Funzioni, struttura e cinetica degli enzimi allosterici

il Enzimi allosterici sono sostanze chimiche organiche che sono composte con una struttura di quattro molecole, motivo per cui si dice che la sua struttura è quaternaria.

In sintesi, gli enzimi allosterici hanno più di una catena polipeptidica e contengono unità in cui viene eseguita la catalisi. Questi, a loro volta, hanno anche il sito di attività, cioè lo scambio chimico, e per questo motivo eseguono un riconoscimento del substrato.

In altre parole, gli enzimi allosterici sono caratterizzati dall'avere più di due catene polipeptidiche, le cui sottounità hanno proprietà diverse: una isosterica, che è il sito attivo stesso, e una allosterica, dove viene eseguita la regolazione enzimatica.

Quest'ultimo non ha attività di catalisi, ma può essere collegato a una molecola di modulazione che può agire come stimolo o impedimento alla realizzazione dell'attività degli enzimi.

Breve introduzione agli enzimi allosterici

Gli enzimi allosterici hanno l'importante compito di facilitare la digestione. Mentre penetrano nel nucleo delle molecole, questi enzimi hanno il potere di intervenire nel metabolismo dell'organismo, quindi hanno la capacità di farlo assorbire ed espellere in base ai bisogni biochimici che si presentano.

Affinché ciò sia fattibile, è necessario che gli enzimi allosterici spostino i meccanismi con cui viene eseguito il processo di regolazione.

Questi enzimi sono classificati in due versanti: K e V. In entrambi si vede che la loro curva di saturazione non è tipicamente quella di un'iperbole, ma quella di una forma irregolare che imita il sigma dell'alfabeto greco.

Ciò ovviamente significa che la sua struttura e cinetica non è affatto uguale a quella degli enzimi michaeliani, molto meno quella degli enzimi non allosterici, poiché il suo substrato causa variazioni rilevanti e differenze nella velocità della reazione.

La struttura e la cinetica degli enzimi allosterici sono direttamente associate alle interazioni cooperative, in particolare quelle che non sono covalenti.

Questa ipotesi si basa sulla premessa che la curva sigmoidea, che viene disegnata quando la concentrazione del substrato aumenta, è correlata ai cambiamenti strutturali che si verificano con gli enzimi.

Tuttavia, questa correlazione non è sempre assoluta e si presta a ambiguità in cui sono omesse certe peculiarità in questo sistema.

funzione

Globalmente, gli enzimi allosterici sono indicati come quelle molecole di origine organica, in cui possono influenzare i legami biochimici tra proteine ​​ed enzimi.

L'azione di questi enzimi allosterici si sviluppa attraverso un'infiltrazione nel nucleo molecolare, in modo che all'interno dell'organismo sia responsabile della catalisi digestiva. Grazie ad esso, i vari processi legati al tratto gastrointestinale sono estesi, soprattutto nella gestione del metabolismo.

Pertanto, la funzione primaria degli enzimi allosterici è di prendersi cura di facilitare la digestione nel corpo. Ciò accade perché il processo dei collegamenti a cui sono sottoposti consente di favorire l'assimilazione dei nutrienti e l'eliminazione dei rifiuti nella struttura dell'organismo.

Pertanto, la catalisi del sistema digestivo si sviluppa continuamente in un ambiente equilibrato in cui ogni modulatore ha un sito allosterico specifico.

Inoltre, gli enzimi allosterici sono, da una prospettiva metabolica, quelli che realizzano che l'attività enzimatica è controllata attraverso fluttuazioni che sono percepite a livello dello strato.

Più piccole sono le modifiche apportate alla concentrazione di quel substrato, maggiori saranno le trasformazioni a cui verrà sottoposta l'attività degli enzimi e viceversa.

D'altra parte, i valori degli enzimi allosterici K possono essere aumentati con una dose minima del modulatore di inibizione.

Può accadere che nella loro performance gli enzimi allosterici siano inibiti alla fine del processo metabolico, qualcosa che accade in alcuni sistemi multienzimatici (hanno molti tipi di enzimi), essendo molto di più se le capacità cellulari vengono superate.

Quando ciò accade, gli enzimi allosterici assicurano che l'attività catalitica sia diminuita; altrimenti, il substrato provoca l'attivazione dell'attività enzimatica invece di regolarla.

Il regolamento allosterico

È noto come quei processi cellulari in cui l'attività enzimatica è regolata da un processo di adattamento. Ciò è possibile perché si verifica un feedback che può essere positivo (cioè attivazione) o negativo (inibizione).

