הסדרת הפעילות של אנזימים ומאז דרכיהם

כיחידת משנה חיים, אשר מתפקדת כמערכת של מערכות ביולוגיות פתוחות, התא כל זמן מתקשר עם הסביבה החיצונית חומר ואנרגיה. כדי לשמור על הומאוסטזיס בו קיימת קבוצה של חומרים מיוחדים של טבע חלבון - אנזימים. מבנה, תפקוד הסדרת הפעילות של אנזימים למד ביוכימיה סניף מיוחד, enzymology שנקרא. במאמר זה, באמצעות דוגמאות קונקרטיות, נשקול מנגנונים שונים ושיטות ויסות הפעילות של אנזימים גלומים יונקים מפותחת ובני אדם.

התנאים ההכרחיים לפעילות אנזים אופטימלית

סוכנים פעילים ביולוגית כי סלקטיבי להשפיע הן על התגובה התבוללות מחשוף להציג נכסים קטליטי שלה בתאים בתנאים מסוימים. לדוגמא, חשוב לברר באיזה צד של התא מתקיים תהליך כימי, אשר כרוך אנזימים. מידור בשל (חלוקת הציטופלסמה באתרים) בתגובות נאצה להתרחש בחלקים האברונים שונים.

לפיכך, סינתזת חלבון מתבצעת הריבוזומים מהחשופים שלהם - ב hyaloplasm. תקנה הפעילות התאית של אנזימים אשר לזרז תגובות ביוכימיות הפוכה, לא רק מספק את קצב הזרימה האופטימלית של חילוף החומרים, אלא גם מונע היווצרות של מסלולים מטבוליים תועלת אנרגיה.

מורכבות multienzyme

ארגון מבני ותפקודי של האנזימים, תאי יחידת צורות אנזימטי. רוב התגובות הכימיות המתרחשות בה קיימים יחסי גומלין. אם במוצר תהליך כימי רב שלבים של התגובה הראשונה הוא מגיב להמשך, במקרה זה, הסדר המרחבי של אנזימים בתא מתבטא בעיקר בחום.

יש לזכור כי האנזימים הם על ידי פשוט טבע או חלבונים מורכבים. ורגישותם מצעים הסלולר בעיקר בשל שינוי תצורת מרחבית משלו של מבנה שליישונים או רבעונים של הפפטיד. אנזימים ומגיבים לשינויים לא רק בפרמטרים הסלולר כגון hyaloplasm הרכב כימי, ריכוז מגיבים ומוצרי תגובה, הטמפרטורה, אלא גם לשינויי תאי השכנים או בנוזל החוץ התאי.

למה תא מחולק לתאים

מכשיר חיות בר סביר והגיוני פשוט מדהים. זה חל במלואו גילויי החיים האופייניים של התא. עבור כימאי מדען די ברור כי תגובות כימיות רבות-כיווניות אנזימטי, למשל הסינתזה של הגליקוליזה גלוקוז לא יכולה להמשיך באותו הצינור. כיצד, אם כן, את ההפך מתרחש hyaloplasm תגובת תא בודד, המהווה את המצע להתנהגות שלהם? מתברר כי התוכן הסלולרי - cytosol, - שבו התהליכים הכימיים אנטגוניסטית מתבצעים מופרדים מרחבית ו לוקוסי צורות מבודדות - תאים. בשל התגובות המטבוליות שלהם של יונקים ובני אדם גבוהים מוסדרות בעיקר בדיוק, ומוצרי מטבולית הופכים צורה, חודר בקלות דרך הקירות של אתרים סלולריים. בשלב הבא, הם לשחזר המבנה המקורי שלה. בנוסף cytosol, האנזימים כלולים אברונים: ריבוזומים, מיטוכונדריה, גרעין, lysosomes.

התפקיד של אנזימים במטבוליזם האנרגיה

קחו למשל את חמצוני decarboxylation של פירובט. הסדרת הפעילות הקטליטית של אנזימים זה נחקר היטב enzymology. תהליך ביוכימי זה מתרחש במיטוכונדריה - אברונים dvumembrannyh של תאים איקריוטיים - ותהליך ביניים בין גלוקוז פיצול anoxic ו במעגל קרבס. פירובט דהידרוגנז מורכב - PDH - מכיל אנזים שלוש. אצל יונק ובני אדם גבוהים להפחית שלה קורה עם הגדלת ריכוז של אצטיל-CoA ו נאה, כלומר במקרה של מולקולות הזדמנויות חינוכיות חלופיות אצטיל-CoA reductase. אם התא צריך יותר מנות של אנרגיה ודורש מולקולות acceptor חדשות לתגובות הגברת tricarboxylic מחזור חומצה, מופעלים האנזימים.

