معلومة

هل يمكن تنشيط الإنزيم دون تثبيط أو تنشيط خيفي؟

هل يمكن تنشيط الإنزيم دون تثبيط أو تنشيط خيفي؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هل توجد طرق يمكن بواسطتها تنشيط أو تثبيط إنزيم بواسطة جزيئات غير ركيزة بخلاف التنشيط أو التثبيط الخيفي؟


بصرف النظر عما ذكره Phototroph في إجابته (تثبيط تنافسي وغير تنافسي) ، يمكن تنشيط / تثبيط إنزيم عن طريق التعديل التساهمي للبروتين (تعديل ما بعد الترجمة) مثل الفسفرة بواسطة كينازات البروتين (الفسفرة هي التعديل الأكثر شيوعًا) .


نعم ، التثبيط التنافسي هو شكل آخر من أشكال تثبيط الإنزيم. يرتبط المثبط بالموقع النشط هنا ، على عكس التثبيط الخيفي ، حيث يرتبط بموقع ثانوي. مثال على المثبط هو أيون السيانيد (CN-) ، الذي يثبط أوكسيديز السيتوكروم سي ، ويمنع نقل سلسلة الإلكترون وبالتالي إنتاج ATP. لاحظ أن هذا الأيون يختلف عن الأكسجين في الركيزة.


تثبيط الإنزيمات

قد تكون بعض الجزيئات المشابهة جدًا للركيزة الخاصة بالإنزيم مرتبطة بالموقع النشط ولكنها غير قادرة على التفاعل. تغطي هذه الجزيئات الموقع النشط وبالتالي تمنع ارتباط الركيزة الفعلية بالموقع. هذا التثبيط لعمل الإنزيم له طبيعة تنافسية ، لأن جزيء المثبط يتنافس بالفعل مع الركيزة للموقع النشط. مثبط سلفانيلاميد ، على سبيل المثال ، مشابه بدرجة كافية للركيزة (ص-أمينوبنزويك) من إنزيم يشارك في عملية التمثيل الغذائي لحمض الفوليك الذي يرتبط بالإنزيم ولكن لا يمكنه التفاعل. يغطي الموقع النشط ويمنع ربط ص- حمض امينوبنزويك. هذا الإنزيم ضروري في بعض البكتيريا المسببة للأمراض ولكنه ليس ضروريًا للبشر كميات كبيرة من السلفانيلاميد وبالتالي تقتل الكائنات الحية الدقيقة ولكنها لا تؤذي البشر. تسمى مثبطات مثل سلفانيلاميد مضادات الأيض. يستخدم السلفانيلاميد والمركبات المماثلة التي تقتل العامل الممرض دون الإضرار بمضيفه على نطاق واسع في العلاج الكيميائي.

تمنع بعض المثبطات العمل الأنزيمي أو تمنعه ​​من خلال التفاعل مع مجموعات في الموقع النشط. يتفاعل غاز الأعصاب ثنائي الأيزوبروبيل فلوروفوسفات ، على سبيل المثال ، مع السيرين في الموقع النشط لأسيتيل كولينستريز لتكوين رابطة تساهمية. يمنع جزيء غاز الأعصاب المتضمن في تكوين الرابطة الموقع النشط من ربط الركيزة ، الأسيتيل كولين ، وبالتالي يمنع التحفيز وعمل الأعصاب. يحجب حمض الأيودواسيتيك بالمثل إنزيمًا رئيسيًا في عمل العضلات عن طريق تكوين مجموعة ضخمة على الحمض الأميني السيستين ، والذي يوجد في الموقع النشط للإنزيم. تسمى هذه العملية بالتثبيط الذي لا رجعة فيه.

تقوم بعض المثبطات بتعديل الأحماض الأمينية بخلاف تلك الموجودة في الموقع النشط ، مما يؤدي إلى فقدان النشاط الأنزيمي. يسبب المانع تغيرات في شكل الموقع النشط. ومع ذلك ، يمكن تعديل بعض الأحماض الأمينية بخلاف تلك الموجودة في الموقع النشط دون التأثير على بنية الموقع النشط في هذه الحالات ، ولا يتأثر الإجراء الأنزيمي.

مثل هذه التغيرات الكيميائية موازية للطفرات الطبيعية. تنتج الأمراض الموروثة غالبًا عن تغيير في أحد الأحماض الأمينية في الموقع النشط للإنزيم ، مما يجعل الإنزيم معيبًا. في بعض الحالات ، يؤدي تغيير الأحماض الأمينية إلى تغيير شكل الموقع النشط لدرجة أنه لم يعد قادرًا على التفاعل مع مثل هذه الأمراض عادة ما تكون قاتلة. ومع ذلك ، في حالات أخرى ، يتكون إنزيم معيب جزئيًا ، وقد يكون الفرد مريضًا جدًا ولكنه قادر على العيش.


تنظيم نشاط الانزيم

بصرف النظر عن قدرتها على تسريع معدلات التفاعلات الكيميائية في الخلايا بشكل كبير ، فإن الإنزيمات لها خاصية أخرى تجعلها ذات قيمة. هذه الخاصية هي أنه يمكن تنظيم نشاطهم ، مما يسمح بتنشيطهم وتعطيله ، حسب الضرورة. هذا مهم للغاية في الحفاظ على التوازن ، والسماح للخلايا بالاستجابة بطرق خاضعة للرقابة للتغيرات في كل من الظروف الداخلية والخارجية.

يمكن أيضًا أن يكون تثبيط إنزيمات معينة عن طريق الأدوية مفيدًا طبيًا. لذلك ، فإن فهم الآليات التي تتحكم في نشاط الإنزيم له أهمية كبيرة.


السيطرة على الإنزيمات الخيفية

كيف تنظم معظم الخلايا نشاط الانزيمات؟ تُظهر الإنزيمات الخيفية نوعين مختلفين من آليات التحكم. على أساسها يتم تصنيفها إلى نوعين.

  1. إنزيمات غير متجانسة: التي يتم تحفيزها (أو تثبيطها) بواسطة مستجيب (أو) جزيء معدل بخلاف ركائزها. على سبيل المثال: ثريونين ديهيدراتاز (المادة المتفاعلة: ثريونين ، المغير: إيزولوسين).
  2. الانزيمات المتجانسة: هنا تعمل الركيزة كمغير. تحتوي هذه الإنزيمات على موقعين أو أكثر من مواقع الربط للركيزة. على سبيل المثال: ATCase.

الانزيمات

المادة التي تساعد على حدوث تفاعل كيميائي هي أ ، والجزيئات الخاصة التي

. جميع الإنزيمات تقريبًا عبارة عن بروتينات ، تتكون من سلاسل من الأحماض الأمينية ، وهي تؤدي المهمة الحاسمة المتمثلة في خفض طاقات تنشيط التفاعلات الكيميائية داخل الخلية. تقوم الإنزيمات بذلك عن طريق الارتباط بجزيئات التفاعل والاحتفاظ بها بطريقة تجعل عمليات تكسير الروابط الكيميائية وتشكيل الرابطة تتم بسهولة أكبر. من المهم أن تتذكر أن الإنزيمات لا تغير & # 8710G من التفاعل. إنهم لا يغيرون ما إذا كان التفاعل طاردًا للطاقة (عفويًا) أو مفاقمًا للطاقة (ليس تلقائيًا). هذا لأنها لا تغير الطاقة الحرة للمتفاعلات أو المنتجات. إنها تقلل فقط من طاقة التنشيط المطلوبة للوصول إلى حالة الانتقال.

