Regulasi aktivitas enzim dan cara-cara mereka

Sebagai unit materi hidup, yang berfungsi sebagai seperangkat sistem biologis terbuka, sel terus berkomunikasi dengan substansi lingkungan eksternal dan energi. Untuk mempertahankan homeostasis di dalamnya terdapat sekelompok zat khusus alam protein - enzim. Struktur, fungsi dan regulasi aktivitas enzim dipelajari biokimia cabang khusus, enzim yang disebut. Pada artikel ini, menggunakan contoh-contoh konkret, kami akan mempertimbangkan berbagai mekanisme dan metode mengatur aktivitas enzim yang melekat pada mamalia yang lebih tinggi dan manusia.

Kondisi yang diperlukan untuk aktivitas enzim yang optimal

agen biologis aktif yang selektif mempengaruhi reaksi asimilasi dan belahan dada menunjukkan sifat katalitik dalam sel di bawah kondisi tertentu. Sebagai contoh, adalah penting untuk mengetahui di bagian mana dari sel berlangsung proses kimia, yang melibatkan enzim. Karena kompartemensi (pembagian sitoplasma ke situs) reaksi antagonis terjadi di berbagai bagian dan organel.

Dengan demikian, sintesis protein dilakukan di ribosom dan belahan dada mereka - di hyaloplasm. Peraturan aktivitas selular enzim yang mengkatalisis reaksi biokimia yang berlawanan, tidak hanya menyediakan laju aliran optimal metabolisme, tetapi juga mencegah pembentukan jalur metabolisme yang tidak berguna energi.

multienzim kompleks

organisasi struktural dan fungsional dari enzim, enzim bentuk sel satuan. Sebagian besar reaksi kimia yang terjadi di dalamnya saling terkait. Jika dalam produk proses kimia multistage reaksi pertama adalah reaktan untuk lebih lanjut, dalam hal ini, pengaturan tata ruang enzim dalam sel dinyatakan sangat kuat.

Harus diingat bahwa enzim adalah oleh alam sederhana atau protein kompleks. Dan sensitivitas mereka untuk substrat seluler terutama disebabkan perubahan konfigurasi spasial sendiri struktur tersier atau kuaterner dari peptida. Enzim dan bereaksi terhadap perubahan tidak hanya dalam parameter seluler seperti komposisi kimia hyaloplasm, konsentrasi reaktan dan produk reaksi, suhu, tetapi juga perubahan dalam sel-sel tetangga atau dalam cairan ekstraselular.

Mengapa sel dibagi ke dalam kompartemen

Wajar dan logis perangkat satwa liar menakjubkan. Hal ini sepenuhnya berlaku untuk manifestasi kehidupan karakteristik sel. Untuk ilmuwan kimia cukup jelas bahwa reaksi kimia enzimatik multiarah, misalnya sintesis glikolisis dan glukosa tidak bisa melanjutkan dalam tabung yang sama. Bagaimana, kemudian, sebaliknya terjadi pada hyaloplasm reaksi sel tunggal, yang merupakan substrat untuk perilaku mereka? Ternyata isi selular - sitosol, - dimana proses kimia antagonis dilakukan spasial terpisah dan bentuk terisolasi lokus - kompartemen. Karena reaksi metabolisme mereka mamalia yang lebih tinggi dan manusia diatur terutama tepat, dan produk metabolik diubah menjadi bentuk, dengan mudah menembus melalui dinding situs sel. Berikutnya, mereka mengembalikan struktur aslinya. Selain sitosol, enzim yang terkandung dalam organel: ribosom, mitokondria, nukleus, lisosom.

