Reguleringen af aktiviteten af enzymer og deres måder

Som en enhed af levende materiale, der fungerer som et sæt af åbne biologiske systemer, er cellen hele tiden kommunikerer med det ydre miljø stof og energi. At opretholde homøostase i det der er en gruppe af særlige stoffer protein natur - enzymer. Struktur, funktion og regulering af aktiviteten af enzymerne studeret særlig gren biokemi, enzymologi kaldet. I denne artikel, ved hjælp af konkrete eksempler, vil vi overveje forskellige mekanismer og fremgangsmåder til regulering af aktiviteten af enzymer iboende i højere pattedyr og mennesker.

De er nødvendige for optimal enzymaktivitet betingelser

Biologisk aktive midler, der selektivt påvirker både assimilation reaktion og spaltning udviser dens katalytiske egenskaber i cellerne under visse betingelser. For eksempel er det vigtigt at finde ud af i hvilken del af cellen foregår en kemisk proces, der involverer enzymer. Due adskillelser (opdelingen af cytoplasmaet til stederne) antagonistiske reaktioner forekommer i dets forskellige dele og organeller.

Således bliver proteinsyntese udføres i ribosomerne og deres spaltning - i hyaloplasm. Cellulær aktivitet regulering af enzymer, der katalyserer biokemiske reaktioner overfor, giver ikke kun den optimale strømningshastighed af metabolisme, men også forhindrer dannelsen af energi ubrugelige metaboliske veje.

multienzymkomplekset

Strukturelle og funktionelle organisation af enzymerne, enzymatiske former enhedsceller. De fleste af de kemiske reaktioner, der finder sted i det hænger sammen. Hvis der i en flertrins kemisk proces produktet af den første reaktion er en reaktant til yderligere, i dette tilfælde er det rumlige arrangement af enzymer i cellen udtrykte særlig stærkt.

Det skal erindres, at enzymerne er af natur simpel eller komplekse proteiner. Og deres følsomhed over for cellulære substrater skyldes primært en ændring i sin egen rumlige konfiguration af tertiær eller kvaternær struktur af peptidet. Enzymer og reagere på ændringer ikke kun i cellulære parametre såsom kemisk sammensætning hyaloplasm, koncentration af reaktanter og reaktionsprodukter, temperaturen, men også af ændringer i naboceller eller i den ekstracellulære væske.

Hvorfor celle opdelt i rum

Rimelig og logisk dyreliv enhed simpelthen fantastisk. Dette gælder fuldt ud for det liv manifestationer karakteristiske af cellen. For videnskabsmand kemiker helt klart, at multidirectional enzymatiske kemiske reaktioner, for eksempel syntesen af glycolyse og glucose kan ikke fortsætte i det samme rør. Hvordan så sker det modsatte i reaktionen hyaloplasm en enkelt celle, som er substratet for deres adfærd? Det viser sig, at det cellulære indhold - cytosolen, - hvor de antagonistiske kemiske processer udføres rumligt adskilte og isolerede former loci - rum. På grund af deres metaboliske reaktioner af højere pattedyr og mennesker reguleres især præcist og metaboliske transformeres i form let trænger gennem væggene i cellesteder. Dernæst har de atter får sit oprindelige struktur. Ud over cytosolen er enzymerne indeholdt i organeller: ribosomer, mitochondrier, nucleus, lysosomer.

Rollen af enzymer i energistofskiftet

Betragt den oxidative decarboxylering af pyruvat. Regulering af katalytiske aktivitet af enzymer er det blevet godt undersøgt enzymologi. Denne biokemiske proces finder sted i mitokondrierne - dvumembrannyh organeller af eukaryote celler - og en mellemliggende proces mellem den anoxiske opdeling glucose og Krebs cyklus. Pyruvatdehydrogenasekomplekset - PDH - indeholder tre enzym. I højere pattedyr og mennesker reducere sin sker med stigende koncentration af acetyl-CoA og NATH, dvs. i tilfælde af alternative uddannelsesmuligheder molekyler af acetyl-CoA. Hvis cellen har brug for flere dele af energi og kræver nye acceptormolekyler til amplifikationsreaktioner tricarboxylsyrecyklussen enzymerne aktiveret.

