Ensüümid on reguleeritud katalüsaatorid. Metaboliidid ja mürgid võivad toimida regulaatoritena. Seal on:
- aktivaatorid- ained, mis suurendavad reaktsioonikiirust;
- inhibiitorid- ained, mis vähendavad reaktsioonikiirust.
Ensüümide aktiveerimine. Erinevad aktivaatorid võivad seonduda kas ensüümi aktiivse saidiga või väljaspool seda. Aktiivset keskust mõjutavate aktivaatorite rühma kuuluvad: metalliioonid, koensüümid ja substraadid ise.
Aktiveerimine metallidega toimub erinevate mehhanismide kaudu:
Metall on osa aktiivse saidi katalüütilisest saidist;
Metall ja põhimik moodustavad kompleksi;
Tänu metallile tekib substraadi ja ensüümi aktiivse tsentri vahele sild.
Substraadid on ka aktivaatorid. Substraadi kontsentratsiooni suurenedes suureneb reaktsioonikiirus. Kui substraadi küllastuskontsentratsioon on saavutatud, see kiirus ei muutu.
Kui aktivaator seondub väljaspool ensüümi aktiivsaiti, siis ensüümi kovalentne modifikatsioon:
1) osaline proteolüüs (piiratud proteolüüs). Nii aktiveeruvad seedekanali ensüümid: pepsiin, trüpsiin, kümotrüpsiin. Trüpsiinil on proensüümi trüpsinogeeni olek, mis koosneb 229 AA jäägist. Ensüümi enterokinaasi toimel ja vee lisamisel muudetakse see trüpsiiniks ja heksapeptiid lõhustatakse. Muutub valgu tertsiaarne struktuur, moodustub ensüümi aktiivne kese ja see läheb üle aktiivsesse vormi.
2) fosforüülimine – defosforüülimine. Näide: lipaas + ATP = (proteiini kinaas) fosforüülitud lipaas + ADP. See on ülekandereaktsioon, milles kasutatakse ATP fosfaati. Sel juhul kantakse aatomite rühm ühest molekulist teise. Fosforüülitud lipaas on ensüümi aktiivne vorm.
Fosforülaas aktiveerub samal viisil: fosforülaas B+ 4ATP = fosforülaas A+ 4ADP
Samuti, kui aktivaator seondub väljaspool aktiivset keskust, mitteaktiivse kompleksi dissotsiatsioon"valguaktiivne ensüüm". Näiteks proteiinkinaas on ensüüm, mis teostab fosforüülimist (cAMP-sõltuv). Proteiini kinaas on kvaternaarse struktuuriga valk, mis koosneb 2 regulatoorsest ja 2 katalüütilisest subühikust. R2C2 + 2cAMP = R2cAMP2 + 2C. Seda tüüpi regulatsiooni nimetatakse allosteeriliseks regulatsiooniks (aktiveerimiseks).
Ensüümide inhibeerimine. Inhibiitor on aine, mis põhjustab spetsiifiline ensüümi aktiivsuse vähenemine. Tuleb teha vahet inhibeerimisel ja inaktiveerimisel. Inaktiveerimine on näiteks valgu denatureerimine denatureerivate ainete toimel.
Ühenduse tugevuse abil ensüümi inhibiitorid jagunevad pöörduvateks ja pöördumatuteks.
Pöördumatud inhibiitorid on tihedalt seotud ja hävitavad ensüümmolekuli funktsionaalsed rühmad, mis on vajalikud selle katalüütilise aktiivsuse avaldumiseks. Kõik valgu puhastamise protseduurid ei mõjuta inhibiitor-ensüümi seondumist. Näide: fosfororgaaniliste ühendite mõju ensüümi koliinesteraasile. Koliinesteraasi aktiivse saidiga seonduvad klorofoss, sariin, somaan ja teised fosfororgaanilised ühendid. Selle tulemusena toimub ensüümi aktiivse tsentri katalüütiliste rühmade fosforüülimine. Selle tulemusena ei saa inhibiitoriga seotud ensüümi molekulid substraadiga seonduda ja tekib tõsine mürgistus.
Samuti eristatakse pöörduvad inhibiitorid näiteks proseriini koliinesteraasi jaoks. Pöörduv inhibeerimine sõltub substraadi ja inhibiitori kontsentratsioonist ning eemaldatakse liigse substraadiga.
Toimemehhanismi järgi esile:
Konkurentsivõime pärssimine;
Mittekonkureeriv pärssimine;
Substraadi inhibeerimine;
Allosteeriline.
1) Konkurentsivõimeline (isosteeriline) pärssimine- See on ensümaatilise reaktsiooni pärssimine, mis on põhjustatud inhibiitori seondumisest ensüümi aktiivse keskusega. Sel juhul on inhibiitor substraadiga sarnane. Selle käigus toimub konkurents aktiivse tsentri pärast: moodustuvad ensüümi-substraadi ja inhibiitori-ensüümi kompleksid. E+S®ES® EP® E+P; E+I® E. Näide: suktsinaadi dehüdrogenaasi reaktsioon [joon. COOH-CH 2 -CH 2 -COOH® (noole kohal SDH, all FAD®FADN 2) COOH-CH=CH-COOH]. Selle reaktsiooni tõeline substraat on suktsinaat (merevaikhape). Inhibiitorid: maloonhape (COOH-CH 2 -COOH) ja oksaloatsetaat (COOH-CO-CH 2 -COOH). [riis. 3 auguga ensüüm + substraat + inhibiitor = inhibiitori kompleks ensüümiga]
Näide: ensüüm koliinesteraas katalüüsib atsetüülkoliini muundumist koliiniks: (CH 3) 3 -N-CH 2 -CH 2 -O-CO-CH 3 ® (noole kohal CHE, vee all) CH 3 COOH+ (CH 3 ) 3-N-CH2-CH2-OH. Konkureerivad inhibiitorid on prozeriin ja sevin.
2) Mittekonkureeriv pärssimine– inhibeerimine, mis on seotud inhibiitori mõjuga katalüütilisele transformatsioonile, kuid mitte ensüümi substraadiga seondumisele. Sel juhul võib inhibiitor seonduda nii aktiivse saidiga (katalüütiline sait) kui ka väljaspool seda.
Inhibiitori lisamine väljaspool aktiivtsentrit toob kaasa valgu konformatsiooni (tertsiaarstruktuuri) muutumise, mille tulemusena muutub aktiivtsentri konformatsioon. See mõjutab katalüütilist kohta ja häirib substraadi ja aktiivse saidi koostoimet. Sel juhul ei ole inhibiitor substraadiga sarnane ja seda inhibeerimist ei saa eemaldada liigse substraadiga. Võimalik on kolmekomponentsete ensüümi-inhibiitori-substraadi komplekside moodustumine. Sellise reaktsiooni kiirus ei ole maksimaalne.
Mittekonkureerivate inhibiitorite hulka kuuluvad:
Tsüaniidid. Nad seonduvad tsütokroom oksüdaasi raua aatomiga ja selle tulemusena kaotab ensüüm oma aktiivsuse ja kuna See on hingamisahela ensüüm, siis rakkude hingamine on häiritud ja nad surevad.
Raskmetallide ioonid ja nende orgaanilised ühendid (Hg, Pb jne). Nende toimemehhanism on seotud nende seotusega erinevate SH-rühmadega. [riis. SH rühmadega ensüüm, elavhõbeda ioon, substraat. Kõik see ühendatakse kolmekordseks kompleksiks]
Mitmed farmakoloogilised ained, mis peaksid mõjutama pahaloomuliste rakkude ensüüme. See hõlmab ka põllumajanduses kasutatavaid inhibiitoreid ja majapidamises kasutatavaid mürgiseid aineid.