شكل 1. تقلل الإنزيمات من طاقة التنشيط للتفاعل ولكنها لا تغير الطاقة الحرة للتفاعل. هنا ، يوضح الخط الصلب في الرسم البياني الطاقة المطلوبة لتحويل المواد المتفاعلة إلى منتجات بدون محفز. يوضح الخط المنقط الطاقة المطلوبة باستخدام محفز. يجب أن يوضح هذا الرقم طاقة جيبس ​​الحرة على المحور الصادي وبدلاً من الإشارة إليه

موقع الإنزيم النشط وخصوصية الركيزة

المتفاعلات الكيميائية التي يرتبط بها الإنزيم هي الإنزيم و rsquos. قد يكون هناك ركيزة واحدة أو أكثر ، اعتمادًا على تفاعل كيميائي معين. في بعض ردود الفعل ، أ

وصولا إلى منتجات متعددة. في حالات أخرى ، قد تتحد ركيزتان لتكوين جزيء أكبر. قد يدخل اثنان من المتفاعلين أيضًا في تفاعل ، كلاهما يصبح

ويترك التفاعل كمنتجين. الموقع داخل الإنزيم حيث ترتبط الركيزة

الانزيم و rsquos. الموقع النشط هو المكان الذي يحدث فيه & ldquoaction & rdquo ، إذا جاز التعبير. بما أن الإنزيمات عبارة عن بروتينات ، فهناك

هو مزيج فريد من

بقايا الأحماض الأمينية (وتسمى أيضًا الجانب

أو R) داخل الموقع النشط. كل سلسلة جانبية من الأحماض الأمينية

يمكن تصنيف الأحماض الأمينية

كبيرة أو صغيرة ، حمضية أو قاعدية ضعيفة ، محبة للماء أو كارهة للماء ، موجبة أو سالبة الشحنة ، أو متعادلة. يخلق المزيج الفريد من الأحماض الأمينية (مواقعها وتسلسلها وتركيبها وخصائصها) بيئة كيميائية محددة للغاية داخل الموقع النشط.

هذه البيئة المحددة مناسبة

للارتباط ، وإن كان لفترة وجيزة ، بركيزة كيميائية معينة (أو ركائز).

هذا التطابق الذي يشبه أحجية الصور المقطوعة بين الإنزيم وركائزه (التي تتكيف لإيجاد أفضل ملاءمة بين حالة الانتقال والموقع النشط) ،

لخصوصيتها. ينتج التوافق & ldquobest & rdquo بين الإنزيم وركائزه من الأشكال الخاصة بكل منها والتكامل الكيميائي للمجموعات الوظيفية على كل شريك ملزم.

الشكل 2. هذا إنزيم له ركيزتان مختلفتان مرتبطتان بالموقع النشط.

يتم تمثيل الإنزيمات

مثل النقط ، باستثناء النشط

والذي يوضح مجموعات R الثلاث لكل من الأحماض الأمينية الثلاثة في الموقع النشط. تتفاعل مجموعات R هذه مع الركائز من خلال الرابطة الهيدروجينية (ممثلة كخطوط متقطعة).

في هذه المرحلة من الفصل ، يجب أن تكون على دراية بجميع

الخصائص الكيميائية لجميع المجموعات الوظيفية. على سبيل المثال ، مجموعة R الخاصة بـ R180 في الإنزيم الموضح أعلاه هي الحمض الأميني Arginine (يُشار إليه اختصارًا باسم R) ولديها مجموعة R تضم عدة مجموعات وظيفية أمينية. تحتوي المجموعات الوظيفية الأمينية

ذرات النيتروجين (N) والهيدروجين (H). النيتروجين كهرسلبي أكثر من الهيدروجين ، لذا فإن الرابطة التساهمية بين NH هي رابطة تساهمية قطبية. سيكون لذرات الهيدروجين في هذه الرابطة عزم ثنائي القطب موجب ، وسيكون لذرة النيتروجين عزم ثنائي القطب سالب. هذا يسمح للمجموعات الأمينية بتكوين روابط هيدروجينية مع المركبات القطبية الأخرى. وبالمثل ، فإن أكسجين الكربونيل العمود الفقري للفالين (V) 81 والجليسين (G) 121 هو العمود الفقري للهيدروجين الأميني لـ V81

تشارك في روابط هيدروجينية مع الركيزة الجزيئية الصغيرة.

نقطة مناقشة محتملة ملحوظة: كيف يكسر جسمك الكافيين

عندما تشرب القهوة أو غيرها من المشروبات التي تحتوي على الكافيين مثل بعض المشروبات الغازية ، فأنت تستهلك جزيء يسمى الكافيين! يتم استقلاب الكافيين (مقسمًا) بمرور الوقت عبر مجموعة من الإنزيمات ذات الصلة للغاية & quotCYP (Cytochrome P450) & quot ؛ لإنتاج المنتجات الثلاثة الموضحة في الشكل أدناه (المصدر: ويكيبيديا). للتبسيط قليلاً ، يمكنك تفسير سهم واحد لتمثيل تفاعل محفز بواسطة أحد إنزيمات CYP ذات الصلة لإنتاج باراكسانتين أو ثيوبرومين أو ثيوفيلين. يتم التعرف عليها جميعًا عن طريق الإنزيمات الأخرى التي ستفككها أكثر وما إلى ذلك. توقف لحظة لفحص الهياكل الأربعة أسفل الهيكل العام يجب أن تبدو مألوفة لك بشكل غامض. قارن المادة المتفاعلة والنواتج الثلاثة - ما هي المجموعات الوظيفية الجديرة بالملاحظة وخصائص هذه الجزيئات؟ ماذا تتوقع أن تكون السمات الرئيسية للمواقع النشطة للإنزيمات التي تكسر هذه الجزيئات الأربعة؟ إذا كنت ستصمم إنزيمًا من شأنه أن يكسر الكافيين والثيوفيلين فقطكيف تصمم موقعك النشط؟

يمارس

انظر لترى أي الذرات في الشكل 2 (

في الروابط الهيدروجينية بين مجموعات الأحماض الأمينية R والركيزة. سوف تحتاج إلى

تحديد هذه على روابط الهيدروجين الخاصة بك قد لا

إذا قمت بتغيير الرقم الهيدروجيني للحل أن

في ، هل سيظل الإنزيم قادرًا على تكوين روابط هيدروجينية مع الركيزة؟

ما الركيزة (اليسرى أو اليمنى) التي تعتقد أنها أكثر استقرارًا في الموقع النشط؟ لماذا ا؟ كيف؟

الشكل 3. هذا تصوير لموقع إنزيم نشط.

يتم رسم الأحماض الأمينية في الموقع النشط فقط

. الركيزة يجلس مباشرة في المركز.
المصدر: تم إنشاؤه بواسطة

يمارس

الجزيء الكبير في الشكل 3. ثانيًا ، ارسم وقم بتسمية

التفاعلات بين مجموعات R والركيزة. اشرح كيف يمكن أن تتغير هذه التفاعلات إذا كان الرقم الهيدروجيني للحل

طريقة جديدة لتصور الأمراض في الجسم.

عدم الاستقرار الهيكلي للإنزيمات

المواقع النشطة مناسبة تمامًا لتوفير ظروف بيئية محددة يعني أيضًا أنها تخضع لتأثيرات البيئة المحلية.

صحيح أن الزيادة

درجة حرارة البيئة

يزيد من معدلات التفاعل ، المحفز بالإنزيم أو غير ذلك. ومع ذلك ، فإن زيادة أو خفض درجة الحرارة خارج النطاق الأمثل يمكن أن يؤثر على الروابط الكيميائية داخل الموقع النشط بطريقة تجعلها أقل ملاءمة لربط الركائز. ستؤدي درجات الحرارة المرتفعة في النهاية إلى أن تؤدي الإنزيمات ، مثل الجزيئات البيولوجية الأخرى ، إلى عملية تغير الخصائص الطبيعية لمادة ما. وبالمثل ، يمكن أن يؤثر الرقم الهيدروجيني للبيئة المحلية أيضًا على وظيفة الإنزيم. بقايا الأحماض الأمينية في الموقع النشط لها خصائصها الحمضية أو الأساسية

الأمثل للحفز. هذه البقايا حساسة للتغيرات في الأس الهيدروجيني التي يمكن أن تضعف الطريقة التي ترتبط بها جزيئات الركيزة.

للعمل بشكل أفضل ضمن نطاق معين من الأس الهيدروجيني ، وكما هو الحال مع درجة الحرارة ، فإن قيم الأس الهيدروجيني القصوى (الحمضية أو القاعدية) للبيئة يمكن أن تتسبب في تغيير طبيعة الإنزيمات.

