Conţinutul principal
Biblioteca de biologie
Curs: Biblioteca de biologie > Unitatea 7
Lecția 6: Reglarea activității enzimelorReglarea activității enzimelor
Cofactori şi coenzime. Inhibitori reversibili, ireversibili, competitivi şi necompetitivi. Enzimele alosterice. Inhibarea feedback-ului.
Introducere
Celulele din corpul tău sunt capabile să producă multe enzime diferite, iar la început s-ar putea să te gândești: grozav, hai să sporim numărul acelor enzime şi să metabolizăm cât mai repede posibil! Totuşi, după cum s-a dovedit, chiar nu este de dorit să produci şi să activezi toate aceste enzime în acelaşi timp sau în aceeaşi celulă.
Necesitățile și condițiile variază de la celulă la celulă și se modifică în timp la nivelul celulelor individuale. De exemplu, celulele gastrice au nevoie de enzime diferite față de de celulele de depozitare a grăsimii, celulele sanguine sau celulele nervoase. De asemenea, o celulă digestivă lucrează mult mai mult să prelucreze şi să descompună nutrienţii în timpul mesei comparativ cu atunci când au trecut multe ore după masă. Pe măsură ce aceste cereri şi condiţii celulare se schimbă, acelaşi lucru se întâmplă şi cu cantităţile şi funcţionalitatea diferitelor enzime.
Deoarece enzimele îndrumă şi reglează metabolismul unei celule, acestea tind să fie controlate cu atenţie. În acest articol vom analiza factorii care pot afecta sau controla activitatea enzimatică. Printre acestea se numără pH-ul și temperatura (discutate în cadrul articolului despre centrul activ), precum și:
- Molecule reglatoare. Activitatea enzimatică poate fi intensificată sau redusă de către moleculele activatoare sau inhibitoare care se leagă în mod specific de enzimă.
- Cofactori. Multe enzime sunt active numai atunci când se leagă de molecule ajutătoare neproteice cunoscute sub numele de cofactori.
- Compartimentare. Stocarea enzimelor în compartimente specifice le poate împiedica pe acestea să producă daune sau poate oferi condițiile adecvate pentru desfășurarea activității.
- Inhibiție de tip feedback Enzimele metabolice cheie sunt adesea inhibate de către produsul final al căii pe care o controlează (inhibiție de tip feedback).
În restul acestui articol, vom examina aceşti factori unul câte unul, descoperind cum fiecare dintre ei poate afecta activitatea enzimatică.
Moleculele reglatoare
Enzimele pot fi reglate de alte molecule care le măresc sau le reduc activitatea. Moleculele care sporesc activitatea unei enzime se numesc activatori, în timp ce moleculele care scad activitatea unei enzime se numesc inhibitori.
Există multe tipuri de molecule care blochează sau susțin funcţia enzimatică şi care o afectează pe diferite căi.
Competitiv vs. necompetitiv
În multe cazuri atent studiate, legătura unui activator sau a unui inhibitor este reversibilă, însemnând că molecula nu se fixează permanent de enzimă. Unele tipuri importante de medicamente acționează ca inhibitori reversibili. De exemplu, medicamentul tipranivir, care este utilizat pentru tratarea HIV, este un inhibitor reversibil.
Inhibitorii reversibili sunt divizați în grupuri, în funcţie de comportamentul lor de legare. Nu vom discuta toate tipurile aici, dar vom analiza două grupuri importante: inhibitori competitivi şi necompetitivi.
- Un inhibitor se poate lega de o enzimă și poate bloca legarea substratului, de exemplu, prin atașarea de centrul activ. Acest lucru se numeşte inhibiţie competitivă, deoarece inhibitorul „concurează” cu substratul pentru enzimă. Ceea ce înseamnă că numai inhibitorul sau substratul poate fi legat la un moment dat.
- În inhibiţia necompetitivă, inhibitorul nu blochează legarea substratului de centrul activ. În schimb, se ataşează la un alt centru şi blochează activitatea enzimei. Această inhibiție este considerată a fi „necompetitivă”, deoarece atât inhibitorul, cât şi substratul pot fi legaţi în acelaşi timp.
Inhibitorii competitivi şi necompetitivi pot fi deosebiți prin modul în care afectează activitatea unei enzime la diferite concentraţii ale substratului.
- Dacă un inhibitor este competitiv, va scădea viteza de reacție când nu există prea mult substrat, dar poate fi "întrecut" de o mulțime de tipuri de substrat. Asta înseamnă că enzima poate atinge în continuare viteza maximă de reacție, având suficient substrat. În acest caz, aproape toți centrii activi ai aproape tuturor moleculelor enzimatice vor fi ocupate mai degrabă de substrat decât de inhibitor.
- Dacă un inhibitor este necompetitiv, reacţia catalizată enzimatic nu va atinge niciodată viteza maximă normală, nici măcar cu o cantitate mare de substrat. Acest lucru se datorează faptului că moleculele enzimatice cu inhibitorul necompetitiv atașat sunt „otrăvite” şi nu îşi pot face treaba, indiferent de cât substrat este disponibil.