3) Substraadi inhibeerimine– substraadi liiast põhjustatud ensümaatilise reaktsiooni pärssimine. Tekib ensüümi-substraadi kompleksi moodustumise tulemusena, mis ei ole võimeline läbima katalüütilist transformatsiooni. Seda saab eemaldada ja substraadi kontsentratsiooni vähendada. [riis. ensüümi sidumine kahe substraadiga korraga]
4) Allosteeriline inhibeerimine - ensümaatilise reaktsiooni pärssimine, mis on põhjustatud allosteerilise inhibiitori lisamisest allosteerilise ensüümi allosteerilisele tsentrile. Seda tüüpi inhibeerimine on tüüpiline kvaternaarse struktuuriga allosteerilistele ensüümidele. Metaboliidid, hormoonid, metalliioonid ja koensüümid võivad toimida inhibiitoritena.
Toimemehhanism:
a) inhibiitori kinnitumine allosteerilise tsentri külge;
b) ensüümi konformatsioon muutub;
c) muutub aktiivse keskuse konformatsioon;
d) ensüümi aktiivse tsentri komplementaarsus substraadiga on häiritud;
e) ES molekulide arv väheneb;
e) ensümaatilise reaktsiooni kiirus väheneb.
[riis. 2 auguga ensüüm, millest üks on allosteeriline inhibiitor ja teine muudab kuju]
Allosteeriliste ensüümide omadused hõlmavad negatiivse tagasiside pärssimist. A®(E 1)B®(E 2) C®(E 3) D (noolest D-nooleni punktide A ja B vahel). D on metaboliit, mis toimib ensüümi E1 allosteerilise inhibiitorina.
Ainevahetus
Ainevahetus (ainevahetus)– on füsioloogiliste ja biokeemiliste protsesside kogum, mis tagab keha elutähtsa aktiivsuse suhetes väliskeskkonnaga, mis on suunatud enese taastootmisele ja -säilitamisele.
Füsioloogilised protsessid hõlmavad seedimist, imendumist, välist hingamist, eritumist jne; biokeemilised - valkude, rasvade, süsivesikute keemilised muundumised, mis sisenevad kehasse toitainete kujul. Biokeemiliste protsesside eripäraks on see, et need viiakse läbi mitmete ensümaatiliste reaktsioonide käigus. Need on ensüümid, mis tagavad teatud reaktsioonide järjestuse, asukoha ja kiiruse.
Vastavalt nende suunale jagunevad kõik keemilised muundumised järgmisteks osadeks:
A) dissimilatsioon(katabolism) - ainete lagunemine lihtsamateks aine sidemete energia üleminekuga suure energiaga sidemete energiaks (ATP, NADH jne);
b) assimilatsioon(anabolism) - keerukamate ainete süntees lihtsamatest energiakuluga.
Nende kahe protsessi bioloogiline tähtsus seisneb selles, et ainete lagundamisel eraldub neis sisalduv energia, mis tagab kõik organismi funktsionaalsed võimalused. Samal ajal tekivad ainete lagunemisel “ehitusmaterjalid” (monosahhariidid, AA, glütserool jne), mida seejärel kasutatakse organismispetsiifiliste ainete (valgud, rasvad, süsivesikud jne) sünteesiks. .
[DIAGRAMM] Horisontaalse joone kohal (väliskeskkonnas) - "valgud, rasvad, süsivesikud", nendest on joone all (keha sees) nool allapoole kuni kirjani "dissimilatsioon", viimasest on neli nooled: kaks kuni kirjeni "soojus" rea ja "lõpptooted" kohal; üks nool paremale pealdisele "vaheained (metaboliidid)", nendelt "assimilatsioon", seejärel "oma valgud, rasvad, süsivesikud"; üks nool alla kirjani “ATP energia”, sealt “lihaste kokkutõmbumine, närviimpulsside juhtimine, sekretsioon jne”. ja ka ülespoole “soojuse” ja “assimilatsioonini”.
Valkude, rasvade ja süsivesikute dissimilatsioon toimub erineval viisil, kuid nende ainete hävitamisel on mitmeid ühiseid etappe:
1) Seedimise staadium. Seedetraktis lagunevad valgud AA-ks, rasvad glütserooliks ja IVH-ks, süsivesikud monosahhariidideks. Suur hulk mittespetsiifilisi aineid toodetakse spetsiifilistest väljastpoolt tulevatest ainetest. Seedetraktis vabaneb seedimise tõttu umbes 1% ainete keemilisest energiast. See etapp on vajalik toiduga saadud ainete imendumiseks.
2) Interstitsiaalse metabolismi staadium (koe metabolism, ainevahetus). Rakutasandil jaguneb see anabolismiks ja katabolismiks. Metaboolsed vaheühendid moodustuvad ja muunduvad - metaboliidid. Sel juhul lagunevad seedimise etapis moodustunud monomeerid, moodustades väikese (kuni viis) võtmevaheprodukti: ACH, alfa-KG, atsetüül-CoA, PVK, alfa-glütserofosfaat. Vabaneb kuni 20% ainete energiast. Reeglina toimub interstitsiaalne vahetus rakkude tsütoplasmas.
3) Lõplik lagunemine hapnikku sisaldavad ained lõpptooted(CO 2 , N 2 Oh, lämmastikku sisaldavad ained). Vabaneb umbes 80% ainete energiast.
Kõik vaadeldavad etapid kajastavad ainult metaboolsete protsesside peamisi vorme. Nii teises kui ka kolmandas etapis akumuleerub vabanev energia suure energiaga ühendite keemiliste sidemete energiana (need on ained, millel on vähemalt üks kõrge energiaga side, näiteks ATP, CTP, TTP, GTP , UTP, ADP, CDP, ..., kreatiinfosfaat , 1,3-difosfoglütseriinhape). Seega on viimase fosfaadi sidumisenergia ATP molekulis umbes 10-12 kcal/mol.
Ainevahetuse bioloogiline roll:
1. energia kogunemine keemiliste ühendite lagunemisel;
2. energia kasutamine organismi enda ainete sünteesiks;
3. raku uuendatud struktuurikomponentide lagunemine;
4. toimub biomolekulide eriotstarbeline süntees ja lagunemine.
Valkude ainevahetus
Ensüümid (E) on biokatalüsaatorid, mis on valgulised ühendid. Need võivad olla lihtsad või komplekssed valgud (mis sisaldavad mitteaminohappelisi komponente).
Ensüümid vähendavad aktiveerimisenergiat (E A), mis võimaldab füsioloogilistes tingimustes toimuvaid reaktsioone enam kui 10 10-kordse kiirusega (300 aastat – 1 sek). Üksik ensüüm vastutab ühe metaboliidi iga transformatsiooni eest. Ensüümide peamine omadus on ära tunda teatud metaboliite, katalüüsida nende transformatsiooni ja reguleerida katalüütilist aktiivsust. Seega iseloomustab ensüüme substraadi spetsiifilisus ja toime spetsiifilisus.
Ensüümkatalüüsitud reaktsioonid algavad spetsiifilise metaboliidi, substraadi (S) seondumisest ensüümiga. Iga ensüüm interakteerub reeglina ainult ühe substraadiga ja katalüüsib selle transformatsiooni kuni tasakaalu saavutamiseni:
E+S↔ES↔EP↔E+P
Substraadi äratundmine toimub selle ensüümiga seondumise protsessis. Substraadi molekulid kinnituvad ensüümi molekulis kindlasse kohta – katalüütilisse ehk aktiivsesse keskusesse (AC). Ensüüm AC ja substraat sobivad kokku nagu luku võti (substraadi steerilised omadused, laengu jaotus selle molekulil).
Aminohapete hulka, mis sageli mängivad olulist rolli ensüümi aktiivses kohas, kuuluvad seriin (OH-rühm) ja histidiin (N-imidasoolitsükkel).
