Що являє собою аллостерическая регуляція?
Опубликованно 08.11.2018 01:02
Алостеричній регуляції називають механізм, заснований на зміні просторової конформації ферменту в результаті його зв'язування з лігандом-модулятором. Цей процес має оборотний характер і може надавати як активаційний (позитивний), так і інгібуючий (негативний) ефект. Ферменти з таким типом регуляції називають аллостерическими, а який чиниться на них вплив — аллостерией (від грецького allos - інший і stereo — "просторовий"). Алостеричні ферменти
Алостеричні ферменти характеризуються двома ключовими особливостями: каталітична активність залежить не тільки від концентрації субстрату; можуть змінювати просторову структуру при взаємодії з лігандом, що впливає на спорідненість активного центру до субстрату (ефективність зв'язування).
Більшість ферментів цієї групи являють собою олігомерні білки, що складаються з 2 і більше субодиниць, пов'язаних один з одним нековалентными взаємодіями (четвертинна структура).
Кожна субодиниця має 2 функціональні форми, які можуть змінювати один в одного в залежності від зв'язування з конкретним модулятором: R-конформація (від англ. relax — розслаблення) має високу спорідненість до субстрату. Т-конформація (від англ. tennse — напруга) характеризується низькою спорідненістю.
Зміна конформацій окремих протомеров призводить до зміни активності всього ферменту.
Крім активного центру алостеричні ферменти мають один або кілька регуляторних, призначених для зв'язування з ефекторами. Найчастіше ці 2 типи центрів просторово віддалені один від одного, але у деяких білків збігаються. В такому випадку одна ділянка є бифункциональным (може виконувати як каталітичну, так і регуляторну роль). Алостеричні центри володіють специфічністю до певного модуляторі, яка може мати абсолютний або груповий характер.
Алостеричні ефектори
Ліганди, модифікуючі конформацію ферментів, називають аллостерическими ефекторами (або модуляторами), які поділяють на 2 групи: негативні ефектори (інгібітори) знижують ферментативну активність; позитивні ефектори (активатори) збільшують ферментативну активність.
Як модуляторів часто виступають низькомолекулярні клітинні метаболіти, а іноді і сам субстрат. Алостеричний фермент може містити декілька регуляторних центрів, одні з яких призначені для активаторів, а інші — для інгібіторів. Гомотропная і гетеротропная регулювання
Ліганд, що впливає на конформацію білка, часто відмінний від субстрату (речовини, з яким пов'язується активний центр ферменту, щоб каталізувати реакцію). У такому разі говорять про гетеротропной регулювання.
У деяких ситуаціях одна речовина одночасно є і лігандом, і субстратом. Таке регулювання називається гомотропной і зустрічається значно рідше. Вона характерна для метаболічних шляхів, де потрібна швидка переробка накопиченого в надлишку субстрату. У гомотропных ферментів активний і регуляторний центри збігаються. Регуляція активності ферментів шляхом модифікування алостеричного
Суть алостерической модифікації полягає у зміні спорідненості ферменту до субстрату шляхом конформационной перебудови всієї молекули. Наприклад, в процесі інгібування зв'язування негативного ефектора з регуляторним ділянкою змушує білок придбати конформацію, яка виводить з ладу активний центр.
Позитивний ефектор діє протилежним чином. Він викликає просторову перебудову, яка підвищує ймовірність зв'язування каталітичного центру з субстратом.
Аллостерическая регулювання має такі особливості: зв'язування ефектора з ферментом нековалентно; каталітичний і регуляторний центри знаходяться на різних протомерах з відповідними назвами; робота аллостерических ферментів не відповідає кінетичної моделі Міхаеліса - Ментен; регуляція має оборотний характер (при від'єднанні ліганду фермент відновлює первісну каталітичну активність).