Pe un grafic al vitezei de reacție (axa y) la diferite concentrații ale substratului (axa x), poți deosebi aceste două tipuri de inhibitori prin forma curbelor:
Nu ești familiarizat cu acest tip de grafic? Nu te îngrijora! Articolul bazele graficelor cineticii enzimatice conține explicații pas cu pas.
Reglarea alosterică
Reglarea alosterică, în general, este orice formă de reglare, unde molecula de reglare (un activator sau un inhibitor) se leagă de o enzimă, într-un alt loc față de centrul activ. Locul în care se leagă reglatorul este numit centru alosteric.
Cam toate cazurile de inhibiție necompetitivă (împreună cu unele cazuri unice de inhibiție competitivă) sunt forme de reglare alosterică.
Cu toate acestea, unele enzime care sunt reglate alosteric au un set de proprietăți unice care le separă. Aceste enzime, care includ unii dintre reglatorii metabolici cheie, sunt adesea numite enzime alosterice
Există, de asemenea, activatori alosterici. Niște activatori alosterici se leagă de alte locuri din enzimă decât de centrul activ, determinând o creștere în funcția centrului activ. De asemenea, într-un proces numit cooperare, substratul însuși poate fi un activator alosteric: când se leagă de un centru activ, activitatea celorlalți centrii activi se intensifică.
Cofactorii și coenzimele
Multe enzime nu funcționează optim, sau chiar deloc, cu excepția cazului în care se leagă de alte molecule ajutătoare neproteice numite cofactori. Acestea pot fi atașate temporar enzimei prin legături ionice sau de hidrogen ori permanent prin legături covalente mai puternice. Cofactorii obișnuiți includ ioni anorganici, precum fierul
Coenzimele sunt o submulțime de cofactori care sunt molecule organice (bazate pe carbon). Cele mai comune surse de coenzime sunt vitaminele din alimente. Unele vitamine sunt precursori ale coenzimelor, iar altele acționează direct ca și coenzime. De exemplu, vitamina C este o coenzimă pentru multe enzime care participă la producerea colagenului proteic, o parte cheie a țesutului conjunctiv.
Compartimentarea enzimei
Enzimele sunt adesea compartimentate (stocate într-o anumită parte a celulei unde își fac treaba) -- de exemplu, într-un anumit organit. Compartimentarea înseamnă că enzimele necesare pentru un anumit proces pot fi păstrate în locuri unde pot acționa, asigurându-se că își pot găsi substraturile cu ușurință, că nu deteriorează celula și că au microambientul potrivit pentru a funcționa bine.
De exemplu, enzimele digestive ale lizozomilor acționează cel mai bine la un pH de aproximativ
Inhibiția de tip feedback a căilor metabolice
În procesul numit inhibiție de tip feedback, produsul final al unei căi metabolice acționează asupra enzimei cheie reglând intrarea pe calea respectivă, oprind producerea de mai mult produs final.
Acest lucru poate părea ciudat - de ce ar dori o moleculă să își oprească propria cale? Dar este de fapt un mod inteligent de a face celula să producă cantitatea potrivită de produs. Când există prea puțin produs, enzima nu va fi inhibată și calea o să progreseze să refacă aprovizionarea. Când este prea mult produs, acesta o să blocheze enzima, împiedicând producerea de nou produs până la utilizarea rezervei existente.
În mod tipic, inhibiția de tip feedback acționează la primul pas specific al căii, însemnând că primul pas este ireversibil. Cu toate acestea, inhibiția de tip feedback poate atinge, uneori, mai multe puncte ale căii, în special dacă aceasta are multe puncte de legătură. Pașii căii, reglați de inhibiția de tip feedback, sunt adesea catalizați de enzimele alosterice.
De exemplu, molecula transportoare de energie ATP este un inhibitor alosteric al unor enzime implicate în respirația celulară, un proces care face ca ATP să alimenteze reacțiile celulare. Când există o cantitate mare de ATP, această inhibiție de tip feedback împiedică producerea de mai mult ATP. Acest lucru este folositor, deoarece ATP-ul este o moleculă instabilă. Dacă se produce prea mult ATP, o mare parte s-ar irosi, descompunându-se spontan în componentele sale (ADP și P
Pe de altă parte, ADP servește ca un reglator alosteric pozitiv (un activator alosteric) pentru unele dintre aceleași enzime care sunt inhibate de ATP. De exemplu, ADP se poate lega de o enzimă și îi poate schimba forma astfel încât să devină mai activă.
Datorită acestui tipar de reglare, când nivelurile de ADP sunt ridicate în comparație cu cele de ATP, enzimele implicate în respirația celulară devin foarte active și vor produce mai mult ATP prin respirația celulară.
Vrei să te alături conversației?
Nici o postare încă.