Koensüümid ja proteeside rühmad. Koos ensüümidega osalevad substraadi üksikute fragmentide (näiteks H ×) sidumisel ja järgneval ülekandmisel madala molekulmassiga ühendid - koensüümid ja proteesrühmad.
Koensüümid (kosubstraadid või transporterid) seonduvad ensüümi molekuliga pöörduvalt - nad kinnitavad ensüümile substraadi fragmendi ja seejärel eralduvad sellest, et viia see fragment teisel ensüümil teisele ühendile:
F 1 -K + S ↔ F1-K-S ↔ K-S +F 2 ↔ F 2 -K-S ↔ F 2 + K + R
Proteetilised rühmad (metalliioonid) on tihedalt seotud ensüümi molekulidega ega eraldu substraadi kinnitamise ja fragmentide ülekandmise ajal.
Paljud kõrgemad organismid ei suuda koensüüme sünteesida, nad saavad neid toidust vitamiinidena (nende vajadus on mitu mg päevas):
| Koensüüm | Funktsioon | Vitamiin |
| Püridoksaalfosfaat | Transamineerimine; dekarboksüülimine; ratsemiseerimine | Püridoksiin (B 6) |
| Tiamiinpürofosfaat | aeroobne dekarboksüülimine; aldehüüdrühmade ülekandmine | Tiamiin (B 1) |
| Koensüüm A (CoA) | Atsüüli ülekanne; rasvhapete aeroobne lagundamine ja nende süntees | Pantoteenhape |
| Tetrahüdrofoolhape | Ülekanne 1-rühmadest | Foolhape |
| Biotiin | CO 2 ülekanne | Biotiin (N) |
| NAD+ | H+ ja e- ülekandmine | Nikotiinhape |
| NADP+ | H+ ja e- ülekandmine | Nikotiinhape |
| FMN | H+ ja e- ülekandmine | Riboflaviin (B 2) |
| FAD | H+ ja e- ülekandmine | Riboflaviin (B 2) |
Püridiini nukleotiidid. Nikotiinamiidadeniindinukleotiid (NAD+) ja nikotii(NAD(P)+):
Rühm, mis määrab nende koensüümide funktsiooni, on nikotiinhappe amiid: H + ülekandmine substraadist koos elektronide paariga (hüdriidiooni H × kujul püridiinitsüklisse, teine vesinikuaatom kujul H + läheb lahusesse). Joonis (skeem):
CH 3 CH 2 OH + NAD + ↔ CH 3 COOH + NAD × H 2
340 nm juures on NAD × H2 maksimaalne neeldumine.
See ülekanne on stereospetsiifiline: alkoholdehüdrogenaas ja laktaatdehüdrogenaas viivad vesinikuaatomi püridiinitsükli ühele küljele ja glütseraldehüüd-3-fosfaatdehüdrogenaas teisele poole.
NAD×H 2 redutseeritud vorm eraldatakse ühest ensüümist ja kantakse üle teise, kus see osaleb S redutseerimises või suunatakse hingamisahelasse. NAD(P)×H2 osaleb peamiselt biosünteesi redutseerivates etappides.
Ensüümide nomenklatuur. Ensüümi nimi koosneb:
1. Substraadi nimetused, millele on lisatud järelliide -aza (arginaas, fosfataas - vastava rühma hüdrolüüs);
2. Reaktsiooni nimetused, millele on lisatud järelliide -aza (dehüdrogenaas - H × abstraktsioon, hüdrolaas, transferaas).
Lisaks kasutage:
Ensüümide triviaalsed nimetused (trüpsiin, pepsiin, katalaas);
Ensüümide süstemaatilised nimetused (International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) biokeemiliste ühendite nomenklatuuri komisjon avaldas 1972. aastal uued “Ensüümide nimetamise reeglid”. Nende reeglite kohaselt nummerdatakse ensüümid järgmiselt: esimene number näitab klassi, kuhu ensüüm kuulub; teine - reaktsiooni omadused; kolmas - järgnevad üksikasjad.
Näiteks ensüüm 2.1.2. – transferaas, mis kannab üle ühe süsiniku jääke – metüül.
Ensüümide klassifikatsioon. Katalüütilise reaktsiooni tüübi järgi jaotatakse ensüümid 6 klassi: oksidoreduktaasid; transferaasid; hüdrolaasid; lüaasid; isomeraasid; ligaasid (süntetaasid).
1. Oksidoreduktaasid – osalevad redoksreaktsioonides (ülekande H + ehk elektronid). Need sisaldavad koensüüme. Need on jaotatud doonori või aktseptori järgi e - .
2. Transferaasid - viivad läbi aatomirühmade (CH 3, COOH, NH 2, SO 4, CHO, PO 4) ülekandmist spetsiaalsete kandjate – koensüümide abil.
3. Hüdrolaasid - teostavad substraadi hüdrolüütilist lõhustamist. Ensüümi nimetus põhineb puruneva sideme tüübil (peptiidhüdrolaas, glükosidaas).
4. Lüaasid – eraldavad substraadist mittehüdrolüütiliselt rühmi kaksiksideme moodustumisega või kaksiksideme CO 2, H 2 O, NH 3 rühmade lisamisega.
5. Isomeraasid - katalüüsivad isomeeride muundumist, sh. ratsemiseerimine, cis-trans, kaksiksideme liikumine, asümmeetrilise süsinikuaatomi juures rühmade vahetus, fosfaatrühma liikumine.
6. Ligaasid - teostavad sünteesi tänu suure energiaga sidemetele (ATP) (nagu ka biotiin karboksüülimisreaktsioonides).
Ensüümide aktiivsus. Standardne aktiivsusühik on ensüümi kogus, mis katalüüsib 1 µmol substraadi konversiooni minutis standardtingimustes (vene ja saksa keeles - E, inglise, prantsuse, itaalia, hispaania keeles - U). Mõnede kõrgmolekulaarsete ainete (valgud, polüsahhariidid) puhul ei saa substraadi mikromoolide arvu määrata – kasutatakse reaktsioonis osalevate rühmade mikroekvivalenti. Valgu puhul on see moodustunud vabade -COOH või -NH3 rühmade arv. Polüsahhariidide puhul hüdrolüüsitud glükosiidsidemete arv.
Molekulaaraktiivsus on substraadi või ekvivalentide mikromoolide arv, mida mõjutab rühmade reaktsioon 1 minuti jooksul 1 mmol ensüümiga või standardsete aktiivsusühikute arv, mis sisaldub 1 mmol ensüümis.
Ensüümide aktiivsuse reguleerimine rakus. Intaktses rakus on kõik käimasolevad biokeemilised reaktsioonid reguleeritud. See tagab toitainete säästliku kasutamise, hoiab ära metaboliitide liigse sünteesi ja võimaldab rakul kohaneda keskkonnatingimustega (konkreetsete metaboliitide sünteesi kiirus muutub).
Kuna rakus toimuvaid reaktsioone katalüüsivad ensüümid, taandub ainevahetuse reguleerimine ensümaatiliste reaktsioonide intensiivsuse reguleerimisele, muutes ensüümide aktiivsust ja nende kogust rakus.
Ensüümide aktiivsuse reguleerimine. Ensüümide aktiivsus sõltub füüsikalistest ja keemilistest teguritest. Füüsikalised tegurid (temperatuur, rõhk, kiirgus, elektromagnetväli) on vähem spetsiifilised kui keemilised. Keemiliste tegurite toimemehhanism võib põhineda: teatud rühmade (substraat, kofaktorid, inhibiitorid) seondumisel ensüümi AC-ga; interaktsioon ensüümi pinnal olevate erikohtadega (va AC).
