Fungsi, Struktur dan Kinetika Enzim Alosterik

itu enzim alosterik Mereka adalah bahan kimia organik yang terdiri dari struktur empat molekul, sehingga dikatakan bahwa strukturnya adalah kuaterner.

Singkatnya, enzim alosterik memiliki lebih dari satu rantai polipeptida dan mengandung unit di mana katalisis dilakukan. Ini, pada gilirannya, juga memiliki situs aktivitas, yaitu pertukaran kimia, dan untuk alasan ini mereka melakukan pengenalan substrat.

Dengan kata lain, enzim alosterik ditandai dengan memiliki lebih dari dua rantai polipeptida, yang subunitnya memiliki sifat yang berbeda: satu isosterik, yang merupakan situs aktif itu sendiri, dan satu alosterik, di mana pengaturan enzimatik dilakukan.

Yang terakhir ini tidak memiliki aktivitas katalisis, tetapi dapat dihubungkan dengan molekul modulasi yang dapat bertindak sebagai stimulus atau penghalang untuk realisasi aktivitas enzim.

Pengantar singkat tentang enzim alosterik

Enzim alosterik memiliki tugas penting untuk membuat pencernaan lebih mudah. Ketika mereka menembus inti molekul, enzim ini memiliki kekuatan untuk campur tangan dalam metabolisme organisme, sehingga mereka memiliki kemampuan untuk membuatnya menyerap dan mengeluarkan sesuai dengan kebutuhan biokimia yang muncul..

Agar ini layak, perlu bahwa enzim alosterik memindahkan mekanisme yang dengannya proses regulasi dilakukan.

Enzim-enzim ini diklasifikasikan dalam dua aspek: K dan V. Dalam keduanya biasanya terlihat bahwa kurva saturasi mereka biasanya bukan dari suatu hiperbola, tetapi dari bentuk tidak teratur yang meniru sigma alfabet Yunani..

Ini tentu saja berarti bahwa struktur dan kinetika sama sekali tidak sama dengan enzim michael, lebih sedikit daripada enzim non-alosterik, karena substratnya menyebabkan variasi yang relevan dan perbedaan dalam kecepatan reaksi..

Struktur dan kinetika enzim alosterik secara langsung terkait dengan interaksi kooperatif, khususnya yang tidak kovalen..

Asumsi ini didasarkan pada premis bahwa kurva sigmoid, yang digambarkan ketika konsentrasi substrat naik, terkait dengan perubahan struktural yang terjadi dengan enzim.

Namun, korelasi ini tidak selalu absolut dan cocok untuk ambiguitas di mana kekhasan tertentu dihilangkan dalam sistem ini..

Fungsi

Secara global, enzim alosterik disebut sebagai molekul asal organik, di mana mereka dapat mempengaruhi hubungan biokimia antara protein dan enzim.

Tindakan enzim alosterik ini dikembangkan melalui infiltrasi dalam inti molekul, sehingga dalam organisme bertanggung jawab untuk katalisis pencernaan. Berkat itu, berbagai proses yang berhubungan dengan saluran pencernaan diperluas, terutama dalam pengelolaan metabolisme.

Karena itu, fungsi utama enzim alosterik adalah untuk menjaga memfasilitasi pencernaan dalam tubuh. Ini terjadi karena proses tautan yang mereka kirim memungkinkan asimilasi nutrisi serta penghapusan limbah dalam struktur organisme yang disukai..

Oleh karena itu, katalisis sistem pencernaan berkembang terus menerus dalam lingkungan yang seimbang di mana setiap modulator memiliki situs alosterik tertentu.

Selain itu, enzim alosterik adalah, dari perspektif metabolisme, yang mencapai bahwa aktivitas enzimatik dikendalikan melalui fluktuasi yang dirasakan pada tingkat strata..

Semakin kecil perubahan yang dibuat dalam konsentrasi substrat itu, semakin besar transformasi yang akan dilakukan oleh aktivitas enzim, dan sebaliknya.

Di sisi lain, nilai-nilai enzim alosterik K dapat ditingkatkan dengan dosis minimum inhibitor modulator.

Dapat terjadi bahwa dalam kinerjanya, enzim alosterik dihambat pada akhir proses metabolisme, sesuatu yang terjadi pada beberapa sistem multienzim (mereka memiliki banyak jenis enzim), menjadi lebih banyak jika kapasitas sel terlampaui.

Ketika ini terjadi, enzim alosterik memastikan bahwa aktivitas katalitik menurun; jika tidak, media menyebabkan aktivitas enzim diaktifkan dan bukannya mengaturnya.

Peraturan alosterik

Ini dikenal sebagai proses seluler di mana aktivitas enzimatik diatur oleh proses penyesuaian. Ini dimungkinkan berkat fakta bahwa umpan balik dihasilkan yang bisa positif (yaitu, aktivasi) atau negatif (penghambatan).