الشكل 4. الإنزيمات لها درجة حموضة مثالية. سيكون الرقم الهيدروجيني الذي يكون فيه الإنزيم أكثر نشاطًا هو الرقم الهيدروجيني حيث توجد مجموعات الموقع النشط R

بحيث يمكن أن تدخل الركيزة الموقع النشط ويمكن أن تبدأ الخطوة الأولية في التفاعل. تتطلب بعض الإنزيمات درجة حموضة منخفضة جدًا (حمضية)

نشيط. هذه الإنزيمات هي الأكثر احتمالا في جسم الإنسان

في الجسيمات الحالة (عضية خلوية تستخدم لهضم المركبات الكبيرة داخل الخلية).
المصدر: http://biowiki.ucdavis.edu/Biochemis. _

تبدأ العملية التي تفسد فيها الإنزيمات عادةً بفك الهيكل الثالث من خلال زعزعة استقرار الروابط التي تربط الهيكل الثالث معًا.

يمكن أن تتعطل الروابط الهيدروجينية والروابط الأيونية والروابط التساهمية (جسور ثاني كبريتيد والروابط الببتيدية) بسبب التغييرات الكبيرة في

معتدل ودرجة الحموضة. باستخدام مخطط نشاط الإنزيم ودرجة الحرارة أدناه ، قم بعمل قصة طاقة للإنزيم الأحمر. اشرح ما يمكن

الشكل 5. الإنزيمات لها درجة حرارة مثالية. عادة ما تكون درجة الحرارة التي يكون فيها الإنزيم أكثر نشاطًا هي درجة الحرارة التي تكون فيها بنية الإنزيم مستقرة أو غير منقوصة. تتطلب بعض الإنزيمات درجة حرارة معينة لتظل نشطة ولا تفسد. المصدر: http://academic.brooklyn.cuny.edu/bi ..

وظيفة الانزيم واللياقة المستحثة

اعتقد العلماء لسنوات عديدة

تم ربط الركيزة الإنزيمية بطريقة بسيطة و ldquolock-and-key & rdquo. أكد هذا النموذج أن الإنزيم والركيزة يتناسبان معًا تمامًا في خطوة لحظية واحدة. ومع ذلك ، يدعم البحث الحالي وجهة نظر أكثر دقة تسمى. يتوسع نموذج الملاءمة المستحثة على نموذج القفل والمفتاح من خلال وصف تفاعل أكثر ديناميكية بين الإنزيم والركيزة. عندما يجتمع الإنزيم والركيزة معًا ، يتسبب تفاعلهما في حدوث تحول طفيف في بنية الإنزيم و rsquos مما يؤكد ترتيب ارتباط أكثر إنتاجية بين الإنزيم وحالة الانتقال للركيزة. يزيد هذا الارتباط الملائم بقوة من قدرة الإنزيم و rsquos على تحفيز تفاعله.

عندما يربط الإنزيم ركائزه ، مركب الركيزة الإنزيمية

. يقلل هذا المركب من طاقة تنشيط التفاعل ويعزز تقدمه السريع بإحدى الطرق العديدة. على المستوى الأساسي ، تعزز الإنزيمات التفاعلات الكيميائية التي تنطوي على

ركيزة واحدة عن طريق تجميع الركائز معًا في الاتجاه الأمثل. ال

المنطقة (الذرات والسندات) لجزيء واحد

منطقة الجزيء الآخر التي يجب أن يتفاعل معها. الطريقة الأخرى التي تعزز بها الإنزيمات تفاعل ركائزها هي عن طريق خلق بيئة مواتية بقوة داخل الموقع النشط لحدوث التفاعل. قد تحدث تفاعلات كيميائية معينة بشكل أفضل في بيئة حمضية أو غير قطبية قليلاً. الخواص الكيميائية التي تظهر من الترتيب المعين لبقايا الأحماض الأمينية داخل موقع نشط تخلق بيئة مواتية من حيث الطاقة لتفاعل ركائز معينة من الإنزيم و rsquos.

تتضمن طاقة التنشيط المطلوبة للعديد من التفاعلات الطاقة التي تدخل في تشويه الروابط الكيميائية قليلاً

يمكنهم التفاعل بسهولة أكبر. يمكن أن يساعد العمل الأنزيمي في هذه العملية. يمكن لمركب الركيزة الإنزيمية خفض طاقة التنشيط عن طريق تشويه جزيئات الركيزة بطريقة تسهل كسر الرابطة. أخيرًا ، يمكن للإنزيمات أيضًا تقليل طاقات التنشيط من خلال المشاركة في التفاعل الكيميائي نفسه. يمكن أن توفر بقايا الأحماض الأمينية أيونات معينة أو مجموعات كيميائية معينة

تشكل روابط تساهمية مع جزيئات الركيزة كخطوة ضرورية في عملية التفاعل. في هذه الحالات ، من المهم أن تتذكر أن الإنزيم سيعود دائمًا إلى حالته الأصلية عند اكتمال التفاعل. واحدة من السمات المميزة للإنزيمات هي أنها تظل في النهاية دون تغيير من خلال ردود الفعل التي تقوم بها

بتحفيز التفاعل ، يطلق نتاجه

الشكل 6. وفقًا لنموذج الملاءمة المستحثة ، يخضع كل من الإنزيم والركيزة لتغييرات توافقية ديناميكية عند الارتباط. يحول الإنزيم الركيزة إلى حالتها الانتقالية ،

زيادة معدل التفاعل.

إنشاء قصة طاقة للتفاعل أعلاه

باستخدام الشكل 6 ، أجب عن الأسئلة المطروحة في قصة الطاقة.
1. ما هي المتفاعلات؟ ما هي المنتجات؟
2. ما العمل

بواسطة الانزيم؟
3. في أي حالة تكون الطاقة في البداية؟ ما هي الحالة التي تحولت إليها الطاقة في حالتها النهائية؟ قد يكون هذا الأمر صعبًا ، لكن حاول تحديد مكان الطاقة في الحالة الأولية والحالة النهائية.

تنظيم الانزيم

لماذا تنظم الانزيمات؟

تختلف الاحتياجات والظروف الخلوية من خلية إلى أخرى وتتغير داخل الخلايا الفردية بمرور الوقت. تختلف متطلبات الطاقة والإنزيمات المطلوبة لخلايا المعدة عن تلك الموجودة في خلايا تخزين الدهون وخلايا الجلد وخلايا الدم والخلايا العصبية. علاوة على ذلك ، تعمل الخلية الهضمية بشكل أكثر صعوبة في معالجة العناصر الغذائية وتفكيكها خلال الوقت الذي يلي الوجبة عن كثب مقارنة بساعات عديدة بعد الوجبة. نظرًا لاختلاف هذه المتطلبات والظروف الخلوية ، تختلف الكميات والوظائف المطلوبة من الإنزيمات المختلفة.

تنظيم الإنزيمات بالجزيئات

بطرق إما أن تعزز أو تقلل من نشاطهم. هناك العديد من أنواع الجزيئات التي تثبط أو تعزز وظيفة الإنزيم ، وتوجد آليات مختلفة للقيام بذلك.

لتثبيط الإنزيم ، على سبيل المثال ، جزيء المثبط مشابه بدرجة كافية للركيزة التي يمكن أن ترتبط بالموقع النشط و

منع الركيزة من الارتباط. عندما يحدث هذا ،

من خلال ، لأن جزيء المثبط يتنافس مع الركيزة لربط الموقع النشط.

تثبيط غير تنافسي ، جزيء المثبط يرتبط بالإنزيم في مكان آخر غير موقع نشط ولا يزال

الركيزة ملزمة للموقع النشط.

الشكل 7. يؤثر التثبيط التنافسي وغير التنافسي على معدل التفاعل بشكل مختلف. تؤثر المثبطات التنافسية على المعدل الأولي ولكنها لا تؤثر على المعدل الأقصى ، بينما تؤثر المثبطات غير التنافسية على المعدل الأقصى.

ترتبط بعض جزيئات المثبط بالأنزيمات في مكان يؤدي فيه ارتباطها إلى حدوث تغيير توافقي يقلل من تقارب الإنزيم مع ركائزه. هذه

تصنع الإنزيمات المنظمة

عديد ببتيد واحد ، مما يعني أن لديهم

وحدة بروتينية واحدة. عندما يرتبط مثبط خيفي بإنزيم ،

يتم تغيير جميع المواقع النشطة في الوحدات الفرعية للبروتين بشكل طفيف

بحيث تربط ركائزها بكفاءة أقل. يوجد

مثبطات. ترتبط المنشطات الخيفية بالمواقع الموجودة على إنزيم بعيدًا عن الموقع النشط ، مما يؤدي إلى تغيير توافقي يزيد من تقارب موقع الإنزيم و rsquos النشط

الشكل 8. تقوم مثبطات التباين بتعديل الموقع النشط للإنزيم بحيث يتم تقليل ارتباط الركيزة أو منعه. في المقابل ، تقوم المنشطات الخيفية بتعديل الموقع النشط للإنزيم بحيث يزداد تقارب الركيزة.

