Reguleringen av aktiviteten til enzymer og deres veier

Som en enhet av levende materie, som fungerer som et sett med åpne biologiske systemer, blir celle stadig kommuniserer med det ytre miljø substans og energi. For å opprettholde homeostase i det der er en gruppe av spesielle forbindelser av proteinnatur - enzymer. Struktur, funksjon og regulering av aktiviteten av enzymene studert spesiell gren biokjemi, enzymologi kalt. I denne artikkelen, ved hjelp av konkrete eksempler, vil vi vurdere ulike mekanismer og fremgangsmåter for å regulere aktiviteten av enzymer som ligger i større pattedyr og mennesker.

De betingelser som er nødvendige for optimal enzymaktivitet

Biologisk aktive midler som selektivt påvirker både assimilering reaksjon og spaltning utviser sine katalytiske egenskaper i cellene under visse forhold. For eksempel, er det viktig å finne ut i hvilken del av cellen finner sted en kjemisk prosess, som innebærer enzymer. På grunn romoppdelingen (delingen av cytoplasma til områder) antagonistiske reaksjoner finner sted i de forskjellige deler og organeller.

Således blir proteinsyntesen utføres i ribosomene og deres avspaltning - i hyaloplasm. Cellulær aktivitet regulering av enzymer som katalyserer overfor biokjemisk reaksjon gir ikke bare optimal strømningshastighet på stoffskiftet, men hindrer også dannelse av energi unyttig metabolske veier.

Multienzyme kompleks

Strukturell og funksjonell organisering av enzymene, enzymatiske former enhetsceller. De fleste av de kjemiske reaksjoner som foregår i det henger sammen. Dersom det i en flertrinns kjemisk prosess produkt fra den første reaksjonen er en reaktant for ytterligere, i dette tilfellet, er den romlige anordning av enzymer i cellen uttrykt særlig sterkt.

Det må huskes på at de enzymer som er av natur enkle eller komplekse proteiner. Og deres følsomhet til cellulære substrater, hovedsakelig på grunn av en endring i sin egen romlige konfigurasjon av tertiær eller kvaternær struktur av peptidet. Enzymer og reagere på endringer ikke bare i cellulære parametere, slik som kjemisk sammensetning hyaloplasm, konsentrasjonen av reaktanter og reaksjonsprodukter, temperaturen, men også av endringer i nabocellene eller i den ekstracellulære væske.

Hvorfor celle delt inn i avdelinger

Rimelig og logisk dyreliv enhet rett og slett fantastisk. Dette gjelder fullt ut hvilke livs manifestasjoner som er karakteristiske for cellen. For forsker kjemiker helt klart at flerretning enzymatiske kjemiske reaksjoner, for eksempel syntese av glykolyse og glukose kan ikke fortsette i det samme rør. Hvorledes skjer det motsatte i reaksjons hyaloplasm en enkelt celle, som er substratet for deres oppførsel? Det viser seg at de cellulære innholdet - det cytosolen, - karakterisert ved at de antagonistiske kjemiske prosesser utføres romlig adskilte og isolerte former loci - kammere. På grunn av deres metabolske reaksjoner av høyere pattedyr og mennesker er regulert særlig nøyaktig, og metabolske produkter omdannes til form, lett trenger gjennom veggene i cellesentre. Neste, de gjenopprette sin opprinnelige struktur. I tillegg til cytosol, enzymer som inneholdes i organeller: ribosomene, mitokondrier, kjerne, lysosomer.

Rollen av enzymer i energimetabolisme

Tenk oksidative dekarboksylering av pyruvat. Regulering av katalytisk aktivitet av enzymer som er blitt godt undersøkt Enzymology. Dette biokjemisk prosess finner sted i mitokondriene - dvumembrannyh organeller eukaryote celler - og en mellomliggende prosess mellom den anoksiske splitting glukose og Krebs-syklusen. Pyruvat dehydrogenase-komplekset - PDH - inneholder tre enzym. I større pattedyr og mennesker redusere dens skjer med økende konsentrasjon av acetyl-CoA og NATH, det vil si i tilfellet av alternative utdanningsmuligheter molekyler av acetyl-CoA. Hvis cellen trenger flere porsjoner av energi og krever nye akseptormolekyler for amplifikasjonsreaksjoner trikarboksylsyre cyklusen, blir enzymene aktiveres.

