Peraturan aktiviti enzim dan cara-cara mereka

Sebagai unit jirim hidup, yang berfungsi sebagai satu set sistem biologi terbuka, sel yang sentiasa berkomunikasi dengan alam sekitar bahan dan tenaga luar. Untuk mengekalkan homeostasis di dalamnya terdapat sekumpulan bahan-bahan khas alam protein - enzim. Struktur, fungsi dan pengawalseliaan aktiviti enzim dikaji biokimia cawangan khas, enzymology dipanggil. Dalam artikel ini, dengan menggunakan contoh-contoh konkrit, kita akan mempertimbangkan pelbagai mekanisme dan kaedah mengawal selia aktiviti enzim yang terdapat dalam mamalia lebih tinggi dan manusia.

Syarat-syarat yang perlu bagi aktiviti enzim yang optimum

agen biologi aktif yang terpilih menjejaskan kedua-dua tindak balas asimilasi dan belahan mempamerkan sifat-sifat sebagai pemangkin dalam sel-sel di bawah syarat-syarat tertentu. Sebagai contoh, ia adalah penting untuk mengetahui di bahagian mana sel mengambil tempat proses kimia, yang melibatkan enzim. compartmentation kerana (pembahagian sitoplasma ke laman web) reaksi bermusuhan berlaku di pelbagai bahagian dan organ-organnya.

Oleh itu, sintesis protein dijalankan dalam ribosom dan perpecahan mereka - di hyaloplasm. peraturan aktiviti selular enzim yang memangkinkan tindak balas biokimia yang bertentangan, bukan sahaja menyediakan kadar aliran optimum metabolisme, tetapi juga menghalang pembentukan tenaga laluan metabolik yang tidak berguna.

kompleks multienzyme

struktur organisasi dan fungsi enzim, enzim sel unit bentuk. Sebahagian besar daripada tindak balas kimia yang berlaku di dalamnya adalah saling berkaitan. Jika dalam produk proses kimia yang berbilang tindak balas yang pertama adalah bahan tindak balas bagi lagi, dalam kes ini, susunan ruang enzim dalam sel dinyatakan terutamanya kuat.

Perlu diingat bahawa enzim adalah mengikut peraturan yang mudah atau protein kompleks. Dan kepekaan mereka kepada substrat selular disebabkan terutamanya oleh perubahan dalam konfigurasi spatial sendiri struktur pengajian tinggi atau terdiri dr empat peptida. Enzim dan bertindak balas terhadap perubahan bukan sahaja dalam parameter sel seperti hyaloplasm komposisi kimia, kepekatan bahan tindak balas dan hasil tindak balas, suhu, tetapi juga untuk perubahan dalam sel-sel jiran atau dalam cecair extracellular.

Mengapa sel dibahagikan kepada petak

peranti hidupan liar yang munasabah dan logik hanya menakjubkan. Ini terpakai sepenuhnya kepada manifestasi kehidupan ciri sel. Bagi ahli sains kimia cukup jelas bahawa tindak balas kimia enzim pelbagai arah, sebagai contoh sintesis glikolisis dan glukosa tidak boleh meneruskan dalam tiub yang sama. Bagaimana, maka, sebaliknya berlaku pada hyaloplasm tindak balas sel tunggal, yang merupakan substrat untuk perbuatan mereka? Ia ternyata bahawa kandungan selular - cytosol, - di mana proses kimia bermusuhan dijalankan spatial dipisahkan dan bentuk terpencil lokus - bahagian. Disebabkan oleh tindak balas metabolik mereka mamalia yang lebih tinggi dan manusia dikawal selia terutamanya dengan tepat, dan produk metabolik diubah menjadi bentuk, mudah menembusi melalui dinding tapak sel. Seterusnya, mereka memulihkan struktur asalnya. Selain cytosol, enzim yang terkandung dalam organel: ribosom, mitokondria, nukleus, lysosomes.