رابط الفيديو

تحقق من هذا الفيديو القصير (دقيقة واحدة) حول التثبيط الأنزيمي التنافسي مقابل غير التنافسي. أيضًا ، ألق نظرة على هذا الفيديو (مدته 1.2 دقيقة) حول منع التغذية الراجعة.

العديد من الإنزيمات لا تعمل على النحو الأمثل ، أو حتى على الإطلاق ، ما لم تكن مرتبطة بجزيئات مساعدة معينة غير بروتينية ، إما مؤقتًا من خلال الروابط الأيونية أو الهيدروجينية أو بشكل دائم من خلال روابط تساهمية أقوى. نوعان من الجزيئات المساعدة هما و. يعزز الارتباط بهذه الجزيئات التشكل والوظيفة الأمثل لأنزيمات كل منها. العوامل المساعدة هي أيونات غير عضوية مثل الحديد (II) (Fe 2+) والمغنيسيوم (II) (Mg 2+). أحد الأمثلة على الإنزيم الذي يتطلب أيون معدني كعامل مساعد هو الإنزيم الذي يبني جزيئات الحمض النووي ، بوليميريز الحمض النووي ، والذي يتطلب أيون الزنك (II) المرتبط (Zn 2+) ليعمل. الإنزيمات المساعدة هي جزيئات عضوية مساعدة ، ذات بنية ذرية أساسية تتكون من الكربون والهيدروجين ، وهي ضرورية لعمل الإنزيم. المصادر الأكثر شيوعًا للأنزيمات المساعدة هي الفيتامينات الغذائية. بعض الفيتامينات هي مقدمة للإنزيمات المساعدة ، والبعض الآخر يعمل مباشرة مثل الإنزيمات المساعدة. فيتامين سي هو أنزيم للعديد من الإنزيمات التي تشارك في بناء عنصر النسيج الضام المهم ، وهو الكولاجين. يعد التحفيز بواسطة مركب متعدد الإنزيمات يسمى بيروفات ديهيدروجينيز خطوة مهمة في تكسير الجلوكوز لإنتاج الطاقة. Pyruvate dehydrogenase عبارة عن مركب من عدة إنزيمات تتطلب في الواقع عاملًا مساعدًا واحدًا (أيون المغنيسيوم) وخمسة أنزيمات عضوية مختلفة لتحفيز تفاعلها الكيميائي المحدد. لذلك ، يتم تنظيم وظيفة الإنزيم ، جزئيًا ، من خلال وفرة من العوامل المساعدة والأنزيمات المساعدة المختلفة ، والتي يتم توفيرها بشكل أساسي من خلال الأنظمة الغذائية لمعظم الكائنات الحية.

تجزئة الإنزيم

في الخلايا حقيقية النواة ، عادة ما يتم تجزئة الجزيئات مثل الإنزيمات إلى عضيات مختلفة. هذا يسمح لمستوى آخر من تنظيم نشاط الإنزيم. يمكن وضع الإنزيمات المطلوبة فقط لعمليات خلوية معينة بشكل منفصل مع ركائزها ، مما يسمح بتفاعلات كيميائية أكثر كفاءة. تتضمن الأمثلة على هذا النوع من تنظيم الإنزيم بناءً على الموقع والقرب الإنزيمات المشاركة في المراحل الأخيرة من التنفس الخلوي ، والتي تحدث حصريًا في الميتوكوندريا ، والإنزيمات المشاركة في هضم الحطام الخلوي والمواد الغريبة الموجودة داخل الجسيمات الحالة.

نقطة مناقشة محتملة ملحوظة: عكس تأثيرات الكافيين

سابقا ، ناقشنا الكافيين والتمثيل الغذائي الخاص به. دعونا نفكر الآن في علم الصيدلة الكافيين و rsquos (طريقة العمل). هل كنت قادرًا على تحديد ومقارنة ومقارنة الجزيء الذي يحتوي الكافيين على بنية مشابهة له؟ بسبب التشابه الهيكلي للكافيين مع جزيء الأدينوزين ، فإنه في الواقع قادر على الارتباط ببروتين مستقبلات الأدينوزين في الدماغ. ومع ذلك ، نظرًا لأن التثبيت الدقيق للقفل والمفتاح غير مرضٍ ، فإن الكافيين لن ينشط ويؤثر على مستقبلات الأدينوزين عند الارتباط كما يفعل الأدينوزين. عادة ، عندما يرتبط الأدينوزين ببروتين مستقبلاته المحددة في الدماغ وبالتالي ينشطها ، فإن التأثير الفسيولوجي هو زيادة النعاس واسترخاء العضلات. من المنطقي أن نتعب في الليل لأننا نتراكم الأدينوزين على مدار اليوم - وهذا كثير من تنشيط المستقبلات! لكن بالعودة إلى الكافيين - عندما يكون الكافيين موجودًا ، يمكن أن يرتبط ببروتين مستقبل الأدينوزين ، وبالتالي يمنع الأدينوزين من ربط / تنشيط المستقبل. قلة عمل الأدينوزين هو ما يؤدي إلى النعاس المكبوت وزيادة اليقظة. يشبه التثبيط الذي يظهر مع هذا البروتين المستقبلي والكافيين بعض التثبيط الذي نراه مع الإنزيمات. ما نوع التثبيط الذي تصنفه على أنه؟ سؤال المتابعة: إذا تم تعيينك من قبل شركة لتصميم حل لعكس تأثير الكافيين بعد تناول الكافيين ، فما هي الاستراتيجيات التي ستحاول اختبارها؟ يشرح!

روابط إضافية

أكاديمية خان

ستأخذك الروابط التالية إلى سلسلة من مقاطع الفيديو حول الخواص الحركية. يحتوي الرابط الأول على أربعة مقاطع فيديو حول معدلات التفاعل ، ويحتوي الرابط الثاني على تسعة مقاطع فيديو تتعلق بالعلاقة بين معدلات التفاعل والتركيز. مقاطع الفيديو هذه تكميلية و


جوهر

في التفاعلات الكيميائية ، هناك حد أدنى من الطاقة التي يجب أن تمتلكها الركائز للسماح بحدوث التفاعل ويؤدي إلى توليد المنتجات. هذا يسمى طاقة التفعيل.

الإنزيمات محفزات بيولوجية الذي - التي زيادة معدل التفاعل بواسطة خفض طاقة التنشيط مطلوب لرد الفعل. الطرق الأخرى لزيادة معدل التفاعل هي:

  • زيادة درجة الحرارة - يزيد من عدد الجزيئات الموجودة مع طاقة التنشيط.
  • زيادة تركيز الركائز - يزيد من احتمالية الاصطدام الجزيئي.

رسم بياني - رسم بياني يوضح كيف تقلل الإنزيمات طاقة التنشيط في التفاعل

SimpleMed الأصلي لبيتر باركنسون

ملامح الانزيمات

هناك عدد من الميزات التي تمتلكها الإنزيمات والتي تمكنها من أداء وظيفتها:

  • محددة للغاية - الانزيمات لها شكل معين وهو مكمل إلى ركيزة معينة وبالتالي يعمل فقط على تفاعل معين.
  • زيادة معدل التفاعل - بواسطة خفض طاقة التنشيط مطلوب لحدوث التفاعل ، سيكون المزيد من الجزيئات قادرة على التفاعل معًا ويمكن أن يحدث التفاعل.
  • الإنزيمات بروتينات - الإنزيمات حساسة للتغيرات في درجات الحرارة ويمكن أن تصبح مشوه في درجات حرارة عالية بالإضافة إلى انخفاض النشاط في درجات حرارة منخفضة
  • دون تغيير بعد رد الفعل - لا تتغير بنية الإنزيم بالتفاعل الذي يحدث وبالتالي يمكن إعادة استخدامه في تفاعلات أخرى.
  • يمكن أن تتطلب عوامل مساعدة مرتبطة - يمكن أن تكون العوامل المساعدة عبارة عن مجموعة صناعية مرتبطة بشكل دائم أو أيون معدني أو فيتامين أو جزيء مصنوع من فيتامين (أنزيم) ، والتي يتم تقييدها مؤقتًا.
  • لا يغير توازن التفاعل - بما أن الإنزيم لا يتغير بالتفاعل ، فإن توازن التفاعل بين الركائز والمنتجات لا يتغير. يتم تغيير التوازن فقط من خلال الخصائص الديناميكية الحرارية للركائز والمنتجات.