Hva er allosterisk hemming

Regulering av aktiviteten til enzymer som kan bli utført med spesielle stoffer - katalytiske inhibitorer. De kan være kovalent bundet til spesifikke loki enzym, utenom dets aktive sete. Dette fører til en romlig deformasjon av katalysatorstrukturen og automatisk medfører en reduksjon i dets enzymatiske egenskaper. Med andre ord, det er allosterisk regulering av enzymaktivitet. Vi legger også til at denne form for katalytisk virkning iboende oligomere enzymer, det vil si de hvis molekyler består av to eller flere polymere protein subenheter. PDH-komplekset omtalt i det foregående tittel er bare inneholder tre oligomere enzym: pyruvat dehydrogenase, en dehydrogenase og degidrolipoil gidrolipoil transatsetilazu.

regulerende enzymer

Research in Enzymology etablert faktum at frekvensen av kjemiske reaksjoner som er avhengig både av konsentrasjonen og aktiviteten av katalysatoren. Oftest hoved-metabolske baner inneholder enzymer som regulerer reaksjonshastigheten ved alle sine områder.

De kalles regulatoriske og vanligvis påvirke den innledende reaksjon av komplekset, og kan delta i de fleste av langsomme kjemiske prosesser i en irreversibel reaksjon, eller bli reaktantene ved forgreningspunktene i en metabolsk reaksjonsvei.

Hvordan er peptid interaksjon

Én metode ved hvilken reguleringen av enzymaktivitet forekommer i en celle er en protein-protein-interaksjon. Hva er det? Regulatoriske proteiner er fusjonert til enzymmolekylet, hvorved deres aktivering. For eksempel, den adenylatsyklase enzymet lokalisert på den indre overflaten av cellemembranen, og kan vekselvirke med slike strukturer som hormonreseptor, og peptidet som er anordnet mellom den og enzymet. Siden den resulterende forbindelse hormonreseptor forandrer dets proteinmellomliggende romlig bekreftelse, er denne fremgangsmåte for å forbedre de katalytiske egenskaper av adenylatcyklase i biokjemi kalles "aktivering på grunn av deponerings regulatoriske proteiner."

Protomere og deres rolle i biokjemi

Denne gruppe av stoffer, ellers kalt proteinkinaser, akselerere overføringen av anionet PO ₄ ^3- gidroksogrupp aminosyren hører til et peptid makromolekyl. Regulering av aktiviteten til enzymer protomere vil bli vurdert av oss som et eksempel på protein-kinase A. Det molekyl - tetramer er sammensatt av to katalytiske og to regulatoriske underenheter og peptid fungerer ikke som en katalysator, så lenge som det regulatoriske område for protomer festet en fire cAMP molekyl. Dette fører til transformasjon av den romlige strukturen av regulatoriske proteiner, noe som fører til frigivelse av to katalytiske aktiverte proteinpartikler, dvs. dissosiasjon protomerer. Når det er adskilt fra de regulatoriske underenheter av cAMP-molekyl, proteinkinase inaktivt kompleks igjen gjenopprettet til en tetramer, som forekommer Association katalytisk og regulerende peptid partikler. Således, slik regulering av enzymaktiviteten beskrevet ovenfor gir sin reversible natur.

