Urejanje encimske dejavnosti in njihovih metod

Kot enota žive snovi, ki deluje kot kompleks odprtih biosistemov, celica stalno izmenjuje snovi in ​​energijo z zunanjim okoljem. Za ohranitev homeostaze v njej obstaja skupina posebnih snovi beljakovin narave - encimi. Strukturo, funkcije in regulacijo encimske aktivnosti proučuje posebna veja biokemije, imenovana encimologija. V tem članku bomo na konkretnih primerih preučili različne mehanizme in metode za uravnavanje encimske aktivnosti, ki so sestavni del višjih sesalcev in ljudi.

Pogoji, potrebni za optimalno aktivnost encimov

Biološko aktivne snovi, ki selektivno vplivajo na asimilacijske reakcije in cepitev, kažejo katalitične lastnosti v celicah pod določenimi pogoji. Na primer, pomembno je ugotoviti, kateri del celice pušča kemični proces, v katerih sodelujejo encimi. Zaradi kompartmentalizacije (citoplazemske delitve na odseke) se v različnih delih in organoidih pojavijo antagonistične reakcije.

Tako se sinteza proteinov izvaja v ribosomih in njihovo cepitev - v hialoplazmi. Celična regulacija aktivnosti encimov, ki katalizirajo nasprotne biokemijske reakcije, ne zagotavlja samo optimalne stopnje presnove, ampak tudi preprečuje nastanek energetsko neuporabnih metaboličnih poti.

Multienzyme kompleks

Strukturna in funkcionalna organizacija encimov tvori encimski aparat celice. Večina kemičnih reakcij, ki se pojavljajo v njej, so med seboj povezane. Če je v večstopenjskem kemičnem procesu produkt prve reakcije reagent za nadaljnjo reakcijo, je v tem primeru prostorsko razporeditev encimov v celici še posebej izrazita.

Treba je opozoriti, da so encimi, ki jih narava preproste ali kompleksne beljakovine. In njihove občutljivosti na celičnih substratov predvsem posledica sprememb v svojem prostorskem konfiguracijo terciarne ali kvartarne strukturo peptida. Encimi in odziva na spremembe, ne samo v celičnih parametrov, kot so kemična sestava hyaloplasm, koncentracija reaktantov in reakcijskih produktov, temperature, temveč tudi do sprememb v sosednjih celic ali v ekstracelularni tekočini.

Zakaj je celica razdeljena na predelke

Razumnost in logika ureditve živih bitij je preprosto čudovita. To v celoti velja za življenjske manifestacije, značilne za celico. Za znanstvenika-kemika je povsem jasno, da večstranske encimske kemične reakcije, na primer sinteza glukoze in glikolize, ne morejo potekati v isti cevi. Kako se torej pojavijo nasprotne reakcije v hialoplazmi ene celice, ki je podlaga za njihovo ravnanje? Izkaže se, da je celična vsebnost - citosol, - v kateri se izvajajo antagonistični kemični procesi, prostorsko ločeni in oblikujeta izolirane loci - oddelke. Zahvaljujoč njih so metabolične reakcije višjih sesalcev in ljudi urejene posebej natančno, produkti presnove pa se preoblikujejo v oblike, ki svobodno prodirajo skozi septične razdelke celičnih mest. Nato obnovijo svojo prvotno strukturo. Poleg citosola so encimi v organelih: ribosomi, mitohondriji, jedro, lizosomi.

Vloga encimov v energetskem presnovanju

Razmislimo oksidativno dekarboksilacijo piruvata. Regulacija katalitske aktivnosti encimov v njem dobro preučuje z encimi. Ta biokemični proces poteka v mitohondriji - organih dual-membrane eukariotskih celic - in je vmesni proces med anoksičnim razcepljenjem glukoze in Krebsov cikel. Kompleks piruvat dehidrogenaze - PDH - vsebuje tri encime. Pri višjih sesalcih in ljudeh se zmanjšuje s povečanjem koncentracije acetil-CoA in NATH, to je v primeru pojava alternativnih možnosti za nastanek molekul acetil-CoA. Če celica zahteva dodaten del energije in zahteva nove akceptorske molekule za izboljšanje reakcij cikla trikarboksilne kisline, se aktivirajo encimi.