موقع نشط

الموقع النشط للإنزيم هو المكان الذي ترتبط فيه الركيزة وأين يحدث التفاعل. هناك بعض ميزات الموقع النشط:

  • الموقع النشط يشكل فقط ملف جزء صغير من الانزيم - معظم الإنزيمات تحتوي على أكثر من 100 حمض أميني ، لكن الموقع النشط يتكون من ثلاثة إلى أربعة أحماض أمينية.
  • المواقع النشطة هي الشقوق أو الشقوق حيث ترتبط الركيزة ويتم استبعاد الماء.
  • تم العثور على الأحماض الأمينية داخل التسلسل الأساسي للبولي ببتيد الذي يشكل الموقع النشط في نقاط مختلفة على طول التسلسل الأساسي.
  • الروابط بين الركائز والإنزيم ضعيف, الروابط غير التساهمية والربط ليس ضيقًا جدًا. يجب أن تكون الروابط ضعيفة وإلا فلن يحدث التفاعل. تسمح الروابط الضعيفة أيضًا للمنتجات بالخروج بمجرد اكتمال التفاعل.

هناك نوعان من الفرضيات حول كيفية ملاءمة الإنزيمات لطبقة الأساس الخاصة بهم:

القفل ونموذج المفتاح

  • ال موقع نشط من الانزيم مكمل في الشكل إلى المادة المتفاعلة وهناك لا مزيد من التعديل إلى الموقع أو الركيزة النشط ، تمامًا مثل كيفية احتواء المفتاح في القفل.

رسم تخطيطي - فرضية القفل والمفتاح

SimpleMed الأصلي لبيتر باركنسون

النموذج المناسب المستحث

  • يصبح الموقع النشط مكملًا للشكل فقط للركيزة بمجرد ارتباط الركيزة بالموقع النشط.
  • يفترض هذا النموذج أن الموقع النشط مرن ويشبه الشخص الذي يرتدي قفازًا: القفاز يغير شكله ليناسب اليد.
  • بمجرد تشكيل المنتجات ونقلها بعيدًا ، يعود الموقع النشط إلى شكله الأصلي.

رسم بياني - فرضية الملائمة المستحثة

SimpleMed الأصلي لبيتر باركنسون

هذا إعلان - نستخدمه لإبقاء SimpleMed مجانيًا! إذا رأيت شيئًا يعجبك ، فالرجاء النقر فوقه - فهو يدعم الموقع :)

حركية الإنزيم

تركيز الركيزة يتناقص بمرور الوقت

  • في بداية التفاعل ، يكون تركيز الركيزة في أعلى مستوياته. ومع ذلك ، مع استهلاك الركائز في التفاعل ، ينخفض ​​تركيز الركائز مع زيادة تركيز المنتج.

الإنزيمات حساسة لدرجة الحرارة

  • يكون النشاط التحفيزي للإنزيمات في ذروته عند درجة الحرارة المثلى درجة حرارة جسم الإنسان (36.5 درجة مئوية - 37.4 درجة مئوية).
  • فوق درجة الحرارة المثلى ، تبدأ الروابط داخل بنية الإنزيم في الانهيار ويبدأ الإنزيم في تفسد لذلك يبدأ معدل التفاعل في التباطؤ.
  • تطورت بعض إنزيمات الكائنات الحية المختلفة لتعمل في درجات الحرارة القصوى. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون الإنزيم الموضح باللون الأزرق على الرسم البياني ناتجًا عن كائن حي يعيش في القطب الشمالي ، بينما يمكن أخذ الإنزيم الموضح باللون الأحمر من كائن حي يعيش في الينابيع الساخنة في حديقة يلوستون الوطنية في الولايات المتحدة الأمريكية.

رسم بياني - رسم بياني يوضح نشاط الإنزيمات المختلفة عند درجات حرارة مختلفة

SimpleMed الأصلي لبيتر باركنسون

الأنزيمات المختلفة لها درجة حموضة مثالية مختلفة

  • يمكن أن يؤدي التغيير في الرقم الهيدروجيني إلى تغيير حالة التأين لمجموعات R للأحماض الأمينية الموجودة في بنية الإنزيم. هذه التغيير في حالة التأين يمكن أن يغير بنية الإنزيم ويمكن أن يؤدي إلى تحول الإنزيم مشوه.
  • يختلف الرقم الهيدروجيني الأمثل لكل إنزيم ، كما يظهر في الرسم البياني. يمكن أن يمثل الإنزيم الموضح باللون الأخضر البيبسين الذي يكسر البروتينات في التجويف الحمضي للمعدة. في حين أن الإنزيم الموضح باللون الأحمر يمكن أن يمثل هيكسوكيناز الموجود في العصارة الخلوية للخلايا البشرية حيث يكون الرقم الهيدروجيني متعادلًا.

رسم بياني - رسم بياني يوضح نشاط الإنزيمات المختلفة مع التغيرات في الرقم الهيدروجيني

SimpleMed الأصلي لبيتر باركنسون

الرسوم البيانية للخواص الحركية للإنزيم

يمكننا عرض المعلومات الحركية للإنزيم باستخدام الرسوم البيانية من خلال إظهار معدل التفاعل كدالة لتركيز الركيزة. من خلال القيام بذلك ، تُظهر الرسوم البيانية أن تفاعل تحفيز الإنزيم يصل إلى أقصى سرعة.

ال نموذج ميكايليس مينتين يصف أن محدد معقد بين الانزيم والركائز هي خطوة وسيطة أساسية في التفاعل العام.

ال معادلة ميكايليس مينتين يتوقع أن أ مؤامرة السرعة (الخامس0) مقابل تركيز الركيزة سينتج أ القطع الزائد المستطيل، لكن من المهم أن تتذكر ليس كل الانزيمات سوف يطيع نموذج Michaelis-Menten.

رسم بياني - رسم بياني يوضح سرعة التفاعل مقابل تركيز الركيزة مع القطع الزائد المستطيل

SimpleMed الأصلي لبيتر باركنسون

الخامسالأعلى= المعدل الأقصى عندما تكون كل مواقع الإنزيم النشطة مشبعة بالركيزة.

كم = تركيز الركيزة الذي يعطي نصف السرعة القصوى.

أهمية K.م قيم

قيمة K.م هو مقياس ل التقارب من إنزيم الركيزة التكميلية.

  • ارتفاع كم = تقارب منخفض للركيزة
  • منخفض كم = تقارب عالي للركيزة

إذا كان الإنزيم يحتوي على K منخفضم قيمة ثم أقل الركيزة المطلوبة لإعطاء نصف السرعة القصوى للتفاعل بسبب الإنزيم الذي له انجذاب كبير للركيزة.

أهمية قيم Vmax

الخامسالأعلى و V.0 القيم هي معدلات حيث يتم قياسها بالمبالغ لكل وحدة زمنية.

وحدة 1 = كمية الإنزيم الذي يحول 1 ميكرولتر من الركيزة في الدقيقة تحت ظروف الوقوف.

يتم التعبير عن القيمة كمعدل موحد - لكل لتر من المصل أو لكل جرام من الأنسجة.

من المهم أن تتذكر أن ملف معدل تفاعل الإنزيم المحفز متناسب الى تركيز الانزيم وبالتالي ، إذا ضاعفت تركيز الإنزيم ، فإن المعدل سيتضاعف (وليس المعدل القياسي).

مؤامرة Lineweaver-Burk

يمكن إعادة ترتيب مخطط Michaelis-Menten لتغيير مخطط القطع الزائد المستطيل إلى a مؤامرة خطية.