מהו עיכוב האלוסטריים

הסדרת הפעילות של אנזימים יכולה להתבצע עם חומרים מיוחדים - מעכבי קטליטי. הם עשויים להיות קשורים קוולנטית אנזים לוקוסים ספציפי, תוך עקיפת האתר הפעיל שלו. זה מוביל עיוות המרחבי של מבנה הזרז ובאופן אוטומטי כרוך ירידה בנכסים אנזימטי שלה. במילים אחרות, יש אלוסטריה של פעילות האנזים. אנחנו גם להוסיף כי צורה זו של אנזימי oligomeric טמונים פעולה קטליטי, דהיינו אלה אשר מולקולות מורכבות של שתיים או יותר יחידות משנת חלבון פולימריים. PDH קומפלקס דנו בכותרת הקודמת פשוט מכיל שלושה אנזים oligomeric: פירובט דהידרוגנאז, A dehydrogenase ו degidrolipoil gidrolipoil transatsetilazu.

אנזימים רגולטוריים

מחקר enzymology הוקם עובדה בשיעור של תגובות כימיות תלוי הוא ריכוז הפעילות של הזרז. לרוב, מסלולי מטבוליים הגדולים מכילים אנזימים המווסתים את קצב התגובה בכלל אתריה.

הם נקראים רגולטוריות ובדרך כלל משפיעים על התגובה הראשונית של המתחם, והוא יכולים להשתתף ביותר של תהליכים כימיים איטיים תגובה בלתי הפיכה, או להצטרף המגיב בנקודות סניף מסלול מטבולים.

איך היא פפטיד האינטראקציה

שיטה אחת שבאמצעותה הסדרת פעילות אנזים מתרחשת בתא היא אינטראקציה בין חלבונים. מה זה? חלבוני בקרה ממוזג אל מולקולת האנזים, לפיה ההפעלה שלהם. לדוגמא, אנזים cyclase adenylate הממוקם על המשטח הפנימי של קרום התא ועשוי אינטראקציה עם מבנים כגון קולטן הורמון ואת פפטיד מסולק בינה לבין האנזים. מאז קולטן הורמון מתחם וכתוצאה משנת אישור מרחבית ביניים החלבון שלה, שיטה זו של שיפור התכונות קטליטי של adenylate cyclase בביוכימיה נקראה "הפעלת חלבונים רגולטוריים בשל הצטרפותן."

Protomers ותפקידם בביוכימיה

קבוצה זו של חומרים, שנקרא אחרת קינאזות חלבון, להאיץ את העברת האניון PO ₄ ³ חומצת אמינו gidroksogrupp השייכים מקרומולקולה פפטיד. הסדרת הפעילות של protomers אנזימים תיחשב על ידינו כדוגמא א חלבון קינאז זה מולקולה - tetramer מורכבת משתי תת-יחידות רגולטוריות קטליטי ושתי פפטיד אינו פועלת כזרז עוד באזור הרגולטורים עבור protomer מצורפת מולקולת מחנה ארבעה. זה גורם לשינוי המבנה המרחבי של חלבונים רגולטוריים, אשר מוביל את שחרורם של שני חלקיקי חלבון מופעלים קטליטי, דהיינו protomers ניתוק. אם נפרד מן subunits רגולטוריות של מולקולה המחנה, קומפלקס פעיל חלבון קינאז שוב כנו עד tetramer, כפי שקורה קטליטי האגודה וחלקיקים פפטיד רגולטוריים. לפיכך, דרך הרגולציה של פעילות אנזים שנדונה לעיל לספק הטבע ההפיך שלהם.