Kaj je alosterična inhibicija

Regulacijo encimske aktivnosti lahko izvajamo s posebnimi snovmi - katalitskimi inhibitorji. Lahko se kovalentno vežejo na specifične lojze encima, ki mimo svojega aktivnega središča. To povzroči deformacijo prostorske strukture katalizatorja in samodejno povzroči zmanjšanje njegovih encimskih lastnosti. Z drugimi besedami pride do alosterske regulacije encimske aktivnosti. Dodamo tudi, da je takšna oblika katalitskega delovanja inherentna v oligomernih encimih, to je tistih, katerih molekule so sestavljene iz dveh ali več polimernih beljakovinskih podenot. Kompleks PDH, obravnavan v prejšnjem poglavju, vsebuje natanko tri oligomerne encime: piruvat dehidrogenazo, dehidrolipoil dehidrogenazo in hidrolilipoil transacetilazo.

Regulatorni encimi

Študije iz encimologije so ugotovile, da je stopnja kemičnih reakcij odvisno od koncentracije in od aktivnosti katalizatorja. Najpogosteje metabolne poti vsebujejo glavne encime, ki uravnavajo reakcijska hitrost na vseh njegovih področjih.

Imenujejo se regulatorni in običajno vplivajo na začetne reakcije kompleksa in lahko sodelujejo tudi pri najmanjših kemičnih procesih v nepopravljivih reakcijah ali pa se pridružijo reagentom na vejnih točkah metabolične poti.

Kako se izvaja peptidna interakcija?

Eden od načinov, kako se pojavlja regulacija aktivnosti encimov v celici, je interakcija beljakovinskih proteinov. O čem govorimo? Dodajanje regulativnih proteinov v encimsko molekulo je realizirano, zaradi česar pride do njihovega aktiviranja. Na primer, adenilat ciklaze encim nahaja na notranji površini celične membrane in se lahko medsebojno delujejo z take strukture, kot hormonski receptor in peptida razporejen med njim in encimom. Ker nastalo receptorja spojina hormon spremeni svojo proteinski vmesni prostorsko potrditev, je ta metoda krepitve katalitskih lastnosti adenilat ciklaze v biokemije imenujejo "aktiviranje zaradi pristopna regulatorni proteini."

Protomeri in njihova vloga v biokemiji

Ta skupina snovi, sicer imenovane protein kinaze, bo pospešila transport aniona PO₄^3- gidroksogrupp aminokislina, ki spada v peptidni makromolekule. Regulacija aktivnosti encimov promotorjev bo obravnavala nas kot primer protein-kinaze A. molekula - tetramer je sestavljen iz dveh katalitsko in dveh regulatornih podenot in peptidom ne deluje kot katalizator, dokler regulatorna regija za promotorja vezana molekule štiri- cAMP. To povzroča transformacijo prostorske strukture regulacijskih proteinov, kar vodi do sproščanja dveh katalizatorjev aktiviranega proteina delcev, tj disociacije promotorjev. Če ločeno od regulatornih podenot cAMP molekule, protein kinaza neaktiven kompleks ponovno obnovljena tetramer, ko pride pridružitvenega katalitične in regulatornih peptidov delcev. Tako zgoraj navedeni načini uravnavanja encimske aktivnosti zagotavljajo njihov reverzibilni značaj.