Mõnede ensüümide aktiivsust reguleerib keemiline modifikatsioon (kovalentne pöörduv seondumine teatud rühma ensüümiga). Näiteks kinnitumine glutamiini süntetaasi külge E. coli adenüülhappe jääk põhjustab ensüümi aktiivsuse vähenemist:
glutamiini süntetaas + AMP ↔ glutamiini süntetaas-AMP
Sarnane atsetüülimise (desatsetüülimise) mehhanism on iseloomulik fotosünteetiliste bakterite tsitraatlüaasile Rhodopseudomonas gelatinosa(ensüümi atsetüülitud vorm on aktiivne).
Kiireim ja täpseim mehhanism on teatud tüüpi ensüümi – allosteerilise – reguleerimine. Nad hõivavad ainevahetuse võtmepositsioonid (asuvad ainevahetusradade alguses, nende hargnemispunktides või lähenemispunktides):
1. A → B → C → D → E → F
2. A → B → C → E
B → D → E → F
Termini allosteeriline inhibeerimine võtsid kasutusele 1961. aastal J. Monod ja F. Jacob, et rõhutada seda tüüpi regulatsiooni eripära – ensüümiga interakteeruv inhibiitor on struktuurilt erinev substraadist.
Allosteerilised ensüümid on suure molekulmassiga valgud, mis koosnevad mitmest ühte või enamat tüüpi subühikust (üldine omadus on see, et need sisaldavad regulatsioonikeskust). Esimesel juhul sisaldavad allüksused katalüütilisi ja reguleerivaid keskusi. Reguleerimiskeskust nimetatakse allosteeriliseks. Teises sisaldavad mõned alaühikud katalüütilist keskust, teised aga regulatsioonikeskust. Mõlemal juhul on need keskused ruumiliselt eraldatud, kuid funktsionaalselt ühendatud.
Teatud metaboliidid – efektorid (modulaatorid, modifikaatorid) seonduvad allosteerilise keskusega. Need võivad olla substraadid ja mõned metaboolsete radade lõpp-produktid. Kui efektori toime viib ensüümi aktiivsuse vähenemiseni, on tegemist negatiivse efektoriga (inhibiitoriga). Positiivne efektor – aktivaator suurendab ensüümi aktiivsust.
Reguleeriv toime on seotud ensümaatiliste reaktsioonide algfaasidega - ensüümi-substraadi kompleksi moodustumisega (ensüümi afiinsuse muutus substraadi suhtes konformatsiooniliste muutuste tagajärjel (muutus ensüümi tertsiaarses struktuuris) .
Allosteerilise regulatsiooni juhtumid.
1. Hargnemata biosünteesiraja esimese ensüümi reguleerimine lõpptoote poolt (kõige lihtsam):
A → Ф1 B → Ф2 C → Ф3 D → Ф4 E → Ф5 F
Sellisel juhul, kui toode koguneb rakus liigselt, pärsib see biosünteesiraja esimese ensüümi – retroinhibeerimise – aktiivsust. Kasutab rakk teatud aminohapete sünteesimiseks. Näiteks L-isoleutsiini sünteesil (viis järjestikust ensümaatilist reaktsiooni). Allosteeriline ensüüm on treoniini deaminaas.
2. Hargnenud biosünteesiraja esimese ensüümi reguleerimine. Hargnenud biosünteesi radade puhul muutub tagasiside põhimõttel põhinev reguleerimise mehhanism keerulisemaks - raja ühe produkti ületootmine ei tohiks pärssida teiste sünteesi. Kõik hargnenud raja lõpp-produktid osalevad tegevuse reguleerimises. Allosteerilisel ensüümil on mitu allosteerilist tsentrit ja iga lõpptoode toimib efektorina. Näiteks aspartaadi perekonna aminohapete süntees.
Hargnenud raja korral on võimalikud järgmised reguleerimisvõimalused:
Iga efektor eraldi ei mõjuta allosteerilise ensüümi aktiivsust - mitmevalentne inhibeerimine;
Iga efektor põhjustab allosteerilise ensüümi aktiivsuse osalist inhibeerimist – kumulatiivset (aditiivset) inhibeerimist;
Algensüümi aktiivsust pärsib vaheprodukt, mille akumuleerumist kontrollivad lõppsaadused – järjestikune inhibeerimine.
Mõned allosteerilised ensüümid eksisteerivad rakus isoensüümide kujul – need katalüüsivad ühte reaktsiooni ja nende aktiivsust kontrollivad allosteeriliste keskuste erinevuste tulemusena erinevad tooted. See võimaldab lõpptoodetel iseseisvalt pärssida "oma" isoensüümi aktiivsust. See on kõige arenenum mehhanism biosünteesi radade reguleerimiseks.
Ensüümide sünteesi reguleerimine rakus . See on peamiselt regulatsioon transkriptsiooni tasemel (regulatsioon translatsiooni tasemel, translatsioonijärgsed protsessid, ensüümi lagunemise reguleerimine on samuti võimalik). Seda tüüpi regulatsioon põhineb asjaolul, et geenides sisalduva teabe "lugemine" toimub selektiivselt ning mRNA sünteesi kiirus ja seega ka edasine translatsioon on keerulise kontrollimehhanismi all.
Kõik ensüümid võib jagada (vastavalt sünteesi kiirusele) konstitutiivseteks ja indutseeritavateks. Konstitutiivsete ensüümide süntees toimub konstantse kiirusega, sõltumata keskkonnatingimustest. Need ensüümid on rakus pidevalt olemas. Indutseeritavate ensüümide arv võib oluliselt erineda sõltuvalt teatud ainete (substraatide) olemasolust keskkonnas. Substraatide puudumisel keskkonnas on nende sisaldus rakus minimaalne (mõned molekulid) ja nende juuresolekul suureneb see mitme protsendini. Seda tüüpi reguleerimine on iseloomulik kataboolsetele ensüümidele. Anabolismis osalevaid ensüüme iseloomustab nende sünteesi pärssimine lõppsaaduse poolt (ensümaatiliste reaktsioonide produkti akumuleerumisel rakus ensüümide arv väheneb) ja lõppsaaduse kontsentratsiooni vähenemisel toimub ensüümide sünteesi derepressioon ( sarnane kataboolsete ensüümide indutseerimise nähtusega).
Ensüümide sünteesi represseerimine lõpptoote poolt. Seda tüüpi reguleerimine on iseloomulik enamikule anaboolsetele ensüümidele. Seda viivad läbi repressorvalgud ja nende aktiivsust modifitseerivad tegurid on efektorid (biosünteesiradade lõpp- ja vaheproduktid). Teave repressorite struktuuri kohta sisaldub regulatoorsetes geenides.
Repressor on allosteeriline valk, millel on efektoriga seondumiskeskus ja spetsiifilise DNA piirkonnaga seondumiskeskus – operaatorgeen. Regulaatorgeenid asuvad struktuurgeenidest teatud kaugusel. Bakterikromosoomides liidetakse struktuurgeenid sageli rühmadesse, mis on ühe operaatorgeeni – operonite või ühe regulaatorgeeni – regulonite kontrolli all. Reguloniks kombineeritud geenid võivad paikneda bakterikromosoomi erinevates osades. Näiteks arginiini sünteesi eest vastutavad struktuurigeenid E. coli.