Peranan enzim dalam metabolisme tenaga

Pertimbangkan decarboxylation oksidatif pyruvate. Peraturan aktiviti pemangkin enzim ia telah juga dikaji enzymology. Proses biokimia berlaku dalam mitokondria - organel dvumembrannyh sel eukariot - dan proses perantaraan antara glukosa pemisahan anoxic dan kitaran Krebs. Piruvat kompleks dehidrogenase - PDH - mengandungi tiga enzim. Dalam mamalia lebih tinggi dan manusia mengurangkan ia dijalankan dengan peningkatan kepekatan acetyl-CoA dan Nath, iaitu dalam hal peluang pendidikan alternatif molekul asetil-CoA. Jika sel memerlukan lebih banyak bahagian tenaga dan memerlukan molekul penerima baru bagi reaksi amplifikasi tricarboxylic kitaran asid, enzim diaktifkan.

Apa yang perencatan allosteric

Peraturan aktiviti enzim boleh dilakukan dengan bahan-bahan khas - inhibitors pemangkin. Mereka boleh kovalen dikaitkan dengan lokus enzim tertentu, tanpa melalui tapak aktif. Ini membawa kepada ubah bentuk spatial struktur pemangkin dan secara automatik melibatkan pengurangan dalam sifat-sifat enzim itu. Dalam erti kata lain, ada peraturan allosteric aktiviti enzim. Kami juga menambah bahawa ini bentuk tindakan pemangkin enzim oligomerik wujud, iaitu orang-orang yang molekul terdiri daripada dua atau lebih subunit protein polimer. PDH-kompleks dibincangkan dalam tajuk sebelum ini hanya mengandungi tiga enzim oligomerik: dehidrogenase pyruvate, yang dehidrogenase dan degidrolipoil gidrolipoil transatsetilazu.

enzim kawal selia

Penyelidikan dalam Enzymology ditubuhkan hakikat bahawa kadar tindak balas kimia bergantung pada kedua-dua kepekatan dan aktiviti pemangkin. Selalunya, laluan metabolik utama mengandungi enzim yang mengawal kadar tindak balas di semua tapak itu.

Mereka dipanggil peraturan dan biasanya memberi kesan kepada reaksi awal kompleks, dan boleh mengambil bahagian dalam kebanyakan proses kimia perlahan dalam reaksi tidak dapat dipulihkan, atau menyertai bahan tindak balas di tempat-cawangan di laluan metabolik.

Bagaimana interaksi peptida

Salah satu kaedah yang mana peraturan aktiviti enzim berlaku di dalam sel ialah interaksi protein-protein. Apa yang ia? protein peraturan digabungkan kepada molekul enzim, di mana pengaktifan mereka. Sebagai contoh, enzim adenylate cyclase di permukaan dalam membran sel dan boleh berinteraksi dengan struktur seperti reseptor hormon dan peptida yang dilupuskan antara ia dan enzim. Sejak menyebabkan hormon kompaun reseptor perubahan protein perantaraan pengesahan spatial, kaedah ini meningkatkan sifat-sifat pemangkin adenylate cyclase dalam biokimia dipanggil "pengaktifan kesertaan kerana protein peraturan."

Protomers dan peranan mereka dalam biokimia

Ini kumpulan bahan, jika tidak dipanggil kinases protein, mempercepatkan pemindahan anion PO ₄ ^3- asid amino gidroksogrupp milik seorang makromolekul peptida. Peraturan aktiviti enzim protomers akan dipertimbangkan oleh kami sebagai contoh protein kinase A. Ia molekul - tetramer terdiri daripada dua pemangkin dan dua subunit kawal selia dan peptida tidak berfungsi sebagai pemangkin selagi kawasan pengawalseliaan bagi protomer dilampirkan molekul empat kem. Ini menyebabkan perubahan struktur ruang protein kawal selia, yang membawa kepada pembebasan dua zarah protein diaktifkan pemangkin, iaitu protomers penceraian. Jika berasingan daripada subunit peraturan kem molekul, protein kinase kompleks aktif lagi dikembalikan kepada tetramer, seperti yang berlaku Persatuan pemangkin dan zarah peptida peraturan. Oleh itu, cara pengawalan aktiviti enzim yang dibincangkan di atas menyediakan sifat balik mereka.

peraturan kimia aktiviti enzim

Biokimia dan mengkaji mekanisme peraturan aktiviti enzim, fosfat, dephosphorylation. Mekanisme peraturan aktiviti enzim dalam kes ini mempunyai bentuk yang berikut: residu asid amino enzim yang mengandungi OH ^-, menukar pengubahsuaian kimia mereka kerana pendedahan kepada fosfoproteinfosfataz. Dalam kes ini, pembetulan bersetuju dengan tapak aktif enzim, di mana enzim untuk sebab-sebab tertentu ia mengaktifkan mereka dan untuk orang lain - yg melarang. fosfoproteinfosfataz sifat pemangkin diri mereka dikawal oleh hormon seterusnya. Sebagai contoh, kanji haiwan - glikogen - dan lemak di antara waktu makan dipecahkan dalam saluran gastrousus, atau lebih tepat lagi, dalam duodenum bawah pengaruh glucagon - enzim pankreas.

