse

Zoals we zien, worden de niveaus van regulering van enzymactiviteit in de cel gevarieerd. Voor enzymen die zich buiten de cytosol of organoïden bevinden (in het bloedplasma of in het maagdarmkanaal), is het proces van hun activering het hydrolyse van CO-NH peptide bindingen. Het is noodzakelijk, aangezien dergelijke enzymen in een inactieve vorm worden gesynthetiseerd. Van het enzymmolecuul wordt het peptide-gedeelte gesplitst en wordt het actieve centrum onderworpen aan de overgebleven structuur van de modificatie. Dit leidt tot het feit dat het enzym "in de werkstaat staat", dat wil zeggen dat het in staat is om de loop van het chemische proces te beïnvloeden. Bijvoorbeeld, een inactief pankreas enzym, trypsinogeen, breekt de voedingseiwitten die het duodenum binnenkomen niet af. Het ondergaat proteolyse onder de werking van enteropeptidase. Daarna wordt het enzym geactiveerd en wordt nu trypsine genoemd. Gedeeltelijke proteolyse is een omkeerbaar proces. Het komt in dergelijke gevallen voor als de activatie van enzymen die polypeptiden kloppen in bloedstollingsprocessen.

De rol van de concentratie van de initiële stoffen in de stofwisseling van de cel

De regulering van de activiteit van het enzym door de toegankelijkheid van het substraat werd gedeeltelijk door ons onderzocht in de onderverdeling "Multienzyme complex". De snelheid van katalytische reacties die door verschillende fasen doorgaat, hangt sterk af van hoeveel molecules van de initiële stof in de hyaloplasma of organellen van de cel zijn. Dit komt doordat de metabolische weg rechtstreeks evenredig is aan de concentratie van het uitgangsmateriaal. Hoe meer moleculen van het reagens er in het cytosol, hoe hoger de snelheid van alle daaropvolgende chemische reacties.

Allosterische Verordening

Enzymen, waarvan de activiteit niet alleen wordt gecontroleerd door de concentratie van de initiële reagensstoffen, maar ook door de effectoren, is de zogenaamde allosterische regulering inherent. Dikwijls worden dergelijke enzymen vertegenwoordigd door intermediaire producten van metabolisme in de cel. Dankzij de effectoren is de activiteit van de enzymen gereguleerd. Biochemie heeft aangetoond dat zulke verbindingen, genaamd allosterische enzymen, zeer belangrijk zijn voor celmetabolisme, omdat ze een zeer hoge gevoeligheid hebben voor veranderingen in de homeostase. Als het enzym de chemische reactie remt, dat vermindert de snelheid ervan - het heet een negatieve effector (remmer). In het tegenovergestelde geval, wanneer er een verhoging van de reactietempo is, is het een activator, een positieve effector. In de meeste gevallen spelen de uitgangsmaterialen, dat wil zeggen de reagentia die de chemische interacties aangaan, de rol van activatoren. Eindig, producten die ontstaan als gevolg van multistadige reacties, gedragen als remmers. Dit soort regelgeving, gebouwd op de relatie tussen de concentratie van reagentia en producten, heet heterotrophic.