Ensüümide sünteesi represseerimine. Joonis (skeem):
Ensüümide sünteesi indutseerimine. Laktoosi operoni ensüümide sünteesi indutseerimine. Joonis (skeem):
Kataboliidi repressioonid. Kataboliidi repressioonide korral on raku poolt kiiresti kasutatav substraat võimeline pärssima suhteliselt aeglaselt kasutatavate süsiniku- ja energiaallikate muundamisega seotud teiste kataboolsete radade ensüümide sünteesi. Näiteks kui söötmes on nii glükoos kui ka laktoos, siis rakud E. coli esmalt kasutatakse glükoosi ja laktoosi operoni transkriptsioon algab siis, kui kogu söötmes sisalduv glükoos on ära kasutatud. See on tingitud tsüklilise AMP (3¢,5¢cAMP) olemasolust rakus:
ATP ® cAMP + FF n (reaktsioon, mida katalüüsib membraaniga seotud ensüüm - adenülaattsüklaas)
cAMP on võimeline seonduma madala molekulmassiga valguga – kataboliidi aktivaatoriga, mis on vabas olekus inaktiivne. cAMP-kataboliidi aktivaatori kompleks seondub laktoosi operoni promootoriga, suurendades RNA polümeraasi afiinsust promootori suhtes. cAMP kogus sõltub sellest, kas glükoosi transportvalgud on fosforüülitud. Glükoosi puudumisel söötmes need fosforüülitakse ja selles olekus suurendavad adenülaattsüklaasi aktiivsust. Defosforüülitud transporterid vähendavad adenülaattsüklaasi aktiivsust.
Rendiplokk
Rakus toimub pidevalt suur hulk erinevaid keemilisi reaktsioone, mis moodustavad metaboolseid radu – osade ühendite järjestikuse muutumise teisteks. Ainevahetuse kiiruse mõjutamiseks piisab ensüümide koguse või aktiivsuse reguleerimisest. Tavaliselt sisaldavad metaboolsed rajad võtmeensüüme, mis reguleerivad kogu raja kiirust. Neid ensüüme nimetatakse reguleerivateks ensüümideks; need katalüüsivad reeglina ainevahetusraja algreaktsioone, pöördumatuid reaktsioone, kiirust piiravaid reaktsioone (kõige aeglasemaid) või reaktsioone ainevahetusraja ümberlülitumispunktis (harupunktid).
Ensümaatiliste reaktsioonide kiiruse reguleerimine toimub kolmel sõltumatul tasemel:
1. ensüümi molekulide arvu muutmine;
2.substraadi ja koensüümi molekulide kättesaadavus;
3.ensüümi molekuli katalüütilise aktiivsuse muutus. Kõige olulisem roll metaboolsete radade kiiruse muutmisel on antud metaboolse raja ühe või mitme võtmeensüümi katalüütilise aktiivsuse reguleerimine. See on väga tõhus ja kiire viis ainevahetuse reguleerimiseks.
Peamised viisid ensüümi aktiivsuse reguleerimiseks:
1. Substraadi või koensüümi saadavus. Siin töötab massimõju seadus, keemilise kineetika põhiseadus: konstantsel temperatuuril on keemilise reaktsiooni kiirus võrdeline reageerivate ainete kontsentratsiooni korrutisega. Või lihtsalt öeldes sõltub ainete üksteisega reageerimise kiirus nende kontsentratsioonist. Seega peatab või käivitab reaktsiooni vähemalt ühe substraadi koguse muutmine. Näiteks trikarboksüülhappe tsükli (TCA tsükkel) jaoks on selliseks substraadiks oksaloatsetaat (oksaloäädikhape). Oksaloatsetaadi olemasolu "tõukab" tsükli reaktsioone, mis võimaldab atsetüül-SCoA molekulidel osaleda oksüdatsioonis. Oksalatsetaadi (suhtelise või absoluutse) puudumise tõttu areneb ketoatsidoos (arengumehhanism) tühja kõhuga ja insuliinist sõltuva suhkurtõve korral.
2. Kompartmentaliseerimine on ensüümide ja nende substraatide kontsentratsioon ühes kompartmendis (ühes organellis) endoplasmaatilises retikulumis, mitokondrites, lüsosoomides. Näiteks trikarboksüülhappe tsükli (TCA tsükkel) ja rasvhapete β-oksüdatsiooni ensüümid paiknevad mitokondrites, valgusünteesi ensüümid ribosoomides.
3. Ensüümi koguse muutus võib toimuda selle sünteesi suurenemise või vähenemise tagajärjel. Ensüümide sünteesi kiiruse muutumine sõltub tavaliselt teatud hormoonide või reaktsioonisubstraatide hulgast, näiteks: - seedeensüümide kadumine pikaajalise paastumise ajal ja nende ilmnemine taastumisperioodil (soolestiku sekretsiooni muutuste tagajärjel). hormoonid); -raseduse ajal ja pärast sünnitust sünteesitakse piimanäärmes aktiivselt laktotroopse hormooni mõjul ensüümi laktoossüntaas;
Glükokortikoidhormoonid stimuleerivad glükoneogeneesi ensüümide sünteesi, mis tagab vere glükoosikontsentratsiooni stabiilsuse ja kesknärvisüsteemi vastupidavuse stressile;
4. Proensüümide piiratud (osaline) proteolüüs tähendab, et mõnede ensüümide süntees toimub suurema prekursori kujul ja õigesse kohta jõudes aktiveeritakse see ensüüm ühe või mitme peptiidi fragmendi lõhustamise kaudu. seda. See mehhanism kaitseb rakusiseseid struktuure kahjustuste eest. Näiteks võib tuua seedetrakti proteolüütiliste ensüümide (trüpsinogeeni, pepsinogeeni, prokarboksüpeptidaaside), vere hüübimisfaktorite, lüsosomaalsete ensüümide (katepsiinide) aktiveerimise.
5. Allosteeriline regulatsioon. Allosteerilised ensüümid koosnevad kahest või enamast allüksusest: mõned subühikud sisaldavad katalüütilist tsentrit, teised allosteerilist keset ja on reguleerivad. Allosteeriline keskus (allos võõras) ensüümi aktiivsuse reguleerimise keskus, mis on ruumiliselt eraldatud aktiivsest keskusest ja ei esine kõigis ensüümides. Seondumine mis tahes molekuli allosteerilise tsentriga (mida nimetatakse aktivaatoriks või inhibiitoriks, aga ka efektoriks, modulaatoriks, regulaatoriks) põhjustab muutusi ensüümvalgu konfiguratsioonis ja sellest tulenevalt ka ensümaatilise reaktsiooni kiiruses. Selline regulaator võib olla selle või mõne järgneva reaktsiooni produkt, reaktsiooni substraat või mõni muu aine. Efektori kinnitumine allosteerilisele (regulatiivsele) subühikule muudab valgu konformatsiooni ja vastavalt ka katalüütilise subühiku aktiivsust. Allosteerilised ensüümid tekivad tavaliselt ainevahetusradade alguses ja nende aktiivsusest sõltub paljude järgnevate reaktsioonide kulg. Seetõttu nimetatakse neid sageli võtmeensüümideks. Biokeemilise protsessi lõpp-metaboliit või selle reaktsiooni produkt võib toimida negatiivse regulaatorina, st aktiveerub negatiivne tagasiside mehhanism. Kui regulaatorid on reaktsiooni algne metaboliit või substraat, siis me räägime otsesest regulatsioonist, see võib olla kas positiivne või negatiivne. Regulaatoriteks võivad olla ka biokeemiliste radade metaboliidid, mis on kuidagi selle reaktsiooniga seotud. Näiteks glükoosi energeetilise lagundamise ensüümi fosfofruktokinaasi reguleerivad selle lagunemise vahe- ja lõpp-produktid. Sel juhul on ATP, sidrunhape, fruktoos-1,6-bifosfaat inhibiitorid ning fruktoos-6-fosfaat ja AMP on ensüümi aktivaatorid. Allosteeriline regulatsioon on väga oluline järgmistes olukordades:
Anaboolsete protsesside ajal. Inhibeerimine metaboolse raja lõpp-produkti poolt ja aktiveerimine algsete metaboliitide poolt võimaldab reguleerida nende ühendite sünteesi;
Kataboolsete protsesside käigus. Kui ATP akumuleerub rakus, inhibeeritakse energiasünteesi tagavad metaboolsed rajad. Sel juhul kulutatakse substraate varutoitainete säilitamise reaktsioonidele;
Anaboolsete ja kataboolsete radade koordineerimiseks. ATP ja ADP on allosteerilised efektorid, mis toimivad antagonistidena;
Paralleelsete ja omavahel seotud metaboolsete radade koordineerimiseks (näiteks nukleiinhapete sünteesiks kasutatavate puriini ja pürimidiini nukleotiidide süntees). Seega võivad ühe metaboolse raja lõpp-produktid olla teise metaboolse raja allosteerilised efektorid.