عن طريق تغيير الحبكة إلى خطية ، فإنه يسمح بتقدير أسهل لـ V.الأعلى وكم القيم وكذلك مقارنة أسهل بين اثنين أو أكثر من الإنزيمات.

  • تقاطع x يساوي -1 / كم. هذا يعني أن تقاطع x سالب يشير إلى انخفاض Kم وتقارب عالي للركيزة.
  • يشير تقاطع y على قطعة الأرض إلى 1 / V.الأعلى. هذا يعني أن قيمة تقاطع y المنخفضة ستشير إلى قيمة V عاليةالأعلى قيمة معدل قصوى سريع جدا.
  • يتم حساب منحدر المؤامرة بواسطة K.م/الخامسالأعلى.

رسم تخطيطي - مؤامرة Lineweaver-Burk

SimpleMed الأصلي لبيتر باركنسون

هذا إعلان - نستخدمه لإبقاء SimpleMed مجانيًا! إذا رأيت شيئًا يعجبك ، فالرجاء النقر فوقه - فهو يدعم الموقع :)

مثبطات الإنزيم

المانع هو جزيء يمنع أو يبطئ تفاعل يحفزه إنزيم والعديد من الأدوية يمكن أن تكون مثبطات. يمكن للمثبط أن يرتبط لا رجعة فيه أو بشكل عكسي. إذا ارتبط المثبط بشكل عكسي ، فيمكن أن يكون كذلك تنافسي أو غير تنافسي.

رسم بياني - رسم بياني يوضح كيفية تأثير المثبطات المختلفة على معدل التفاعل مع زيادة تركيز الركيزة

SimpleMed الأصلي من تأليف Thomas Burnell

مثبط لا رجعة فيه

أشكال المانع حدود ضيقة للغاية مع الإنزيم عادة من خلال تساهمية سندات. هذا يمنع مجمعات الركيزة الإنزيمية من التكوين. تم تغيير طبيعة الإنزيم الآن لأنه لم يعد قادرًا على العمل.

  • غازات الأعصاب مثل السارين - ترتبط بإنزيم في الجهاز العصبي يمنع انتقال النبضات العصبية.
  • البنسلين - المضاد الحيوي يعمل عن طريق منع عمل الإنزيم المسؤول عن إنتاج جدار الخلية البكتيرية وبالتالي يمكن للماء أن يدخل البكتيريا مما يؤدي إلى التورم وتحلل الخلايا.

مثبط تنافسي وقابل للانعكاس

المانع التنافسي هو مكمل للركيزة and will bind to the active site on the enzyme through non-covalent bonds. This reduces the proportion of substrate bound to the enzyme and as the inhibitor is competing with the substrate for the active site, the كم increases hence affinity decreases.

ال الخامسالأعلى is unaffected as by adding enough substrate the effect of the competitive inhibitor will be overcome.

Diagram - Graph showing reversible, competitive inhibition. In blue there is no inhibitor while in red there is a competitive inhibitor. The Kم has increased whilst the Vالأعلى is unaffected once the competitive, reversible inhibitor is added

SimpleMed original by Peter Parkinson

Non-Competitive, Reversible Inhibitor

Non-competitive inhibitors bind at the allosteric site (site other than the active site) and change the overall 3-D structure of the enzyme. The substrate can still bind with the same affinity, but the enzyme no longer has the optimal arrangement to catalyse the reaction and generate products. Therefore, the الخامسالأعلى is reduced as the enzyme can no longer catalyse the reaction with the same efficiency. ال كم is unaffected.

Unlike competitive inhibition, the effect of the inhibition cannot be overcome by increasing the concentration of the substrate.

Diagram - Graph showing a reversible, non-competitive inhibition. In blue there is no inhibitor present while in green there is a non-competitive inhibitor. The Vالأعلى has reduced once non-competitive, reversible inhibitor is added while the Kم is unaffected

SimpleMed original by Peter Parkinson

Short Term Regulation of Proteins

Substrate and Product Concentration

  • The availability of substrates will affect the activity of the enzymes, which will in turn affect the rate of the reaction as the activity of the catalyst will either decrease or stop.
  • Isoenzymes نكون different forms of the same enzyme, which are generated from the same gene but spliced differently. They have different kinetic properties such as increased/decreased affinity.
    • Example of isoenzymes are hexoknase and glucokinase. These enzymes catalyse the first step of glycolysis. Hexokinase is present in all cells of the body and has a high affinity for glucose whereas glucokinase is only present in liver cells and has a lower affinity for glucose in comparison.

    Diagram - Graph showing how the rate of reaction changes with glucose concentration for hexokinase and glucokinase

    SimpleMed original by Peter Parkinson

    • بعض coenzymes will have a limited availability, e.g. NAD/NADH, and this limited availability can affect the activity of the enzyme.
    • Product inhibition – as the concentration of the product increases, accumulation can prevent the forward reaction from occurring. An example of this is glucose-6-phosphate preventing the forward reaction by inhibiting the enzyme hexokinase.

    Allosteric Regulation

    • Some molecules can bind to another site on the enzyme apart from the active site, the allosteric site, where it can either inhibit or activate the enzyme.
    • Some enzymes are allosterically regulated and have multiple active sites, which are located on different protein subunits – these are called allosteric enzymes.
    • If an allosteric inhibitorbinds to the enzyme, all the active sites present will change so that the enzyme can no longer work as effectively as it did before. This leads to the enzyme being in the T state and having lower affinity for the substrate.
    • If an allosteric activator binds to the enzymes, all active sites present increase in function. This leads to the enzyme being in the R state and having a higher affinity for the substrates.

    Diagram - Graph showing how the reaction rate changes with substrate concentration for the R-State and T-State of allosteric enzymes

    SimpleMed original by Peter Parkinson

    • Substrates themselves can act as allosteric activators by binding to one active site and increasing the activity of the other active sites that are far from its binding site. This process is called cooperativity.
    • Example of allosteric regulation is the regulation of phosphofructokinase.
      • This enzyme is one of many involved in the first stage of cellular respiration, glycolysis. Activators of phosphofructokinase include AMP and fructose-2,6-bisphosphate, and these increase the breakdown of glucose. Inhibitors of phosphofructokinase include citrate, H + ions and ATP, and these molecules decrease the breakdown of glucose.

      Covalent Modification

      • Enzymes can be modified by another molecule being attached through covalentbonds. A donor molecule donates a functionalgroup that modifies the enzyme and the functional group affects the activity of the enzyme. Majority of covalent modifications are تفريغ and examples include phosphorylation & acetylation.
      • الفسفرة:
        • The donor molecule is ATP.
        • Involves adding a phosphate group to specific amino acids within the enzyme.
        • Protein kinases transfer the terminal phosphate group from ATP to the hydroxylgroup present on Serine, Threonine and Tyrosine amino acid residues therefore modifying the enzyme involved.
        • Protein phosphatases are involved in the reversereaction where they catalyse the removal of phosphoryl group from the enzyme or other protein molecule through hydrolysis.

        Diagram - The process of phosphorylation and dephosphorylation

        Creative commons source by Petaholmes [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

        • An example of phosphorylation modification is the modification of glycogen phosphorylase في الجلوكوز homeostasis:
          • Adrenalineactivatesadenylylcyclase which increases the concentration of cAMP, leading to an enzyme cascade.
          • Protein kinase A is activated by cAMP and causes the phosphorylation of glycogen phosphorylase, and this enzymes becomes activated.
          • Activated glycogen phosphorylase catalyses the hydrolysis of glycogen to form glucose-1-phosphate, which can then be metabolised to generate energy.
          • The process adds two negative charges to the modified enzyme or protein. هذه disruptsthe electrostatic interactions allowing new interactions to form, which can affect the activity of the enzyme and the substrate binding.
          • The phosphoryl group can form hydrogen bonds.
          • The rate of phosphorylation and dephosphorylation can take between seconds to hours. The rate of these processes can change to suit the needs of the physiological processes taking place.
          • ATP is an energy currency and donates a phosphoryl group during phosphorylation. This donation links the regulation of metabolism and the energy status of the cell together.
          • Phosphorylation can lead to highly amplified effects within the cell as a single activated kinase can phosphorylate many target protein in a short space of time. The activated proteins could also be enzymes, which can go onto catalyse further reactions. Therefore, the initial signal can be amplified exponentially throughout the cell through cascadeمنkinases in a short time period.
          • The donor molecule is Acetyl CoA.
          • A good example of acetylation is the acetylation of histone (proteins involved in the packaging of DNA into chromosomes).
          • Acetylated histones are linked with the active transcription of genes.
          • The covalent modification of histones is also linked covalent modification of enzymes as acetyltransferase and deacetylase enzymes are modified through phosphorylation.

