Enzymy

Indukcja syntezy białka u człowieka jest

złożonym, wieloetapowym procesem i dlatego

znaczące zmiany ilości enzymu wymagają

określonego czasu, nawet wielu godzin. Z kolei

zmiany sprawności katalitycznej enzymu

indukowane przez odwracalne wiązanie

ligandów (regulacja allosteryczna) lub

modyfikacje kowalencyjne zachodzą w ciągu

kilku sekund. Na ogół zmiany poziomu białka

występują wtedy, kiedy zmiana adaptacyjna

jest długotrwała, natomiast zmiany sprawności

katalitycznej dają szybkie, krótkotrwałe zmiany

przepływu metabolitów.

Enzymy allosteryczne

Enzymy, których aktywność miejsca

katalitycznego może być regulowana

przez efektory allosteryczne znajdujące

się w miejscu allosterycznym określa się

jako enzymy allosteryczne.

Efektory allosteryczne

nie zmieniają szybkości maksymalnej

V

max

z jaką enzym katalizuje daną

reakcję natomiast

inhibitor allosteryczny zmniejsza

aktywność takiego enzymu poprzez

zwiększanie wartości K

m

dla

substratu(ów) a

aktywator allosteryczny zwiększa

aktywność enzymu poprzez

zmniejszenie K

m

Hamowanie przez

sprzężenie zwrotne

Hamowanie aktywności enzymu szlaku biosyntezy przez końcowy

produkt tego szlaku nosi nazwę hamowania przez sprzężenie

zwrotne.

W biosyntezie związku D ze związku A, katalizowanej przez enzymy

Enz1; Enz2 i Enz3

duże stężenie związku D z reguły hamuje przemianę A w B. Nie

zachodzi tu proste „cofanie się" związków pośrednich, ale związek

D wiąże się z Enzl5 hamując jego aktywność. Związek D działa

więc jako ujemny efektor allosteryczny lub inhibitor zwrotny

Enz1 Enz2 Enz3

A → B → C →D

Często szlak biosyntezy jest rozgałęziony, tzn. metabolity

początkowe są wykorzystywane do biosyntezy 2 lub więcej

metabolitów końcowych. Hamowanie na zasadzie sprzężenia

zwrotnego w rozgałęzionym szlaku biosyntezy (np. biosyntezy

aminokwasów, puryn lub pirymidyn)

Związki S1 S2 iS3 są prekursorami wszystkich 4 produktów

końcowych (A, B, C i D) natomiast związek S4 jest prekursorem

produktów B i C, a związek S; prekursorem wyłącznie produktu D.

Przekształcenia:

S3→A, S4→→B, S4→C, S5→→D

stanowią więc liniowe ciągi reakcji, które jak można się

spodziewać, są hamowane na zasadzie sprzężenia zwrotnego

przez ich produkty końcowe. Konkretnym przykładem tego

zjawiska jest biosynteza nukleotydów.

Karbamoilotransferaza

asparaginianowa

Karbamoilotransferaza asparaginianowa (ATCaza)

katalizuje pierwszą reakcję w szlaku biosyntezy

pirymidyn. Enzym ten jest hamowany na zasadzie

sprzężenia zwrotnego przez trifosforan cytydyny (CTP) i

trifosforan adenozyny ATP.

CTP będący produktem końcowym szlaku biosyntezy

pirymidyn, hamuje enzym, natomiast ATP go aktywuje.

Wysoki poziom ATP może jednak znieść hamujący efekt

CTP, umożliwiając syntezę nukleotydów

pirymidynowych w obecności podwyższonej ilości

nukleotydów purnowych.