6. Valk-valk interaktsioon viitab olukorrale, kus regulaatoritena toimivad pigem spetsiifilised valgud, mitte biokeemiliste protsesside metaboliidid. Üldiselt on olukord sarnane allosteerilise mehhanismiga: pärast mis tahes tegurite mõju konkreetsetele valkudele muutub nende valkude aktiivsus ja need omakorda mõjutavad soovitud ensüümi. Näiteks membraani ensüüm adenülaattsüklaas on tundlik membraani G-valgu toime suhtes, mis ise aktiveerub teatud hormoonide toimel rakule (näiteks adrenaliin ja glükagoon).
7. Kovalentne (keemiline) modifikatsioon seisneb teatud rühma pöörduvas lisamises või eemaldamises, mille tõttu ensüümi aktiivsus muutub. Enamasti on selliseks rühmaks fosforhape, harvemini metüül- ja atsetüülrühmad. Ensüümi fosforüülimine toimub seriini ja türosiini jääkide juures. Fosforhappe lisamine valgule toimub proteiinkinaasi ensüümide abil ja proteiinfosfataasi lõhustamine. Ensüümid võivad olla aktiivsed nii fosforüülitud kui ka defosforüülitud olekus. Näiteks ensüümid glükogeeni fosforülaas ja glükogeeni süntaas fosforüülitakse, kui keha vajab glükoosi, samal ajal kui glükogeeni fosforülaas aktiveerub ja hakkab glükogeeni lagundama, samal ajal kui glükogeeni süntaas on passiivne. Kui on vaja glükogeeni sünteesida, defosforüülitakse mõlemad ensüümid, süntaas muutub aktiivseks ja fosforülaas muutub inaktiivseks.
Ensüümide aktiivsus rakus ei ole ajas konstantne. Ensüümid reageerivad tundlikult olukorrale, millesse rakk satub, teda nii väliselt kui sisemiselt mõjutavatele teguritele. Ensüümide sellise tundlikkuse põhieesmärk on reageerida keskkonnamuutustele, kohandada rakku uute tingimustega, anda sobiv reaktsioon hormonaalsetele ja muudele stiimulitele ning mõnes olukorras saada võimalus ellu jääda.
Meil on RuNetis suurim teabeandmebaas, nii et saate alati leida sarnaseid päringuid
Kaasaegse loodusteaduse kontseptsioonid (CSE). Loodusteadus. Loodusteaduste süsteem. Teaduslike teadmiste meetodid. Aine organiseeritus.Ruum ja aeg. Geoloogia
Teadusliku uurimistöö korraldamine kõrgel tasemel. Teaduse mõiste on sama, mis normatiivne regulatsioon. Teadusliku uurimistöö metoodilised varitsused
Finantskursuse loengukonspekt – täielik. Venemaa Föderatsioon. Maa turg. SKT ja RKT.
Test. distsipliinis "Eluohutus" teemal: "Põletused ja külmakahjustused: sümptomid, klassifikatsioon ja esmaabi"
Ensüümide kineetika põhikontseptsioon on ensüümi-substraadi komplekside (ES) mõiste. Nagu anorgaaniliste katalüsaatorite puhul, tagab ensüüm, et reaktsioon kulgeb mööda tõhusamat rada madalama aktiveerimisenergiaga. Ensümaatilise reaktsiooni kõrgem katalüütiline aktiivsus on tingitud asjaolust, et protsess kulgeb ES-i moodustumise etapis. Ensümaatiliste reaktsioonide kiirus on 10 3 - 10 13 korda suurem kui mittekatalüütilise reaktsiooni kiirus. Kiiruse järsk tõus on tingitud kahest põhjusest - konvergentsiefektist, mida täheldatakse ka mitteensümaatilistes reaktsioonides, ja orientatsiooniefektist, mis ensümaatilistes reaktsioonides toimub ülimalt tõhusalt.
Ensüümmolekulid on erinevalt teistest katalüsaatoritest väga keerulise struktuuriga. See võimaldab rakendada mehhanisme reaktsioonikiiruste suurendamiseks, mis on mittebioloogiliste katalüsaatoritega võimatu. Siin on võimalikud erilised interaktsioonid, mis tavapärases katalüüsis puuduvad. Kui eeldada, et substraadi seondumine ensüümi molekuliga ei toimu mitte ühes, vaid kolmes punktis, siis ainuüksi see suurendab järsult vajalike orientatsioonide tõenäosust ja suurendab reaktsioonikiirust mitme suurusjärgu võrra.
Kovalentsed, ioonsed, vesiniksidemed ja hüdrofoobsed interaktsioonid võivad osaleda ensüümi-substraadi komplekside moodustumisel. Ensüümi katalüütiline aktiivsus on seotud selle ruumilise struktuuriga, kus jäigad spiraalilõigud vahelduvad painduvate elastsete lineaarsete osadega.
Ensüümide toimemehhanismi selgitamisel on Koshlandi hüpotees "indutseeritud" või "sunnitud" järgimisest saanud laialdaselt aktsepteeritud. Selle hüpoteesi kohaselt toimub substraadi mõjul funktsionaalrühmade vajalik paigutus ensüümi aktiivses keskuses. Kogu ensüümi molekuli ja selle aktiivse tsentri reaktiivne konformatsioon tekib substraadi deformeeriva toime tulemusena. Tuleb meeles pidada, et indutseeritud vastavust ei tekita mitte ainult ensüümi konformatsiooni muutus, vaid ka substraadi molekuli ümberkorraldamine.
"Sunnitud sobitamise" hüpotees leidis eksperimentaalset kinnitust, kui tõestati aktiivse saidi funktsionaalrühmade paigutuse muutus substraadi kinnitamise protsessis. Ensüümi spetsiifilisus on tõenäoliselt tingitud aktiivse keskuse konformatsioonilise ümberkorralduse võimalusest. Kui ümberkorraldamise võimalused on suured, võib ensüüm interakteeruda mitmete struktuurilt sarnase substraadiga, millel on rühmaspetsiifilisus, kui võimalus on järsult piiratud, siis on ensüüm väga spetsiifiline.
Indutseeritud vastavuse hüpotees eeldab, et ensüümi ja substraadi vahel esineb mitte ainult ruumiline komplementaarsus, vaid ka elektrostaatiline interaktsioon, mis on tingitud substraadi ja ensüümi vastupidiselt laetud rühmadest.
Keha viib korraga ellu tohutul hulgal elutähtsate protsesside jaoks olulisi biokeemilisi reaktsioone, mis peavad olema rangelt reguleeritud vastavalt organismi vajadustele. See määrus peaks tagama vajalike komponentide tarnimise teatud aja jooksul minimaalse energiatarbimisega. Kuna peaaegu iga bioloogiliselt oluline reaktsioon on ensümaatiline reaktsioon, on selge, et selline reguleerimine toimub peamiselt metaboolseid võtmereaktsioone katalüüsivate ensüümide kontrollimise kaudu.
Ainevahetusraja lõpp-produkti moodustumise kiirust saab reguleerida kas vastavate ensüümide aktiivsust muutes või ensüümmolekulide arvu suurendades või vähendades (induktsioon või repressioon).