תקנה כימית של פעילות האנזים

ביוכימיה ולמד מנגנונים אלה של הסדרת פעילות האנזים, זרחון, dephosphorylation. מנגנון הוויסות של פעילות אנזים במקרה זה יש את הטופס הבא: שאריות חומצת אמינו של האנזים המכיל OH ^-, לשנות השינוי הכימי שלהם עקב חשיפת fosfoproteinfosfataz. במקרה זה, תיקון מקובל האתר הפעיל של האנזים, שבו האנזימים מסיבה כלשהי בה היא מפעילה אותם לאחרים - מעכבות. fosfoproteinfosfataz מאפיינים קטליטי עצמם מוסדרים על ידי הורמונים בתורו. לדוגמה, עמילן בעלי חיים - גליקוגן - ואת השומן בין הארוחות מתפרקות במערכת העיכול, או ליתר דיוק, בתריסריון תחת השפעת גלוקגון - אנזים לבלב.

תהליך זה מועצם על ידי זרחון של אנזימי עיכול טרופיים. בתקופה הפעילה של מערכת עיכול, כאשר מזון נכנס מהקיבה אל התריסריון, סינתזת גלוקגון מוגברת. אינסולין - אנזים לבלב אחד המיוצר על ידי תאי אלפא של האיונים לנגרהנס, - אינטראקציה עם קולטן, כולל זירחון של אותו המנגנון של אנזימי עיכול.

proteolysis חלקית

כפי שאתה יכול לראות, ברמות של הסדרת פעילות אנזים בתא מגוונת. עבור אנזימים כי הם מחוץ cytosol או אברונים (ב בפלסמת הדם או במערכת העיכול), שיטת ההפעלה הוא תהליך של הידרוליזה של CO-NH קשרים פפטידיים. זה נדרש, מאז אנזימים כאלה מסונתזים בצורה פעילה. מולקולה הוא בקע ידי חלק פפטיד האנזים והיתרה כפופה שינוי של מבנה האתר הפעיל. זה מוביל לעובדת האנזים "כולל תנאי עבודה", כלומר, הוא מסוגל להשפיע על מהלך התהליך הכימי. לדוגמא, לבלב האנזים הפעיל trypsinogen לא אוכלים חלבונים מסלקים הזנת התריסריון. זה מתרחש תחת הפעולה של proteolysis enteropeptidase. אחרי אשר האנזים מופעל ועכשיו נקרא טריפסין. proteolysis חלקית - התהליך הוא הפיך. היא מתרחשת במקרים כגון הפעלת אנזימים כי לשבור פוליפפטידים בקרישת הדם.

התפקיד של ריכוז של חומרים החל בחילוף החומרים בתא

הסדרת הפעילות של זמינות מצע אנזים שנצפתה חלקית כתובית קשר "מורכב multienzyme." שיעור תגובות קטליטי מתרחשות בכמה שלבים, תלוי מאוד את מספר המולקולות של החומר המוצא הוא בתאי hyaloplasm או אברונים. זאת בשל העובדה כי המהירות של המסלול מהטבולים עומדת ביחס ישר לריכוז של החומר המוצא. המולקולות המגיבות הגדולות הממוקמות cytosol, ככל שהמהירות של כל התהליכים הכימיים הבאים.

אלוסטריה

אנזימים שפעילותם נשלטת לא רק על ידי הריכוז של חומרים החל, ריאגנטים, אלא גם חומרים המפעילים, מתאפיין אלוסטריה שנקראה. רוב האנזימים האלה מוצגים עם מוצרי ביניים של חילוף החומרים בתא. בשל וההשפעה ויישמו את הסדרת פעילות אנזים. ביוכימיה הוכיחה כי תרכובות אלה, קרוי אנזימים האלוסטריים חשובות מאוד למטבוליזם של תאי, כפי שיש להם רגישות גבוהה מאוד לשינויים הומאוסטזיס שלה. אם האנזים מעכב את התגובה הכימית, כלומר זה מפחית המהירות שלה - זה נקרא מפעיל שלילי (מעכב). במקרה ההפוך, כאשר יש עלייה בשיעור התגובה, מדובר על המפעיל - A מפעיל חיובי. ברוב המקרים את חומרי המוצא, דהיינו המגיבים נכנסים לתוך אינטראקציות כימיות לשחק ממריצי תפקיד. כמובן, המוצרים נוצרו על ידי תגובות רבות שלבים להתנהג כמו מעכבים. סוג זה של רגולציה נבנה על היחסים של ריכוז המגיבים ומוצרים, שנקרא heterotrophic.