Kjemisk regulering av enzymaktivitet

Biokjemi og studert disse mekanismer for regulering av enzymaktivitet, fosforylering, defosforylering. Mekanismen for regulering av enzymaktivitet i dette tilfellet har følgende form: aminosyrerester av enzymet som inneholder OH ^-, endrer deres kjemisk modifikasjon på grunn av eksponering til fosfoproteinfosfataz. I dette tilfellet, korreksjon mottagelig for den aktive stilling av enzymet, karakterisert ved at enzymene av en eller annen grunn er det å aktivere dem og for andre - hemmende. fosfoproteinfosfataz katalytiske egenskaper selv er regulert av hormoner i omdreining. For eksempel, dyr stivelse - glykogen - og fett mellom måltidene brytes ned i fordøyelseskanalen, eller mer presist, i tolvfingertarmen under innvirkning av glukagon - bukspyttkjertelenzymet.

Denne prosess forsterkes ved fosforylering av trofiske gastrointestinale enzymer. I den aktive periode av fordøyelsen når mat kommer inn fra magesekken inn i tolvfingertarmen, er glukagon syntese forbedret. Insulin - en pankreas-enzym som produseres av de alfa-celler i de Langerhanske øyer, - interagerer med reseptoren, inkludert fosforylering av den samme mekanisme av fordøyelsesenzymer.

partiell proteolyse

Som man kan se, er nivåene av regulering av enzymaktivitet i cellen varieres. For enzymer som er utenfor det cytosolen eller organeller (i blodplasma eller i mage-tarmkanalen), hvor fremgangsmåten aktiverings er prosessen med hydrolyse av peptidbindinger CO-NH. Det er nødvendig, siden slike enzymer er syntetisert i en inaktiv form. Molekyl spaltes av enzymet peptiddelen og resten er gjenstand for modifisering av strukturen av det aktive sete. Dette fører til det faktum at enzymet "omfatter en driftstilstand", det vil si, er i stand til å påvirke forløpet av den kjemiske prosessen. For eksempel, den inaktive enzymet pankreatisk trypsinogen ikke spalter proteiner mat kommer inn i tolvfingertarmen. Det skjer under påvirkning av enteropeptidase proteolyse. Etter som enzymet er aktivert og er nå kalt trypsin. Delvis proteolyse - prosessen er reversibel. Det forekommer i tilfeller slik som aktivering av enzymer som bryter ned polypeptider i blodlevring.

Rolle av konsentrasjonen av utgangsmaterialene i cellemetabolismen

Regulering av aktiviteten av enzym-substratet tilgjengeligheten sett delvis i kontakt undertittel "-multi kompleks". Hastigheten av katalytiske reaksjoner som finner sted i flere trinn, er svært avhengig av antall molekyler av utgangsmaterialet er i hyaloplasm celler eller organeller. Dette skyldes det faktum at hastigheten av den metabolske veien er direkte proporsjonal med konsentrasjonen av utgangsmaterialet. De større reaktantmolekylene lokalisert i cytosolen, jo høyere hastighet av alle de etterfølgende kjemiske reaksjoner.

allosterisk regulering

Enzymer hvis aktivitet styres ikke bare av konsentrasjonen av utgangsmaterialene, reagenser, men også effektorcellene stoffer, karakterisert ved den såkalte allosterisk regulering. De fleste av disse enzymer er vist med mellomprodukter i metabolisme i cellen. På grunn av effektorene og gjennomføres reguleringen av enzymaktivitet. Biokjemi vist at disse forbindelsene, kalt allosteriske enzymer er meget viktig for metabolismen av celler, som de har en ekstremt høy følsomhet for endringer i dens homeostase. Dersom enzymet hemmer den kjemiske reaksjon, dvs. den reduserer sin hastighet - det kalles en negativ effektorcelle (inhibitor). I motsatt fall, når det er en økning i reaksjonshastigheten, kommer det til aktivatoren - en positiv effektor. I de fleste tilfeller kan utgangsmaterialene, dvs. reaktantene som kommer inn i kjemiske interaksjoner spiller en rolle aktivatorer. Selvfølgelig, produkter fremstilt ved en flertrinns-reaksjoner opptre som inhibitorer. Denne type regulering er konstruert på forholdet mellom konsentrasjonen av reaktanter og produkter, kalt heterotrof.