Ensüümide aktiivsuse reguleerimine rakkudes toimub mitmel viisil. Enamiku ensüümide puhul, mis järgivad Michaelis-Menteni võrrandit, on substraadi kontsentratsioon oluline regulatiivne tegur. Kasutusele võeti väärtus K m, mis tähistab substraadi kontsentratsiooni, mille juures reaktsioonikiirus on 50% maksimumist. Kuna substraatide kontsentratsioon rakus on Km lähedal või veidi madalam, põhjustavad substraatide kontsentratsiooni väikesed muutused reaktsioonikiirustes suhteliselt suuri muutusi.
Ensüümi aktiivsust saab reguleerida otsese mõju kaudu substraadi sidumiskeskustele, näiteks ensüümi inhibeerimisel substraadi analoogide poolt.
Valgulise iseloomuga inhibiitorid seonduvad tihedalt ensüümi aktiivse keskusega. Näiteks trüpsiini inhibiitor on valk, mille molekulmass on 6000. Sellel on tugev inhibeeriv toime, kuna see täiendab rangelt ensüümi aktiivse tsentri struktuuri.
Ensüümide aktiivsuse allosteeriline (mittekovalentne) reguleerimise tüüp on aga palju levinum.
Allosteeriline regulatsioon iseloomulik ensüümidele, mis koosnevad kahest või enamast subühikust ja millel on rohkem kui üks substraadi sidumiskeskus. Need ensüümid sisaldavad allosteerilisi keskusi (erinevad substraati siduvatest keskustest), mis on võimelised siduma teatud aineid, mida nimetatakse allosteerilisteks efektoriteks. Kui efektori seondumine vähendab ensümaatilise reaktsiooni kiirust, nimetatakse seda allosteeriliseks inhibiitoriks, kui see suureneb, nimetatakse seda allosteeriliseks aktivaatoriks. Erinevad metaboliidid, hormoonid ja koensüümid toimivad ensüümide allosteeriliste efektoritena. Üks allosteeriliste ensüümide reguleerimise viise on inhibeerimine “negatiivse tagasiside” või “retroinhibeerimise” kaudu, s.o. inhibeerimine reaktsiooni lõppsaaduse poolt. Mõnel ensüümi molekulil on mitu allosteerilist tsentrit, millest mõned on spetsiifilised positiivsetele, teised negatiivsetele efektoritele. Ensüümide allosteerilised keskused, nagu ka aktiivsed tsentrid, võivad avaldada tugevat spetsiifilisust, kui nad suudavad siduda ainult ühte spetsiifilist efektorit, või suhtelist spetsiifilisust, kui võivad esineda sarnase struktuuriga efektorite seondumine.
Allosteerilise efektori toimemehhanism on seotud subühikute konformatsiooni muutumisega, millest ensüüm on ehitatud, mis mõjutab ensüümi katalüütilist aktiivsust.
Allosteeriline regulatsioon on üks peenemaid ja väga spetsiifilisemaid "kiire reageerimise" mehhanisme teatud keskkonnas toimuvatele protsessidele ning seda kasutatakse metaboolsete süsteemide peenhäälestamiseks. Efektor võib toimida ainult ühes või mitmes kehakoes ja olla seotud ainevahetuse rangelt määratletud osaga.
Allosteerilisi ensüüme iseloomustab kooperatiivsuse nähtus. See väljendub selles, et allüksuste katalüütilised keskused ei interakteeru autonoomselt, vaid omavahel seotud. Koostoime ühe sellise keskuse substraadi või efektoriga suurendab teiste aktiivsete keskuste võimet suhelda (positiivne koostöö). Mõnel juhul vähendab ühe aktiivse saidi seondumine substraadiga võimet siduda teisi saite (negatiivne koostöö).
Positiivset kooperatiivsust on kõige paremini uuritud hemoglobiini molekuli näitel, millel on neli 0 2 sidumissaiti (heemirühmad). Hapnikumolekuli sidumine ühe keskusega suurendab koostoimet hapnikuga teistes piirkondades. Hemoglobiini afiinsus 0 2 suhtes viimase (neljanda) rühma suhtes on enam kui 100 korda suurem kui esimesele. Kuna hapnikku siduvad piirkonnad on molekulis üksteisest suurte vahemaadega eraldatud, ei saa need omavahel otseselt suhelda. Ilmselt muutub hapnikuga varustamisel molekuli kui terviku konformatsioon, mis toob kaasa muutuse seondumiskohtade afiinsuses.
Koostöö on ka üks ensüümi aktiivsuse reguleerimise viise.
Ensüümi aktiivsus võib muutuda ka nn kovalentne (translatsioonijärgne) modifikatsioon, milles kas osa molekulist lõheneb või ensüümi külge kinnituvad väikesed rühmad. Mõlemal juhul hõlmavad need ensüümmolekuli modifikatsioonid kovalentsete sidemete katkemist või moodustumist.
On teada, et seedetrakti proteolüütilised ensüümid (pepsiin, trüpsiin, kümotrüpsiin) sünteesitakse inaktiivsete prekursorite - proensüümide - kujul. Ensüümide aktiivsuse reguleerimine on sel juhul see, et spetsiifiliste ainete (ensüümide) mõjul muudetakse mitteaktiivne vorm aktiivseks. Näiteks trüpsiin sünteesitakse kõhunäärmes trüpsinogeeni kujul, mis peensoolde sattudes muundub ensüümi enterokinaasi toimel trüpsiiniks. Sel juhul lõhustatakse heksapeptiid trüpsinogeenist. Trüpsiin omakorda lõhub kümotrüpsinogeenis ühe peptiidsideme, mis toob kaasa struktuursed muutused aktiivses keskuses ja muudab selle aktiivseks kümotrüpsiiniks.
Pepsinogeeni muundamine pepsiini aktiivseks vormiks on samuti seotud peptiidi lõhustamisega inaktiivsest pepsinogeeni molekulist. Seedetrakti seedimisprotsessi reguleerimise protsessis on oluline proteolüütiliste ensüümide süntees proensüümide kujul.
Proteolüütiliste ensüümide aktiivsuse reguleerimine seedetraktis ei toimu mitte ainult proensüümi muundamisel aktiivseks ensüümiks, vaid ka ensüümide sidumisel looduslike inhibiitoritega. Mao ja soolte limaskestast leiti madala molekulmassiga valke, mis pärsivad pepsiini ja trüpsiini toimet. Väga aktiivne pepsiini inhibiitor eraldati sea maost ja trüpsiini inhibiitor kõhunäärmest.
Ensüümi kovalentne modifitseerimine koos selle aktiivsuse muutumisega võib toimuda mitte ainult peptiidsidemete katkemise tulemusena, vaid ensüümi molekuliga kindla rühma kinnitumisel. Näiteks glükogeeni sünteesi peenregulatsioonis olulist rolli mängiva ensüümi glükogeeni süntetaasi aktiivsuse reguleerimine toimub fosforüülimise ja defosforüülimise teel.
Fosforüülimine proteiinkinaaside poolt on tavaline ensüümi aktiivsuse reguleerimise vorm kovalentse modifitseerimise teel. Suure hulga ensüümide aktiivsuse ja vastavate ainevahetusprotsesside intensiivsuse määrab nende ensüümide fosforüülitud ja defosforüülitud vormide suhe.
Ensümaatilise aktiivsuse reguleerimist saab läbi viia olemasolevate ensüümide või isegi uute ensüümide sünteesi tõhustamise teel vastusena muutunud elutingimustele (uute toidufaktorite, kemikaalide tekkimine).
Konkreetsete ainete, "indutseerijate" või "repressoritega" kokkupuutel transkriptsiooniprotsess käivitatakse või surutakse alla. See ensüümi biosünteesi käigus läbiviidav regulatsioon võib põhjustada muutusi ensüümi kontsentratsioonis, muutusi rakus esinevate ensüümide tüüpides ja isoensüümi koostises.