Regulasi dapat terjadi dengan berbagai cara, baik pada skala organik (supraseluler, di atas sel), dengan transduksi sinyal dan dengan modifikasi enzim secara kovalen..

Fiksasi substrat biasanya dapat terjadi di pusat aktif ketika inhibitor tidak ada.

Namun, jika pusat alosterik ditempati oleh inhibitor, elemen pertama ini berubah dalam strukturnya dan oleh karena itu substrat tidak dapat diperbaiki.

Kehadiran kinetika sigmoid mungkin menunjukkan bahwa ada hubungan kooperatif di substratum, tetapi ini tidak selalu aturan, dengan pengecualian (lihat bagian "Alosterisme dan kooperatif: sinonim?", Di bawah).

Struktur dan kinetika

Beberapa polipeptida dari enzim alosterik kekurangan katalisis. Bagaimanapun, mereka juga memiliki situs strategis dan sangat spesifik di mana pengikatan dan pengenalan modulator dilakukan, itulah sebabnya enzim modulasi yang kompleks dapat dihasilkan..

Hal ini karena fakta bahwa aktivitas katalisis yang lebih besar atau lebih kecil tergantung pada polaritas modulator, yaitu, apakah itu kutub negatif (kutub penghambat) atau kutub positif (kutub aktivasi)..

Tempat pertukaran biokimia ini terjadi, atau lebih tepatnya interaksi enzimatik dengan modulator, dikenal sebagai situs alosterik..

Di sinilah sifat mereka dipertahankan tanpa modulator yang mengalami perubahan pada tingkat kimia. Namun, hubungan antara modulator dan enzim tidak ireversibel, justru sebaliknya; Itu bisa dibatalkan. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa proses enzim alosterik ini tidak dapat digerakkan.

Salah satu karakteristik yang menyoroti enzim alosterik adalah bahwa mereka tidak sesuai dengan pola kinetik yang memenuhi prinsip Michaelis-Menten..

Dengan kata lain, percobaan yang dilakukan sejauh ini menunjukkan bahwa hubungan antara enzim alosterik dan modulator (terlepas dari polaritasnya) memiliki kurva saturasi yang tidak memiliki bentuk biasa, tetapi sigmoid, dengan kelengkungan yang mirip dengan Huruf Yunani sigma.

Perbedaan dalam bentuk sigmoid ini sedikit, terlepas dari apakah modulator digunakan (positif atau negatif) atau tidak digunakan sama sekali.

Dalam semua kasus, kecepatan reaksi dari enzim alosterik menunjukkan serangkaian modifikasi dramatis yang konsentrasi substratnya lebih rendah dibandingkan dengan modulator negatif dan lebih tinggi dengan yang positif. Pada gilirannya, mereka memiliki nilai menengah ketika tidak ada modulator yang terhubung dengan enzim.

Perilaku kinetik dari enzim alosterik dapat digambarkan dengan dua model: simetris dan berurutan.

Model simetris

Dalam model ini, enzim alosterik dapat disajikan sesuai dengan konformasi, yang tegang dan santai.

Subunit mungkin berada di satu atau di ujung yang lain, karena ada keseimbangan yang bergeser di antara kedua kondisi di mana modulator negatif mendekati konformasi yang kencang, sedangkan yang santai bergabung dengan substrat dan aktivator..

Model berurutan

Dengan model ini Anda memiliki paradigma yang berbeda. Di sini ada juga dua konformasi, tetapi masing-masing dapat bertindak secara independen, secara terpisah.

Pada titik ini mungkin ada kenaikan atau penurunan afinitas dari hubungan biokimiawi dari enzim, dengan tingkat kooperatititas yang mungkin dari aktivasi atau penghambatan..

Perubahan struktural diteruskan secara berurutan dari satu subunit ke subunit lainnya, dengan urutan yang jelas.

Baik model simetris dan berurutan bekerja sendiri, sesuai dengan standar mereka sendiri. Namun, kedua model dapat bekerja secara bersama-sama, sehingga mereka tidak saling eksklusif.

Dalam kasus-kasus ini terdapat keadaan-keadaan antara di mana diamati bagaimana konformasi, yaitu tegang dan santai, berpartisipasi dalam proses kerja sama di mana interaksi biokimiawi dari enzim-enzim alosterik dipadukan..

Alosterisme dan kerja sama: sinonim?

Dipercayai bahwa alosterisme sama dengan kooperativisme, tetapi tidak demikian halnya. Kebingungan kedua istilah ini, tampaknya, berasal dari fungsinya.

Namun, harus dicatat bahwa kesamaan ini tidak cukup untuk alosterisme dan kooperativisme untuk digunakan sebagai kata yang setara. Keduanya memiliki nuansa halus yang harus diperhatikan sebelum jatuh ke generalisasi dan kategorisasi yang salah.

Penting untuk diingat bahwa enzim alosterik, ketika bergabung dengan modulator, mengambil berbagai bentuk. Modulator positif aktif, sedangkan modulator negatif menghambat.