La regolazione può avvenire in vari modi, su scala organica (supracellulare, sopra la cellula), mediante trasduzione del segnale e modifica covalente degli enzimi.

La fissazione del substrato può normalmente verificarsi nel centro attivo quando l'inibitore non è presente.

Tuttavia, se quel centro allosterico è occupato dall'inibitore, questo primo elemento cambia nella sua struttura e quindi il substrato non può essere riparato.

La presenza di una forma di sigma cinetica può suggerire che v'è un rapporto di cooperatività nel substrato, ma questo non è sempre la regola, ci sono delle eccezioni (vedi "cooperatività e cooperatività:? I sinonimi" riportata di seguito).

Struttura e cinetica

Molti dei polipeptidi degli enzimi allosterici mancano di catalisi. In ogni caso, hanno anche siti strategici e molto specifici in cui avviene un legame e il riconoscimento del modulatore, motivo per cui può risultare un enzima di modulazione complesso.

Ciò è dovuto al fatto che il loro grado di attività del catalizzatore dipende dalla polarità avente modulatore, cioè, a seconda se è negativa (inibizione) o positivo (trigger).

Il luogo in cui si verifica questo scambio biochimico, o piuttosto l'interazione enzimatica con il modulatore, è propriamente noto come sito allosterico.

È qui che vengono mantenute le loro proprietà senza che il modulatore subisca alterazioni a livello chimico. Tuttavia, il collegamento tra il modulatore e l'enzima non è irreversibile, al contrario; Può essere annullato. Pertanto, si può affermare che questo processo degli enzimi allosterici non è immobile.

Una caratteristica che evidenzia gli enzimi allosterici è che non corrispondono ai modelli cinetici che soddisfano i principi di Michaelis-Menten.

In altre parole, gli esperimenti finora hanno dimostrato che il legame esiste tra un enzima allosterico e modulatori (indipendentemente dalla polarità) ha una curva di saturazione che ha una forma regolare, ma sigmoidale, con curvatura simile alla Lettera greca di sigma.

Le differenze in questa forma sigmoidea sono poche, indipendentemente dal fatto che i modulatori siano stati usati (positivi o negativi) o non usati affatto.

In tutti i casi, la velocità delle reazioni degli enzimi allosterici mostra una serie di modifiche drammatiche le cui concentrazioni di substrato sono inferiori rispetto ai modulatori negativi e superiori a quelli positivi. A loro volta, hanno valori intermedi quando non ci sono modulatori legati agli enzimi.

Il comportamento cinetico degli enzimi allosterici può essere descritto con due modelli: simmetrici e sequenziali.

Modello simmetrico

In questo modello, un enzima allosterico può essere presentato secondo le conformazioni, che sono tese e rilassate.

Le subunità possono essere ad entrambe le estremità, poiché non v'è un equilibrio che si muove tra i due stati in cui i modulatori negativi avvicinano conformazione tesa, mentre il rilassato unisce i substrati e attivatori.

Modello sequenziale

Con questo modello hai un paradigma diverso. Qui ci sono anche due conformazioni, ma ognuna può agire indipendentemente, separatamente.

A questo punto potrebbe esserci un aumento o una diminuzione delle affinità dei legami biochimici degli enzimi, con livelli di cooperatività che possono essere di attivazione o inibizione.

I cambiamenti strutturali sono passati successivamente da una subunità all'altra, con un ordine definito.

Entrambi i modelli simmetrici e sequenziali funzionano autonomamente, secondo i propri standard. Tuttavia, entrambi i modelli possono funzionare in modo congiunto, quindi non si escludono a vicenda.

In questi casi ci sono stati intermedi in cui si osserva come le conformazioni, cioè il tempo e il rilassato, partecipano a un processo di cooperazione in cui si fondono le interazioni biochimiche degli enzimi allosterici.

Alosterismo e cooperatività: sinonimi?

Si ritiene che l'alosterismo sia lo stesso del cooperativismo, ma non è questo il caso. La confusione di entrambi i termini, apparentemente, deriva dalle loro funzioni.

Tuttavia, va notato che questa somiglianza non è sufficiente per l'alosterismo e il cooperativismo da utilizzare come parole equivalenti. Entrambi hanno sottili sfumature a cui deve essere prestata attenzione prima di cadere in generalizzazioni e categorizzazioni sbagliate.

È necessario ricordare che gli enzimi allosterici, quando si uniscono ai modulatori, prendono una varietà di forme. I modulatori positivi si attivano, mentre i modulatori negativi si inibiscono.