Hvad er allosterisk inhibering

Regulering af aktiviteten af enzymer kan udføres med specielle stoffer - katalytiske hæmmere. De kan være kovalent bundet til specifikke loci enzym, uden dets aktive sted. Dette fører til en rumlig deformation af katalysatorstrukturen og medfører en reduktion af dens enzymatiske egenskaber automatisk. Med andre ord er der allosterisk regulering af enzymaktivitet. Vi tilføjer også, at denne form for katalytisk action iboende oligomere enzymer, det vil sige dem, hvis molekyler består af to eller flere polymere proteinunderenheder. PDH-komplekset diskuteret i det foregående titel blot indeholder tre oligomert enzym: pyruvatdehydrogenase, et dehydrogenase og degidrolipoil gidrolipoil transatsetilazu.

regulatoriske enzymer

Forskning i Enzymology fastslået kendsgerning, at hastigheden af kemiske reaktioner afhænger både af koncentrationen og aktiviteten af katalysatoren. Oftest de store metaboliske veje indeholde enzymer, der regulerer reaktionshastigheden på alle sine sider.

De kaldes regulerende og normalt påvirker den indledende reaktion af komplekset, og kan deltage i de fleste af langsomme kemiske processer i en irreversibel reaktion, eller slutte reaktanterne ved forgreningspunkter i en metabolisk vej.

Hvordan er peptidet interaktion

En fremgangsmåde, ved hvilken reguleringen af enzymaktiviteten sker i en celle er en protein-protein interaktion. Hvad er det? Regulatoriske proteiner fusioneres til enzymmolekylet, hvorved deres aktivering. For eksempel adenylatcyclaseenzymet placeret på den indre overflade af cellemembranen og kan interagere med sådanne strukturer som hormonreceptor og peptidet anbragt mellem den og enzymet. Da den resulterende forbindelse hormonreceptor skifter protein mellemliggende rumlige bekræftelse, er denne fremgangsmåde til forbedring af de katalytiske egenskaber af adenylatcyclase i biokemi kaldes "aktivering grund tiltrædelsesforhandlinger regulatoriske proteiner."

Protomerer og deres rolle i biokemi

Denne gruppe af stoffer, ellers kaldet proteinkinaser, fremskynde overførslen af anionen _PO4 ^3- gidroksogrupp aminosyre, som hører til et peptid makromolekyle. Regulering af aktiviteten af enzymer protomerer vil blive behandlet af os som et eksempel på proteinkinase A. Det molekyle - tetramer er sammensat af to katalytiske og to regulatoriske underenheder og peptidet fungerer ikke som katalysatoren, så længe den regulatoriske region for protomer fastgjort en fire cAMP molekyle. Dette forårsager transformation af den rumlige struktur af regulatoriske proteiner, hvilket fører til frigivelsen af to katalytiske aktiverede proteinpartikler, dvs. dissociation protomerer. Hvis adskilt fra de regulatoriske underenheder af cAMP molekyle, proteinkinase inaktivt kompleks igen gendannet til en tetramer, som forekommer Association katalytiske og regulatoriske peptidpartikler. Således måde reguleringen af enzymaktiviteten diskuteret ovenfor giver deres reversible natur.