See reguleerimisrada on aeglasem, kuna see on seotud muutustega valkude biosünteesis. Seetõttu möödub ensüümi kontsentratsiooni muutmise vajadusest teavitamise ja selle uue sisu loomise vahel teatud aeg - mitmest tunnist mitme päevani. Järelikult ei ole ensüümi kontsentratsiooni muutmisega võimalik saavutada reaktsioonikiiruste kiiret reguleerimist. Juhtudel, kus pole vaja kiiret ainevahetuse muutust, vaid ainevahetusprotsessi pikaajalist reguleerimist, muutub see rada oluliseks.
Näiteks juhtudel, kui on vaja stimuleerida glükoneogeneesi, suureneb ensüümide, nagu glükoos-6-fosfataas, fruktoos-1,6-bisfosfataas ja fosfoenoolpüruvaadi karboksülaas, kontsentratsioon. Vajadus nende ensüümide suuremate koguste järele tuleneb asjaolust, et need katalüüsivad reaktsioone, mis mööduvad otsese tsükli füsioloogiliselt pöördumatutest etappidest.
On näidatud, et loomade metaboolse atsidoosi ajal suureneb glutaminaasi süntees. Selle põhjuseks on vajadus neutraliseerida ammoniaagiga organismis kogunevaid happelisi tooteid.
Kirjanduses olevad tõendid viitavad sellele, et ensüümide indutseerimist või represseerimist võivad põhjustada toitumistegurid.
Glükoosi manustamine rottidele, kes olid eelnevalt 5 päeva tühja kõhuga söönud, põhjustas glükokinaasi aktiivsuse järsu tõusu. Kuna puromütsiini või aktimütsiin D süstimine pärssis seda aktivatsiooni, järeldati, et ensüümi aktiivsuse suurenemise põhjus oli selle sünteesi suurenemine (puromütsiin inhibeerib valgusünteesi ja aktinomütsiin inhibeerib mRNA sünteesi).
Seos uurea tsükli ensüümide aktiivsuse ja toidus leiduva valgu koguse vahel on hästi teada. Valgusisalduse suurenemisega toidus kaasneb nende ensüümide aktiivsuse tõus ja see tõus on võrdeline karbamiidi sünteesi intensiivsusega. Ensümaatiliste molekulide kineetilistes omadustes ega mistahes inhibiitorite või aktivaatorite esinemises muutusi ei täheldatud, mis viis järeldusele, et aktiivsuse suurenemine on seotud vastavate ensüümide sünteesi suurenemisega.
Ensüümide indutseerimine patoloogias on väga oluline. Ensüümide esilekutsumine on sageli seotud kaitseprotsesside arenguga kehas esinevate patoloogiliste seisundite korral. Samal ajal tuleb meeles pidada, et mõnel juhul võib ensüümide suurenenud süntees vastusena väliskeskkonna tingimuste muutumisele põhjustada patoloogilise protsessi arengut.
Mõnel juhul toimub ravimite või muude võõrainete sattumisel kehasse ka ensüümide indutseerimine. Kuid see ei aita alati kaasa organismi kohanemisele uue ainega ega loo alati soodsamaid tingimusi keha eluks, kuna ensümaatilise muundamise saadus võib olla mürgisem kui algne aine. Sel juhul on mõju negatiivne.
On kindlaks tehtud, et paljudel ravimainetel on võime indutseerida ensüümide moodustumist – barbituraadid, lenduvad anesteetikumid, hüpoglükeemilised ained, valuvaigistid, insektitsiidid jne. See nähtus võib seletada sageli täheldatud sõltuvust mõnest raviainest nende pikaajalise kasutamisega. .
Näiteks fenüülbutasooni eksperimentaalsel manustamisel koertele suurenes selle sisaldus veres ja täheldati joobeseisundi nähtust. Selle ravimi korduv manustamine ei põhjustanud enam selle veretaseme nii märgatavat tõusu ega toksilist toimet.
Ensüümi indutseerimine farmakoloogiliste ainete poolt ei ole sageli väga spetsiifiline. Sageli moodustuvad ensüümid, mis soodustavad mitte ainult selle aine - indutseerija, vaid ka mõne muu raviaine muundamist. Näiteks põhjustab pentabarbituraadi viimine kehasse mitte ainult selle aine metabolismi suurenemist, vaid põhjustab ka heksabarbituraadi ja isegi barbituraatide rühma mittekuuluvate ainete suurenenud oksüdatsiooni.
Rääkides ravimainete metabolismist organismis, tuleb silmas pidada, et seda saab läbi viia mitte ainult ensüümide indutseerimise, vaid ka ensüümide allosteerilise ja kovalentse modifitseerimise kaudu.
Kliinilise ensüümdiagnostika põhimõtted
1. Reguleerimisvõime muudab ensüümid oluliseksmärkimisväärsed osalejad ja algsed korraldajadrakulised protsessid inimkehas. Ensümaatiliste reaktsioonide kiiruse reguleerimine rakus on peamine mehhanism mitte ainult metaboolsete radade juhtimiseks ja koordineerimiseks, vaid ka raku kasvuks ja arenguks, samuti reageerimiseks keskkonnamuutustele.
2. Ensümaatiliste reaktsioonide kiiruse kontrollimiseks on kaks peamist viisi:
— Ensüümi koguse kontrollimine.
Määratakse ensüümi hulk rakus selle sünteesi ja lagunemise kiiruste suhe. See ensümaatilise reaktsiooni kiiruse reguleerimise meetod on aeglasem protsess (ilmub mõne tunni pärast) kui ensüümi aktiivsuse reguleerimine (peaaegu hetkeline reaktsioon).
— Ensüümide aktiivsuse kontroll.
Ensüümi aktiivsust saab reguleerida koostoime kaudu teatud ained, mis muudavad aktiivse keskuse konformatsiooni.
3. Ensüümid, mis reguleerivad ainevahetusradade kiirust:
— toimivad tavaliselt metaboolsete radade varases staadiumis, metaboolsete radade võtmeharude kohtades;
- katalüüsib rakutingimustes praktiliselt pöördumatuid reaktsioone, mis kulgevad kõige aeglasemalt (peamised).
Näide 1. Tagasiside määrus: mitmeetapilistes metaboolsetes radades inhibeerib lõppsaadus protsessi reguleerivat (võtme) ensüümi.
Esimest ensüümi (Ej) aine A aineks Z muutmise järjestikuses rajas inhibeerib tavaliselt selle metaboolse raja lõpp-produkt.
Põhiensüümi aktiivsuse muutus E 1 tekib konformatsiooni muutumise tulemusena pärast aine Z sidumist allosteerilineskom keskus- aktiivkeskusest eemal asuv ala. EnsüümE 1 allosteeriline.
Tagasiside reguleerimine toimub suhteliselt kiiresti ja on sageli raku esimene reaktsioon muutuvatele tingimustele.
Teisest küljest ensüüm E x on aktiivne, kui aine kontsentratsioon vähenebZ.
4. Ensüümide katalüütilise aktiivsuse reguleerimise peamised tüübid rakus ja ensüümide struktuursed muutused nende aktiveerimisel on toodud tabelis. 2.3.
5. Ensüümide sünteesi rikkumine võib põhjustadaensümopaatiad, mille puhul ühe ensüümi puudumine metaboolses rajas võib põhjustada lõpptoote moodustumise häireid. Metaboolsete radade vastastikuse sõltuvuse tõttu põhjustab ühe ensüümi defekt sageli mitmeid metaboolseid häireid:
.jpg)
On võimalus, et liigne kogunenud substraat võib minna kõrvalainevahetusrada, mille käigus moodustub ebatavaline ja sageli toksiline aine Bj.
6. Järgmiste osade uurimisel võetakse arvesse ensümopaatiate (disahharidoosid, glükogenoosid, aglükogenoosid, fenüülpüroviidne oligofreenia) üksikuid näiteid.