In entrambi i casi, vi è un cambiamento sostanziale nella struttura enzimatica nel sito attivo, che a sua volta diventa il cambiamento di quello stesso sito attivo.

Uno degli esempi più pratici di ciò è l'inibizione non competitiva, in cui il modulatore negativo si lega a un enzima diverso dal substrato.

Tuttavia, l'affinità dell'enzima rispetto al substrato può essere ridotta da questo modulatore negativo di enzimi allosterici, che può diventare un'inibizione competitiva indipendentemente dalla struttura del substrato è diversa dalla struttura dell'enzima.

Allo stesso modo, può accadere che ci sia un aumento di detta affinità o che invece di un effetto di inibizione si verifichi un effetto inverso, cioè un effetto di attivazione.

Il fenomeno cooperativa avviene in molti degli enzimi allosterici, ma solo raggiunge etichettato come tale quando enzimi hanno parecchi siti che realizzano aderenti al substrato, così sono chiamati enzimi oligomerici.

Inoltre, le affinità sono prodotte in base al livello di concentrazione che ha l'effettore, e in esse i modulatori positivi, i negativi e persino il substrato stesso agiscono in un modo variegato durante questo processo.

Per produrre questo effetto, è necessario presentare diversi siti in grado di legarsi al substrato, e il risultato appare graficamente in studi scientifici come curve sigmoidi, a cui è già stato fatto riferimento.

Ed è qui che si verifica l'entanglement, perché tende ad essere associato che se c'è una curva sigmoide nell'analisi enzimatica è perché l'enzima allosterico osservato deve necessariamente essere cooperativo.

Inoltre, uno dei fattori che contribuiscono a questo entanglement è che il grado di cooperatività esistente nel sistema è gestito dagli effettori allosterici.

Il suo livello può aumentare con la presenza di inibitori, mentre tende a diminuire quando sono presenti gli attivatori.

Tuttavia, la cinetica abbandona la sua condizione sigmoide quando diventa michaeliana in cui le concentrazioni dell'attivatore sono elevate.

Pertanto, è chiaro che le curve sigmoidi possono essere antonimi di enzimi allosterici. Sebbene la maggior parte di questi enzimi, quando questo substrato è saturo, abbia detto segnale, è falso che vi sia un'interazione allosterica solo perché nel grafico si vede una curvatura della cinetica sigmoidea.

Supporre che l'inverso sia anche fallace; il sigmoide non implica che ci sia una manifestazione inequivocabile di alosterismo.

Un alosterismo unico: l'emoglobina

L'emoglobina è considerata un classico esempio di ciò che accade con i sistemi allosterici. In questo componente dei globuli rossi, viene fissato un substrato corrispondente al tipo sigmoideo.

Questa fissazione può essere inibita tramite effettori in cui non vi è alcuna azione sul centro attivo, che non è altro che il gruppo eme. La cinetica michaeliana, d'altra parte, viene presentata isolatamente nelle subunità che partecipano alla fissazione dell'ossigeno.

riferimenti

1. Bu, Z. e Callaway, D.J. (2011). "Dinamica delle proteine ​​e allosteria a lungo raggio nella segnalazione cellulare". Progressi nella chimica delle proteine ​​e nella biologia strutturale, 83: pp. 163-221.
2. Huang, Z; Zhu, L. et al (2011). "ASD: un database completo di proteine ​​e modulatori allosterici". Ricerca sugli acidi nucleici, 39, pp. D663-669.
3. Kamerlin, S. C. e Warshel, A (2010). "All'alba del 21 ° secolo: la dinamica è l'anello mancante per la comprensione della catalisi enzimatica?". Proteine: struttura, funzione e bioinformatica, 78 (6): pp. 1339-1375.
4. Koshland, D.E; Némethy, G. e Filmer, D. (1966). "Confronto di dati di legame sperimentale e modelli teorici in proteine ​​contenenti subunità". Biochimica, 5 (1): pp. 365-85.
5. Martínez Guerra, Juan José (2014). Struttura e cinetica degli enzimi allosterici. Aguascalientes, Messico: Università autonoma di Aguascalientes. Recuperato da libroelectronico.uaa.mx.
6. Monod, J., Wyman, J. e Changeux, J.P. (1965). "Sulla natura delle transizioni allosteriche: un modello plausibile". Journal of Molecular Biology, 12: pp. 88-118.
7. Teijón Rivera, José María; Garrido Pertierra, Amando et al (2006). Fondamenti di biochimica strutturale. Madrid: Editorial Tébar.
8. Università peruviana Cayetano Heredia (2017). Enzimi regolatori Lima, Perù: UPCH. Estratto da upch.edu.pe.