W przypadku nieobecności inhibitora allosterycznego krzywa
nasycenia substratem ma kształt hiperboli, podczas gdy w

jego obecności ma kształt sigmoidalny; przy dużych
stężeniach substratu krzywa sigmoidalna może się łączyć z
krzywą hiperboliczną. Analogiczną zależność obserwuje się w

przypadku krzywych nasycenia O2 dla mioglobiny i
hemoglobiny

KINETYKA

Sigmoidalny charakter krzywej zależności v od S w

obecności inhibitorów allosterycznych odzwierciedla

zjawisko kooperatywności. Przy małych stężeniach S

aktywność w obecności inhibitora, w porównaniu z

aktywnością w jego nieobecności, jest mała. Jednak, w

miarę zwiększania się stężenia S, hamowanie się

zmniejsza. Wskazuje to na istnienie 2 lub więcej

wzajemnie na siebie oddziałujących miejsc wiązania

substratu. Obecność cząsteczki substratu w jednym

miejscu katalitycznym ułatwia wiązanie drugiej

cząsteczki substratu w drugim miejscu.

Enzymy serii K i enzymy serii V

Enzymy podlegające regulacji podzielono na dwie grupy

tj. enzymy serii K i enzymy serii V.

W przypadku enzymów allosterycznych serii K kinetyka

nasycenia substratem jest kompetycyjna w sensie

zwiększenia wartości Km (zmniejszenie powinowactwa

do substratu) i braku wpływu na wartość Vmaks.

Natomiast w przypadku enzymów allosterycznych serii V

efektor allosteryczny zmniejsza wartość Vmaks

(zmniejszenie sprawności katalitycznej bez widocznego

wpływu na wartość Km).

Model jednoprzejściowy

Białko może występować w jednej z dwu konformacji -R

i T. Wszystkie podjednostki tego białka muszą

występować w jednej w formie T lub muszą wszystkie

występować w formie R.

Forma T wykazuje małe powinowactwo do substratu,

forma R -duże. Wiązanie każdego liganda zwiększa

prawdopodobieństwo, że wszystkie podjednostki danej

cząsteczki są w formie R. Przejście allosteryczne jest

jednoprzejściowe, ponieważ zachodzi jednocześnie we

wszystkich podjednostkach.

Model sekwencyjny

Każda podjednostka może występować tylko w dwóch

formach -R i T. Przejście konformacyjne podjednostki z

formy T do R wywołane jest związaniem liganda przez

tą jednostkę . Zmiana konformacyjna wprowadzona

wiązaniem liganda do jednej podjednostki powoduje

zwiększenie powinowactwa wiązania ligandu przez inne

podjednostki. Podjednostka w formie R ma większe

powinowactwo do liganda niż podjednostka w formie T

sąsiadująca z podjednostką T.

Regulacja

przez sprzężenie zwrotne

Zarówno w komórkach ssaków, jak i bakterii produkty

końcowe, działając na zasadzie „sprzężenia zwrotnego",

kontrolują swoją syntezę. W wielu przypadkach

mechanizm tego zjawiska polega na hamowaniu

enzymu katalizującego początkowe etapy biosyntezy.

Należy jednak odróżnić regulację na zasadzie

sprzężenia zwrotnego, stanowiącą jedynie określenie

fenomenologiczne, od hamowania przez sprzężenie

zwrotne stanowiącego mechanizm regulacji wielu

enzymów bakterii i ssaków.

Na przykład cholesterol zawarty w diecie ogranicza

syntezę cholesterolu z octanu w tkankach ssaków. Ta

regulacja na zasadzie sprzężenia zwrotnego nie polega

jednak na hamowaniu przez sprzężenie zwrotne

enzymu katalizującego pierwsze etapy biosyntezy

cholesterolu, ale cholesterol lub jego metabolit

powoduje zmniejszenie ekspresji genu kodującego

reduktazę HMG-CoA (3-hydroksy-3-metyloglutarylo-

koenzymu A). Cholesterol bezpośrednio nie ma

natomiast żadnego wpływu na aktywność reduktazy

HMG-CoA.

Regulacja przez sprzężenie

zwrotne w organizmie

człowieka

KONIEC

KONIEC

KONIEC

KONIEC

KONIEC

KONIEC

KONIEC

KONIEC

KONIEC

KONIEC

KONIEC

KONIEC

KONIEC

KONIEC

KONIEC

KONIEC