Kemisk regulering af enzymaktivitet

Biokemi og studeret disse mekanismer for regulering af enzymaktivitet, phosphorylering, dephosphorylering. Mekanismen for regulering af enzymaktivitet i dette tilfælde har følgende form: aminosyrerester af de enzymholdige OH ^-, ændre deres kemiske modifikation grund af udsættelse for fosfoproteinfosfataz. I dette tilfælde korrektion modtagelig for det aktive sted på enzymet, hvor enzymerne eller anden grund er det aktiverer dem og for andre - hæmmende. fosfoproteinfosfataz katalytiske egenskaber selv er reguleret af hormoner i sving. Fx animalsk stivelse - glycogen - og fedt i mellem måltiderne nedbrydes i mave-tarmkanalen, eller mere præcist, i tolvfingertarmen under indflydelse af glucagon - pancreas enzym.

Denne proces forstærkes ved phosphorylering af trofiske gastrointestinale enzymer. I den aktive periode fordøjelse når maden kommer ind fra maven ind i tolvfingertarmen, er glucagon syntese forbedres. Insulin - et pancreatisk enzym produceret af alfa-celler i de Langerhanske øer, - vekselvirker med receptoren, herunder phosphorylering af den samme mekanisme af fordøjelsesenzymer.

partiel proteolyse

Som man kan se, reguleringsniveauer af enzymaktivitet i cellen varieres. For enzymer, der er uden for cytosolen eller organeller (i blodplasma eller i mave-tarmkanalen), fremgangsmåden til aktivering er processen med hydrolyse af peptidbindinger CO-NH. Det kræves, eftersom sådanne enzymer syntetiseres i en inaktiv form. Molekyle spaltes af enzymet peptiddelen og resten er genstand for ændringer af strukturen af det aktive sted. Dette fører til det faktum, at enzymet "indbefatter et arbejdsvilkår", det vil sige er i stand til at påvirke forløbet af den kemiske proces. For eksempel inaktivt enzym pancreas trypsinogen ikke spalter proteiner fødevarer kommer ind i tolvfingertarmen. Den finder sted under påvirkning af enteropeptidase proteolyse. Hvorefter enzymet aktiveres og kaldes nu trypsin. Partiel proteolyse - processen er reversibel. Det forekommer i tilfælde som aktiveringen af enzymer, der nedbryder polypeptider i blodpropper.

Rolle koncentration af udgangsmaterialerne i cellemetabolismen

Regulering af aktiviteten af enzymet substrattilgængelighed set delvis i kontakt undertekst "multienzymkomplekset." Hastigheden af katalytiske reaktioner, der finder sted i flere trin, er meget afhængig af antallet af molekyler af udgangsmaterialet er i hyaloplasm celler eller organeller. Dette skyldes det faktum, at hastigheden af den metaboliske vej er direkte proportional med koncentrationen af udgangsmaterialet. De større reaktantmolekyler placeret i cytosolen, jo højere hastigheden af alle de efterfølgende kemiske reaktioner.

allosterisk regulering

Enzymer, hvis aktivitet reguleres ikke kun af koncentrationen af de udgangsmaterialer, reagenser, men også de effektorstoffer, kendetegnet ved den såkaldte allosterisk regulering. De fleste af disse enzymer er præsenteret med mellemprodukter fra fremstillingen af metabolisme i cellen. På grund af de effektorer og gennemført reguleringen af enzymaktiviteten. Biokemi viste, at disse forbindelser, kaldet allosteriske enzymer meget vigtigt for metabolismen af celler, da de har en ekstremt høj følsomhed over for ændringer i dets homeostase. Hvis enzymet inhiberer den kemiske reaktion, dvs. reducerer den sin hastighed - det kaldes en negativ effektor (inhibitor). I det modsatte tilfælde, når der er en forøgelse af reaktionshastigheden, det kommer til aktivatoren - en positiv effektor. I de fleste tilfælde udgangsmaterialerne, dvs. reaktanterne indgår i kemiske interaktioner spiller en rolle aktivatorer. Selvfølgelig produkter dannet ved flertrins reaktioner opfører sig som inhibitorer. Denne type regulering beregnet på forholdet af koncentrationen af reaktanter og produkter, kaldet heterotrof.