Peran enzim dalam metabolisme energi

Pertimbangkan dekarboksilasi oksidatif piruvat. Peraturan aktivitas katalitik enzim itu telah dipelajari dengan baik enzim. Proses biokimia ini berlangsung di mitokondria - organel dvumembrannyh sel eukariotik - dan proses peralihan antara glukosa membelah anoxic dan siklus Krebs. Piruvat dehidrogenase kompleks - PDH - berisi tiga enzim. Pada mamalia yang lebih tinggi dan manusia mengurangi nya terjadi dengan meningkatnya konsentrasi asetil-CoA dan NATH, yaitu dalam kasus molekul kesempatan pendidikan alternatif asetil-CoA. Jika sel membutuhkan lebih banyak porsi energi dan membutuhkan molekul akseptor baru untuk reaksi amplifikasi trikarboksilat siklus asam, enzim diaktifkan.

Apa penghambatan alosterik

Peraturan aktivitas enzim dapat dilakukan dengan zat khusus - inhibitor katalitik. Mereka mungkin kovalen terkait dengan enzim lokus tertentu, melewati situs aktif. Hal ini menyebabkan deformasi spasial struktur katalis dan secara otomatis memerlukan pengurangan sifat enzimatik. Dengan kata lain, ada regulasi alosterik aktivitas enzim. Kami juga menambahkan bahwa bentuk aksi katalitik enzim oligomer yang melekat, yaitu mereka yang molekul terdiri dari dua atau lebih subunit protein polimer. PDH kompleks dibahas dalam judul sebelumnya hanya berisi tiga enzim oligomer: dehidrogenase piruvat, dehidrogenase dan degidrolipoil gidrolipoil transatsetilazu.

enzim peraturan

Penelitian di enzim didirikan fakta bahwa laju reaksi kimia tergantung baik pada konsentrasi dan aktivitas katalis. Paling sering, jalur metabolisme utama mengandung enzim yang mengatur laju reaksi di semua situs tersebut.

Mereka disebut peraturan dan biasanya mempengaruhi reaksi awal kompleks, dan dapat berpartisipasi dalam sebagian besar proses kimia lambat dalam reaksi ireversibel, atau bergabung dengan reaktan pada titik-titik cabang di jalur metabolisme.

Bagaimana interaksi peptida

Salah satu metode yang regulasi aktivitas enzim terjadi dalam sel adalah interaksi protein-protein. Apa itu? protein regulator yang tergabung ke molekul enzim, dimana aktivasi mereka. Sebagai contoh, enzim adenilat siklase terletak pada permukaan bagian dalam membran sel dan dapat berinteraksi dengan struktur seperti reseptor hormon dan peptida dibuang antara itu dan enzim. Sejak reseptor hormon senyawa yang dihasilkan perubahan protein konfirmasi spasial menengah, metode ini meningkatkan sifat katalitik dari adenilat siklase dalam biokimia disebut "aktivasi karena aksesi protein peraturan."

Protomers dan peran mereka dalam biokimia

Kelompok ini zat, jika tidak disebut protein kinase, mempercepat transfer anion PO ₄ ^3- asam amino gidroksogrupp milik makromolekul peptida. Peraturan aktivitas enzim protomers akan dipertimbangkan oleh kami sebagai contoh protein kinase A. molekul - tetramer terdiri dari dua katalitik dan dua subunit peraturan dan peptida tidak berfungsi sebagai katalis selama daerah peraturan untuk protomer melekat molekul empat cAMP. Hal ini menyebabkan transformasi struktur spasial protein peraturan, yang mengarah ke rilis dua partikel protein katalitik diaktifkan, yaitu disosiasi protomers. Jika terpisah dari subunit regulasi molekul cAMP, protein kinase yang kompleks tidak aktif lagi dikembalikan ke tetramer, seperti terjadi Asosiasi katalitik dan partikel peptida peraturan. Dengan demikian, cara pengaturan aktivitas enzim dibahas di atas memberikan sifat reversibel mereka.