Dalam kedua kasus ada perubahan substansial dalam struktur enzimatik di situs aktif, yang pada gilirannya menjadi perubahan dari situs aktif yang sama..

Salah satu contoh paling praktis dari ini terlihat pada penghambatan non-kompetitif, di mana modulator negatif berikatan dengan enzim selain substrat.

Namun, afinitas enzim ini dalam kaitannya dengan substrat dapat dikurangi dengan modulator negatif dari enzim alosterik, sehingga dapat menjadi penghambat kompetitif terlepas dari apakah struktur substrat berbeda dengan struktur enzim..

Demikian juga, dapat terjadi bahwa ada peningkatan afinitas tersebut atau bahwa alih-alih efek penghambatan terjadi efek terbalik, yaitu, efek aktivasi.

Fenomena kooperativisme terjadi pada banyak enzim alosterik, tetapi ini hanya menjadi katalog seperti itu ketika enzim memiliki beberapa tempat di mana mereka berhasil mengikat substrat, sehingga mereka disebut enzim oligomer.

Selain itu, afinitas dihasilkan sesuai dengan tingkat konsentrasi yang dimiliki efektor, dan di dalamnya modulator positif, yang negatif dan bahkan substrat itu sendiri bertindak dengan cara yang bervariasi selama proses ini..

Untuk menghasilkan efek ini, perlu untuk menyajikan beberapa situs yang mampu menghubungkan ke substrat, dan hasilnya muncul secara grafis dalam studi ilmiah sebagai kurva sigmoid, yang telah disebut.

Dan di situlah keterjeratan terjadi, karena cenderung dikaitkan bahwa jika ada kurva sigmoid dalam analisis enzimatik itu karena enzim alosterik yang diamati harus kooperatif..

Selain itu, salah satu faktor yang berkontribusi pada keterjeratan ini adalah bahwa tingkat kooperatifitas yang ada dalam sistem dioperasikan oleh efektor alosterik..

Levelnya dapat meningkat dengan adanya inhibitor, sementara itu cenderung menurun ketika aktivator hadir.

Namun, kinetika hanya meninggalkan kondisi sigmoid ketika menjadi michaeliana di mana konsentrasi aktivator meningkat.

Oleh karena itu, jelas bahwa kurva sigmoid dapat menjadi antonim dari enzim alosterik. Meskipun sebagian besar enzim ini, ketika substrat ini jenuh, memiliki sinyal ini, adalah salah bahwa ada interaksi alosterik hanya karena kelengkungan kinetika sigmoid terlihat pada grafik..

Menganggap kebalikannya juga salah; sigmoid tidak menyiratkan dari yang sebelum manifestasi ekspresif ke alosterisme tegas.

Alosterisme unik: hemoglobin

Hemoglobin dianggap sebagai contoh klasik dari apa yang terjadi dengan sistem alosterik. Substrat yang sesuai dengan jenis sigmoid dipasang pada komponen sel darah merah ini.

Fiksasi ini dapat dihambat melalui efektor di mana tidak ada aksi pada pusat aktif, yang tidak lain adalah kelompok heme. Di sisi lain, kinetika michael disajikan secara terpisah dalam subunit yang berpartisipasi dalam fiksasi oksigen..

Referensi

1. Bu, Z. dan Callaway, D.J. (2011). "Dinamika protein dan allostery jarak jauh dalam pensinyalan sel". Kemajuan dalam Kimia Protein dan Biologi Struktural, 83: pp. 163-221.
2. Huang, Z; Zhu, L. et al (2011). "ASD: database komprehensif protein alosterik dan modulator". Penelitian Asam Nukleat, 39, hlm. D663-669.
3. Kamerlin, S.C. dan Warshel, A (2010). "Pada awal abad ke-21: Apakah dinamika merupakan mata rantai yang hilang untuk memahami katalisis enzim?". Protein: Struktur, Fungsi, dan Bioinformatika, 78 (6): hlm. 1339-75.
4. Koshland, D.E.; Némethy, G. dan Filmer, D. (1966). "Perbandingan data pengikat eksperimental dan model teoritis dalam protein yang mengandung subunit". Biokimia, 5 (1): hlm. 365-85.
5. Martínez Guerra, Juan José (2014). Struktur dan kinetika enzim alosterik. Aguascalientes, Meksiko: Autonomous University of Aguascalientes. Dipulihkan dari libroelectronico.uaa.mx.
6. Monod, J., Wyman, J. dan Changeux, J.P. (1965). "Tentang sifat transisi alosterik: model yang masuk akal". Jurnal Biologi Molekuler, 12: hlm. 88-118.
7. Teijón Rivera, José María; Garrido Pertierra, Amando et al (2006). Dasar-dasar biokimia struktural. Madrid: Editorial Tébar.
8. Peruvian University Cayetano Heredia (2017). Enzim pengaturan. Lima, Peru: UPCH. Diperoleh dari upch.edu.pe.