Умовою роботи даного механізму є конформаційна взаємозв'язок між каталітичним і регуляторним протомерами. Тому в основі алостеричній регуляції олігомерних ферментів лежить кооперативний ефект, распостраняющий вплив модулятора на всю молекулу. Кооперативний ефект
Зміна конформації одного з субодиниць алостеричного ферменту тягне за собою просторову перебудову всіх інших. Це явище називають кооперативним ефектом. Останній може здійснюватися двома шляхами: симетричним і послідовним.
В першому випадку практично всі субодиниці знаходяться в одній і тій же конформації (R або Т). Приміром, двухсубъединичный фермент може складатися з протомеров або RR, або TT, але не RT. При зв'язуванні з субстратом всі субодиниці змінюють конформацію одночасно.
Згідно послідовної моделі в одній молекулі можуть одночасно бути присутнім протомеры різних конформацій, а їх зміна відбувається по черзі, від однієї до іншої субодиниці.
В залежності від того, як в результаті змінюється робота активного центру, коопиративность буває негативна або позитивна. Механізми сполучення і зчеплення
Механізми алостеричній регуляції активності ферментів засновані на принципах сполучення і зчеплення, які характеризують вплив ліганд-зв'язуючого та активного центрів ферменту один на одного.
Принцип сполучення діє тоді, коли субстрат і модулятор мають позитивне спорідненість до однієї і тієї ж конформації ферменту. У такому разі зв'язування білка з одним з цих лігандів буде збільшувати спорідненість до іншого. В результаті присутність модулятора підвищує ефективність активного центру.
Негативний механізм алостеричній регуляції працює в тому випадку, коли субстрат і модулятор воліють для зв'язування різні конформації ферменту. Тоді присутність одного ліганду перешкоджає приєднанню іншого. Як наслідок, активний центр пов'язаного з модулятором ферменту втрачає спорідненість до субстрату. Цей механізм називається зчепленням. Відмінність алостеричній модифікації від неконкурентного інгібування
У біохімічних процесах клітини існують 2 механізму, які за деякими ознаками нагадують аллостарическую регулювання — неконкурентна і змішане інгібування, для яких характерно приєднання ліганду до ділянки, відмінному від активного центру. Однак це не завжди приводить до конформаційних змін, що викликають перехід активної форми ферменту в неактивну. Крім того, даний процес має зовсім інші кінетичні характеристики, тому неконкурентні інгібітори і негативні ефектори не є ідентичними поняттями.
Ще одна відмінність алостеричній регуляції полягає в тому, що вона може мати не тільки негативний, але й позитивний характер. Пригнічення активності ферменту дуже часто здійснюється по механізму зворотного зв'язку, який інакше називається ретроингибированием, а поширеною формою позитивної регуляції є активація попередником (форактивация). Ретроингибирование і форактивация
Приватним випадком алостеричній регуляції ферментів є інгібування каталітичної активності за механізмом зворотного зв'язку (ретроингибирование). У такому разі продукт багатоступінчастої реакції проявляє себе як негативний ефектор. Цей механізм запобігає витрату енергії на надмірне накопичення синтезованого речовини.
Форактивация являє собою процес активації ферменту, при якій позитивним ефекторів є первинний метаболіт реакції. Роль алостеричного механізму регулювання в метаболізмі клітини
Біологічна цінність аллостерических ферментів у метаболізмі полягає в їх здатності реагувати на найменші зміни стану клітини і тонко регулювати біохімічні реакції. Алостеричний механізм корисний у наступних випадках: анаболічні реакції — ретроингибирование і форактивация регулюють синтез продукту; катаболічні процеси — при достатній концентрації АТФ його синтез інгібується за механізмом зворотного зв'язку; забезпечення координації та балансу між анаболизмом і катаболізмом — молекули АДФ і АТФ виконують роль аллостерических ефекторів з протилежною дією; координація між паралельними метаболічними шляхами (наприклад, синтез пуринових і піримідинових основ).
Аллостерическая регуляція метаболізму пов'язує реакційні ланцюжка багатоетапних процесів. У такому разі продукт попереднього метаболічного шляху є позитивним ефекторів для наступного. Автор: Лідія Шерстова 20 Липня, 2018
Категория: Студентам