Proses ini dipertingkatkan dengan pemfosforilan enzim gastrousus trofik. Dalam tempoh aktif pencernaan apabila makanan memasuki dari perut ke dalam duodenum, glucagon sintesis dipertingkatkan. Insulin - satu enzim pankreas dihasilkan oleh sel-sel alfa Langerhans, - berinteraksi dengan reseptor, termasuk pemfosforilan mekanisme yang sama enzim pencernaan.

proteolysis separa

Seperti yang anda lihat, tahap pengawalan aktiviti enzim dalam sel diubah. Untuk enzim yang berada di luar cytosol atau organel (dalam plasma darah atau dalam saluran gastrousus), kaedah pengaktifan adalah proses hidrolisis ikatan peptida CO-NH. Ia diperlukan, kerana enzim seperti disintesis dalam bentuk yang tidak aktif. Molekul melekang oleh peptida sebahagian enzim dan selebihnya adalah tertakluk kepada pengubahsuaian struktur laman web yang aktif. Ini membawa kepada hakikat bahawa enzim "termasuk keadaan kerja", iaitu, mampu mempengaruhi perjalanan proses kimia. Sebagai contoh, pankreas enzim aktif tidak trypsinogen terbelah protein makanan memasuki duodenum. Ia berlaku di bawah tindakan proteolysis enteropeptidase. Selepas itu enzim diaktifkan dan kini dikenali sebagai trypsin. proteolysis separa - proses ini boleh balik. Ia berlaku dalam kes-kes seperti pengaktifan enzim yang memecahkan polypeptides dalam pembekuan darah.

Peranan kepekatan bahan bermula dalam metabolisme sel

Peraturan aktiviti ketersediaan enzim substrat dilihat sebahagiannya dalam hubungan sari kata "kompleks multienzyme." Kadar tindak balas pemangkin yang berlaku dalam beberapa peringkat, amat bergantung kepada bilangan molekul bahan permulaan adalah dalam sel-sel hyaloplasm atau organel. Ini adalah disebabkan oleh hakikat bahawa kelajuan laluan metabolik adalah berkadar terus dengan kepekatan bahan permulaan. Molekul bahan tindak balas yang lebih besar terletak di cytosol, semakin tinggi kelajuan semua tindak balas kimia berikutnya.

peraturan allosteric

Enzim yang aktiviti dikawal bukan sahaja oleh kepekatan bahan-bahan, reagen, tetapi juga bahan-bahan effector bermula, ciri-ciri peraturan yang dikenali sebagai allosteric. Kebanyakan enzim ini dibentangkan dengan produk perantaraan metabolisme dalam sel. Oleh kerana effectors dan melaksanakan peraturan aktiviti enzim. Biokimia menunjukkan bahawa sebatian ini, yang dipanggil enzim allosteric adalah sangat penting untuk metabolisme sel-sel, kerana mereka mempunyai sensitiviti yang sangat tinggi kepada perubahan dalam homeostasis itu. Jika enzim menghalang tindak balas kimia, iaitu ia mengurangkan kelajuan - ia dipanggil effector negatif (inhibitor). Dalam kes yang bertentangan, apabila terdapat peningkatan dalam kadar tindak balas, ia datang kepada penggerak - satu effector positif. Dalam kebanyakan kes, bahan-bahan permulaan, iaitu bahan tindak balas memasuki interaksi kimia memainkan activators peranan. Sudah tentu, hasil yang terbentuk oleh tindak balas berbilang berkelakuan sebagai inhibitor. Ini jenis peraturan dibina di atas hubungan kepekatan bahan tindak balas dan produk, dipanggil heterotrophic.