peraturan kimia aktivitas enzim

Biokimia dan mempelajari mekanisme ini regulasi aktivitas enzim, fosforilasi, defosforilasi. Mekanisme regulasi aktivitas enzim dalam hal ini memiliki bentuk berikut: residu asam amino dari enzim yang mengandung OH ^-, mengubah modifikasi kimia mereka karena paparan fosfoproteinfosfataz. Dalam hal ini, koreksi setuju untuk situs aktif enzim, dimana enzim untuk beberapa alasan itu mengaktifkan mereka dan untuk orang lain - penghambatan. fosfoproteinfosfataz sifat katalitik sendiri diatur oleh hormon pada gilirannya. Misalnya, pati hewan - glikogen - dan lemak di antara waktu makan dipecah dalam saluran pencernaan, atau lebih tepatnya, di duodenum bawah pengaruh glukagon - enzim pankreas.

Proses ini ditingkatkan oleh fosforilasi enzim pencernaan trofik. Dalam masa aktif pencernaan saat makanan memasuki dari perut ke duodenum, sintesis glukagon ditingkatkan. Insulin - satu enzim pankreas yang diproduksi oleh sel-sel alpha dari pulau Langerhans, - berinteraksi dengan reseptor, termasuk fosforilasi mekanisme yang sama enzim pencernaan.

proteolisis parsial

Seperti yang Anda lihat, tingkat regulasi aktivitas enzim dalam sel bervariasi. Untuk enzim yang berada di luar sitosol atau organel (dalam plasma darah atau di saluran pencernaan), metode aktivasi adalah proses hidrolisis ikatan peptida CO-NH. Hal ini diperlukan, karena enzim tersebut disintesis dalam bentuk tidak aktif. Molekul dibelah oleh bagian peptida enzim dan sisanya tunduk modifikasi struktur situs aktif. Hal ini mengarah pada fakta bahwa enzim "termasuk kondisi kerja", yaitu, mampu mempengaruhi jalannya proses kimia. Sebagai contoh, enzim pankreas tidak aktif tripsinogen tidak memotong protein makanan memasuki duodenum. Ini terjadi di bawah aksi proteolisis enteropeptidase. Setelah enzim diaktifkan dan sekarang disebut tripsin. Parsial proteolisis - proses ini reversibel. Hal ini terjadi dalam kasus seperti aktivasi enzim yang memecah polipeptida dalam pembekuan darah.

Peran konsentrasi bahan awal dalam metabolisme sel

Peraturan aktivitas ketersediaan enzim substrat dilihat sebagian di kontak subtitle "kompleks multienzim." Laju reaksi katalitik terjadi dalam beberapa tahap, sangat tergantung pada jumlah molekul bahan awalnya dalam sel hyaloplasm atau organel. Hal ini disebabkan fakta bahwa kecepatan jalur metabolisme berbanding lurus dengan konsentrasi bahan awal. Molekul-molekul reaktan lebih besar terletak di sitosol, semakin tinggi kecepatan semua reaksi kimia berikutnya.

peraturan alosterik

Enzim yang aktivitasnya dikendalikan tidak hanya oleh konsentrasi bahan, reagen, tetapi juga zat efektor mulai, ditandai oleh apa yang disebut peraturan alosterik. Sebagian besar enzim ini disajikan dengan produk antara metabolisme dalam sel. Karena efektor dan menerapkan regulasi aktivitas enzim. Biokimia menunjukkan bahwa senyawa ini, yang disebut enzim alosterik sangat penting untuk metabolisme sel, karena mereka memiliki sensitivitas yang sangat tinggi terhadap perubahan homeostasis nya. Jika enzim menghambat reaksi kimia, yaitu mengurangi kecepatan - itu disebut efektor negatif (inhibitor). Dalam kasus sebaliknya, ketika ada peningkatan laju reaksi, datang ke aktivator - sebuah efektor positif. Dalam kebanyakan kasus bahan awal, yaitu reaktan masuk ke dalam interaksi kimia memainkan peran aktivator. Tentu saja, produk yang dibentuk oleh reaksi multistage berperilaku sebagai inhibitor. Jenis peraturan dibangun pada hubungan konsentrasi reaktan dan produk, disebut heterotrofik.