          Proteolytic Cleavage

          • Enzymes can be activated by removing a signal peptide. This signal peptide can be a specific amino acid, such as methionine, or it can be a longer sequence made of several amino acids. Removal of this signal peptide converts the inactive protein into the active form.
          • There are many examples within the human body of this form of modification:
            • Enzymes involved in digestion are synthesised as zymogens – inactive precursors of the final active from of the enzyme. Zymogens are found within the Stomach and the Pancreas. The they only become active once outside the cell to prevent breakdown of the tissue. Examples of zymogens:
              • Stomach: Pepsinogen -> Pepsin
              • Pancreas: Trypsinogen -> Trypsin
              • Pancreas: Proelastase -> Elastase

              This is an Advert - we use these to keep SimpleMed free! If you see something you like, please click on it - it supports the site :)

              Long Term Regulation of Proteins

              Alter the Rate of Protein Synthesis

              • Enzyme production can be altered by changing the rate of transcription or translation, which will ultimately affect the number of enzymes synthesised.

              Change the Rate of Protein Degradation

              • The degradation of proteins happens through the ubiquitin-proteasome pathway, but we will not discuss this pathway in great detail. The pathway involves the protein firstly being modifiedto target it for breakdown then the action of proteasomes, which degradeالبروتينات through breaking the الببتيدbonds.

              Blood Clotting Cascade

              The blood clotting cascade is activated following injury to a blood vessel to prevent blood loss. Soluble proteins present within the plasma portion of blood act to form a fibrin clot via a cascade of enzyme التنشيط events.

              There are two initial pathways that lead to the formation of a fibrin clot and these are the intrinsic pathway و ال extrinsic pathway. Each pathway is series of reactions that involve a zymogen and it’s cofactor being activated, which can then catalyse the next reaction in the cascade and ultimately leading to the cross-linking of fibrin.

              Diagram - The two pathways of the blood clotting cascade

              SimpleMed original by Peter Parkinson

              Extrinsic Pathway

              Damage to the membrane exposes the extracellular domain of tissue factor (Factor III), which catalyses the activation of Factor VII. Activated Factor VII (Factor VIIa) then goes onto catalyse the activation of Factor X, which can go onto catalyse the conversion of prothrombin (Factor II) to thrombin (Factor IIa).

              Intrinsic Pathway

              Factor XII of the intrinsic pathway is activated through contact with an foreign surface and exposure to endothelial collagen. Activated Factor XIIa activates Factor XII, which onto activate Factor IX. Factor IXa along with Factor VIIIa activate Factor X, which can go onto catalyse the conversion of prothrombin إلى thrombin.

              Factor IX and X are targeted to the membrane through Gla domains, with Ca 2+ ions also play a role.

              This is an Advert - we use these to keep SimpleMed free! If you see something you like, please click on it - it supports the site :)

              Structure of Prothrombin

              • ال thrombinpart/protease function is found in the C-terminal domain of the structure of prothrombin.
              • يوجد two Kringle domains which keep the prothrombin in an inactive state.
              • ال Gla domains target the molecule to its appropriate sites for its activation.

              Once thrombin is produced, it stimulates the formation of activated Factor XII, VIII and V to lead to more thrombin being formed therefore continue the process of clotting.

              Diagram - The structure of prothrombin

              SimpleMed original by Peter Parkinson

              Function of Gla Residues

              أثناء ال post-translational modification of prothrombin, Factors VII, IX and X in the liver, there is the addition of carboxyl groups إلى glutamate residues found on proteins to form carboxyglutamate groups (Gla domains). This form of post-translational modification is dependent on Vitamin K, which can be affected when a patient is prescribed Warfarin. The Gla domains allow interaction between the area of damage and clotting factors therefore the formation of clot can occur.

              Ca 2+ ions (Factor IV) mediate the interaction between the Gla domains و ال phospholipid surfaces expressed by platelets. This means that only prothrombin next to area of damage will be activated, therefore the clots will be localised to the region of damage.

              Fibrinogen and the Formation of a Fibrin Clot

              Fibrinogen is made up of two sets of tripeptides (α, β and γ) that are joined through a disulphide bond في ال N-terminal end of each set. The N regions of α and β chains are very negatively charged إلى prevent aggregation and there are three globular domains present within the structure which are linked together through rods.

              Diagram: Shows the structure of fibrinogen

              Public Domain source by Jawahar Swaminathan and MSD staff at the European Bioinformatics Institute

              Fibrinogen has to be activated by thrombin to form a fibrin clot and there are a number of steps involved:

              1. Thrombin cleaves the two fibrinopeptides, A and B, from the central globular domain of fibrinogen.
              2. At the C terminus of the β and γ chains, the globular domains interact with the exposed sequences of the N terminals of the cleaved A and B fibrinopeptide chains to form a fibrin mesh (a clot).
              3. The clot is stabilised by amide bonds forming between the different monomers and this cross-linking reaction is catalysed by transglutaminase (activated by thrombin).

              Regulation of the Clotting Cascade

              • Localisation of prothrombin/thrombin – dilution of clotting factors by blood flow and by removal of the clotting factors by the liver.
              • Digestion of proteasesProtein C is activated by thrombin by interacting with thrombomodulin (endothelial receptor) and Protein C degrades Factor Va and VIIIa.
              • Specific inhibitorsAntithrombin IIIinhibits the coagulation cascade by neutralising the enzymatic activity of thrombin (Factors IIa), Ixa and Xa. Antithrombin IIII’s action is enhanced by the drug Heparin.

              Fibrinolysis

              Fibrinolysis is the enzymatic breakdown of a fibrin clot to prevent the clot from becoming too large in size and problematic. The enzyme involved in this process is plasmin and like the enzymes involved in the blood clotting cascade, plasmin is the activated form whereas plasminogen is the inactive form.

              Tissue plasminogen activator (t-PA) catalyses the conversion of plasminogen to plasmin and the enzyme is stored in endothelial cells lining the blood vessels.

              Another activator of the conversion of plasminogen to plasmin is streptokinase, and the enzyme is a medication that is part of the group fibrinolytics. The drug binds to plasminogen to form a complex then this complex can catalyse the conversion of unbound plasminogen to plasmin to cause fibrinolysis. The drug is used to break down clots in patients suffering from a myocardial infarction, a pulmonary embolism or an acute arterial thromboembolism. Streptokinase can only be given once as it is antigenic.

              Once plasminogen has been converted to plasmin, the activated enzyme causes the break down of fibrin to fibrin degradation products (FDPs), with one subtype being D-dimer. These FDPs can be used to diagnose certain conditions such as disseminated intravascular coagulation (DIC) where there is a raised FDP level.

              Diagram - The reaction of plasminogen to plasmin along with the activators involved


              Allosteric Library (AL)

              We have developed the Allosteric Library based on published allosteric enzyme inhibitors and modulators compounds. The Allosteric Library contains more than 1400 compounds. It has been built around more than 40 published allosteric enzyme inhibitors and modulators and we have built small focused libraries around these structures including several novel patentable structures.

              Recently, X-ray diffraction experiments with co-crystallized inhibitors like imatinib (inhibitor of Bcr-Abl) and BIRB-796 (inhibitor of p38 MAP kinase) proved allosteric-type binding mode or DFG-out binding for these drugs. Several published kinase inhibitors with allosteric binding mode are now known: imatinib for Bcr-Abl, BIRB-796 for p38, BMS-345541 for IKK, lapatinib for EGFR/Her2, nilotinib for imatinib-resistant Bcr-Abl and sorafenib for Raf. Allosteric inhibitors which block the enzyme in inactive conformation or inhibit kinase activation via protein-protein interaction inhibition have also been included in the library. For example, allosteric inhibitors which bind to MEK1 and prevent its activation or allosteric inhibtors which bind to Akt kinase and prevent it from being activated by PDK1.