Kemijska regulacija encimske aktivnosti

Biokemija je proučila tudi takšne mehanizme za uravnavanje delovanja encimov, kot so fosforilacija, deposforilacija. Mehanizem uravnavanja encimske aktivnosti v tem primeru ima naslednjo obliko: aminokislinske ostanke encima, ki vsebujejo skupine OH^-, spremenijo svojo kemično spremembo zaradi vpliva fosfoproteinskih fosfataz na njih. V tem primeru je popravek aktivni encimski center, in pri nekaterih encimov, je to razlog, njihovo aktiviranje in za druge - za zaviranje. fosfoproteinfosfataz katalitičnih lastnosti same ureja hormonov v vrsti. Na primer, živalski škrob - glikogena - in maščob med obroki se razgradijo v prebavnem traktu, ali natančneje, v dvanajstniku pod vplivom glukagona - trebušne slinavke encima.

Ta proces je okrepljen s fosforilacijo trofičnih gastrointestinalnih encimov. V obdobju aktivne prebave, ko hrana pride iz želodca v dvanajsternik, se sinteza glukagona okrepi. Inzulin - ena pankreasa encima alfa celicah Langerhansovih otočkov, - interakcije z receptorjem, vključno fosforilacijo enakim mehanizmom prebavnih encimov.

Delna proteoliza

Kot lahko vidimo, so ravni uravnavanja encimske aktivnosti v celici različni. Za encime, ki so zunaj citosola ali organoidov (v krvni plazmi ali v prebavilih), je postopek njihove aktivacije proces hidrolize CO-NH peptidnih vezi. Potrebno je, saj se taki encimi sintetizirajo v neaktivni obliki. Peptidni del se odklopi iz encimske molekule, aktivni center pa se spremeni v preostali strukturi modifikacije. To vodi k dejstvu, da encim "vstopi v delovno stanje", to pomeni, da lahko vpliva na potek kemičnega procesa. Na primer, neaktivni encim pankreasa, tripsinogen, ne razgrajuje beljakovin, ki vstopajo v dvanajsternik. Pod vplivom enteropeptidaze podvržemo proteolizi. Po tem se aktivira encim in se zdaj imenuje tripsin. Delna proteoliza je reverzibilen proces. Pojavijo se v primerih, ko je aktivacija encimov, ki cepijo polipeptide v postopkih koagulacije krvi.

Vloga koncentracije začetnih snovi v metabolizmu celice

Regulacijo aktivnosti encima z dostopnostjo substrata smo delno pregledali v podnaslovu "Multi-encimski kompleks". Stopnja katalitskih reakcij, ki potekajo v več stopnjah, je močno odvisna od tega, koliko molekul začetne snovi je v hialoplazmi ali organelih celice. To je posledica dejstva, da je stopnja metabolne poti neposredno sorazmerna koncentraciji izhodnega materiala. Več molekul reagenta je v citosolu, večja je hitrost vseh nadaljnjih kemičnih reakcij.

Allosteric Regulation

Encimi, katerih aktivnost je pod nadzorom ne le s koncentracijo izhodnimi materiali, reagenti, temveč tudi efektorskih učinkovin, označen s tako imenovanim alosterično uredbi. Pogosteje takšne encime predstavljajo vmesni produkti metabolizma v kletki. Zahvaljujoč efektorjem je regulirana aktivnost encimov. Biokemije so pokazali, da so te spojine, imenovane alosterični encimi zelo pomemben za presnovo celic, saj imajo zelo visoko občutljivost na spremembe v svojem telesu. Če encim zavira kemično reakcijo, to pomeni, zmanjša njegovo hitrost - se imenuje negativni efektor (zaviralec). V nasprotnem primeru, ko se poveča hitrost reakcije, je aktivator, pozitiven efektor. V večini primerov imajo izhodiščni materiali, to je reagenti, ki vstopajo v kemijske interakcije, vlogo aktivatorjev. Končni produkti, ki nastanejo kot rezultat večstopenjskih reakcij, se obnašajo kot inhibitorji. Ta vrsta regulacije, ki temelji na razmerju med koncentracijo reagentov in produktov, se imenuje heterotrofna.