              DFG-out binders have an elevated residence time on the target kinase, and are therefore ‘better’ drugs, since they can cope with physiochemical deficiencies. In addition to the DFG-out binders, there are other allosteric inhibitors known, such as other Erk1/2 inhibitors, other Bcr-Abl inhibitors (like GNF-1), some Akt inhibitors, PLK1 inhibitors, JAK2 inhibitors, JNK inhibitors, some allosteric multiple kinase inhibitors, Vichem’s PDGFR inhibitory HDL series and some tyrphostins developed earlier for Sugen. In total, the Allosteric Library has been built around more than 60 published reference compounds, and the library is continuously increasing and improving.

              Applying Vichem’s special ‘theoretical interactive surface’ pharmacophore modeling on pre-filtered ‘non-ATP-like’ kinase inhibitors, we were able to identify the main structural features needed for allosteric binding. Appropriate molecular shape, size and electronic properties in suitable positions can afford selective and high-affinity binding at allosteric binding sites of kinases. We have developed a series of allosteric inhibitor analogs around such proven allosteric-type core structures, which are available for testing. These structures have been tested and have been found to be active on several kinases in low micromolar or nanomolar concentrations.

              Type II inhibitors occupy the nucleotide pocket, extend into an adjacent ‘allosteric pocket’ and induce DFG-out configuration. Type III inhibitors exclusively bind to this ‘allosteric pocket’ and block kinase activity without displacing ATP. Type IV inhibitors bind to sites several Angstroms away from the nucleotide binding pocket. Kinase activation inhibitors bind to specific motifs on the kinase and inhibit activation or protein-protein interactions.

              For the determination of binding type we use Reporter Displacement Binding Assay (with Proteros) and environmental sensitive fluorophore assay for type II and III inhibitors.


              Nutrition and Nutritional Diseases

              Lewis Sherry M. , . Ullrey Duane E. , in The Laboratory Primate , 2005

              Manganese

              Manganese is necessary for enzyme activation , phosphate transferases and decarboxylases in particular ( Knapka وآخرون.، 1995 ). In general, deficiency causes poor reproductive success, poor growth, and leg deformities however the only changes reported in nonhuman primates were altered behavioral development, with manganese-deficient infant rhesus monkeys showing an abnormal increase in clasping and clinging responses in conjunction with a decreased righting response ( Riopelle and Hubbard, 1977 ). Experimental manganese toxicity in nonhuman primates resulted in similar neurologic signs ( Pentshew وآخرون.، 1963 ). High concentrations of dietary iron can reduce manganese stores ( Hurley وآخرون.، 1983 ).


              Everyday Connection


              Drug Discovery by Looking for Inhibitors of Key Enzymes in Specific Pathways Enzymes are key components of metabolic pathways. Understanding how enzymes work and how they can be regulated is a key principle behind developing many pharmaceutical drugs ((Figure)) on the market today. Biologists working in this field collaborate with other scientists, usually chemists, to design drugs.

              Consider statins for example—which is a class of drugs that reduces cholesterol levels. These compounds are essentially inhibitors of the enzyme HMG-CoA reductase. HMG-CoA reductase is the enzyme that synthesizes cholesterol from lipids in the body. By inhibiting this enzyme, the drug reduces cholesterol levels synthesized in the body. Similarly, acetaminophen, popularly marketed under the brand name Tylenol, is an inhibitor of the enzyme cyclooxygenase. While it is effective in providing relief from fever and inflammation (pain), scientists still do not completely understand its mechanism of action.

              How are drugs developed? One of the first challenges in drug development is identifying the specific molecule that the drug is intended to target. In the case of statins, HMG-CoA reductase is the drug target. Researchers identify targets through painstaking research in the laboratory. Identifying the target alone is not sufficient. Scientists also need to know how the target acts inside the cell and which reactions go awry in the case of disease. Once researchers identify the target and the pathway, then the actual drug design process begins. During this stage, chemists and biologists work together to design and synthesize molecules that can either block or activate a particular reaction. However, this is only the beginning: both if and when a drug prototype is successful in performing its function, then it must undergo many tests from في المختبر experiments to clinical trials before it can obtain FDA approval to be on the market.

              Many enzymes don’t work optimally, or even at all, unless bound to other specific non-protein helper molecules, either temporarily through ionic or hydrogen bonds or permanently through stronger covalent bonds. Two types of helper molecules are cofactors and coenzymes . Binding to these molecules promotes optimal conformation and function for their respective enzymes. Cofactors are inorganic ions such as iron (Fe++) and magnesium (Mg++). One example of an enzyme that requires a metal ion as a cofactor is the enzyme that builds DNA molecules, DNA polymerase, which requires a bound zinc ion (Zn++) to function. Coenzymes are organic helper molecules, with a basic atomic structure comprised of carbon and hydrogen, which are required for enzyme action. The most common sources of coenzymes are dietary vitamins ((Figure)). Some vitamins are precursors to coenzymes and others act directly as coenzymes. Vitamin C is a coenzyme for multiple enzymes that take part in building the important connective tissue component, collagen. An important step in breaking down glucose to yield energy is catalysis by a multi-enzyme complex scientists call pyruvate dehydrogenase. Pyruvate dehydrogenase is a complex of several enzymes that actually requires one cofactor (a magnesium ion) and five different organic coenzymes to catalyze its specific chemical reaction. Therefore, enzyme function is, in part, regulated by an abundance of various cofactors and coenzymes, which the diets of most organisms supply.


              Enzyme Compartmentalization

              In eukaryotic cells, molecules such as enzymes are usually compartmentalized into different organelles. This allows for yet another level of regulation of enzyme activity. Enzymes required only for certain cellular processes are sometimes housed separately along with their substrates, allowing for more efficient chemical reactions. Examples of this sort of enzyme regulation based on location and proximity include the enzymes involved in the latter stages of cellular respiration, which take place exclusively in the mitochondria, and the enzymes involved in digesting cellular debris and foreign materials, located within lysosomes.

              Feedback Inhibition in Metabolic Pathways

              Molecules can regulate enzyme function in many ways. However, a major question remains: What are these molecules and from where do they come? Some are cofactors and coenzymes, ions, and organic molecules, as you have learned. What other molecules in the cell provide enzymatic regulation, such as allosteric modulation, and competitive and noncompetitive inhibition? The answer is that a wide variety of molecules can perform these roles. Some include pharmaceutical and non-pharmaceutical drugs, toxins, and poisons from the environment. Perhaps the most relevant sources of enzyme regulatory molecules, with respect to cellular metabolism, are cellular metabolic reaction products themselves. In a most efficient and elegant way, cells have evolved to use their own reactions’ products for feedback inhibition of enzyme activity. Feedback inhibition involves using a reaction product to regulate its own further production ((Figure)). The cell responds to the abundance of specific products by slowing down production during anabolic or catabolic reactions. Such reaction products may inhibit the enzymes that catalyzed their production through the mechanisms that we described above.


              Producing both amino acids and nucleotides is controlled through feedback inhibition. Additionally, ATP is an allosteric regulator of some of the enzymes involved in sugar’s catabolic breakdown, the process that produces ATP. In this way, when ATP is abundant, the cell can prevent its further production. Remember that ATP is an unstable molecule that can spontaneously dissociate into ADP. If too much ATP were present in a cell, much of it would go to waste. Alternatively, ADP serves as a positive allosteric regulator (an allosteric activator) for some of the same enzymes that ATP inhibits. Thus, when relative ATP levels are high compared to ATP, the cell is triggered to produce more ATP through sugar catabolism.


              Author information

              These authors contributed equally: Zongyang Lv, Lingmin Yuan.

              الانتماءات

              Department of Biochemistry & Molecular Biology and Hollings Cancer Center, Medical University of South Carolina, Charleston, 29425, SC, USA

              Zongyang Lv, Lingmin Yuan, James H. Atkison, Katelyn M. Williams, Christopher Davies & Shaun K. Olsen

              Department of Molecular Medicine, Beckman Research Institute of City of Hope, Duarte, 91010, CA, USA

              Conrad Prebys Center for Chemical Genomics, Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute at Lake Nona, Orlando, 32827, FL, USA


              شاهد الفيديو: كيفية تأثير المثبطات الانزيمية على النشاط الانزيمي الجزء 2 (أغسطس 2022).