ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10. Στρατηγικές ρύθμισης

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10. Στρατηγικές ρύθμισης"

Κύμα Καρράς
5 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10. Στρατηγικές ρύθμισης Oι μεταβολικές πορείες, όπως και η κυκλοφοριακή κίνηση ρυθμίζονται από σήματα. Η CTP, το τελικό προϊόν μιας πορείας πολλών βημάτων, ελέγχει τη ροή των αντιδράσεων σύνθεσής της αναστέλλοντας το καθοριστικό βήμα που καταλύεται από την ασπαραγινική τρανσκαρβαμοϋλάση (ATKάση).

2 ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ 10.1 H ασπαραγινική τρανσκαρβαμοϋλάση αναστέλλεται αλλοστερικά από το τελικό προϊόν της πορείας της 10.2 Tα ισοένζυμα παρέχουν έναν ειδικό τρόπο ρύθμισης σε ξεχωριστούς ιστούς 3 και αναπτυξιακά στάδια 10.3 H ομοιοπολική τροποποίηση είναι ένα μέσο ρύθμισης της ενζυμικής δραστικότητας 10.4 Πολλά ένζυμα ενεργοποιούνται από ειδική πρωτεολυτική διάσπαση αλλοστερικο

3 Η ενζυμική δραστικότητα μπορεί να ρυθμίζεται με πέντε κύριους τρόπους: Αλλοστερικός έλεγχος. Οι αλλοστερικές πρωτεΐνες περιέχουν ξεχωριστές ρυθμιστικές θέσεις και πολλαπλές λειτουργικές θέσεις. Η πρόσδεση μικρών σηματοδοτικών μορίων σε θέσεις ρύθμισης ελέγχει τη δραστικότητα αυτών των πρωτεϊνών. Οι αλλοστερικές πρωτεΐνες έχουν την ιδιότητα της συνεργειακότητας: η δραστικότητα σε μια λειτουργική θέση επηρεάζει τη δραστικότητα σε άλλες. Οι αλλοστερικές πρωτεΐνες είναι μεταγωγοί πληροφοριών: η δραστικότητά τους μπορεί να τροποποιηθεί ως απόκριση στα σηματοδοτικά μόρια. ΑΤΚαση

4 10.1 Η ασπαραγινική τρανσκαρβαμοϋλάση αναστέλλεται αλλοστερικά από το τελικό προϊόν της πορείας της που συμμετέχει Η ασπαραγινική τρανσκαρβαμοϋλάση καταλύει το καθοριστικό βήμα, τη συμπύκνωση του ασπαραγινικού και του καρβαμοϋλοφωσφορικού για να σχηματιστεί το Ν-καρβαμοϋλο-ασπαραγινικό, κατά τη σύνθεση των πυριμιδινών. Ανατροφοδ. αναστολη

5 Η αναστολή της ΑΤΚάσης από CTP είναι ένα παράδειγμα ανατροφοδοτικής αναστολής, της αναστολής ενός ενζύμου από το τελικό προϊόν της πορείας. Η ανατροφοδοτική αναστολή από τη CTP εγγυάται ότι το Ν- καρβαμοϋλο-ασπαραγινικό και τα επακόλουθα ενδιάμεσα στην πορεία δεν σχηματίζονται άσκοπα όταν είναι άφθονες οι πυριμιδίνες Δομικα ανομοια

6 Η CTP, το τελικό προϊόν της πορείας σύνθεσης πυριμιδινών, αναστέλλει την Ασπαραγινική τρανσκαρβαμοϋλάση, παρά το γεγονός ότι δεν έχει δομική ομοιότητα με τα υποστρώματα. Η CTP συνδέεται σε μια θέση ξεχωριστή από το ενεργό κέντρο όπου προσδένεται το υπόστρωμα. Τέτοιες θέσεις ονομάζονται αλλοστερικές (άλ-λος + στερεός) ή ρυθμιστικές θέσεις. Michaelis-Menten

7 Ένζυμα που ρυθμίζονται αλλοστερικά δεν ακολουθούν τη τυπική κινητική Michaelis-Menten Η ΑΤΚάση εμφανίζει σιγμοειδή κινητική σχηματισμού προϊόντος σε συνάρτηση με τη συγκέντρωση υποστρώματος διότι η πρόσδεση του υποστρώματος σε ένα ενεργό κέντρο αυξάνει τη δραστικότητα στα άλλα ενεργά κέντρα. Έτσι, το ένζυμο εμφανίζει συνεργειακότητα. H κατανόηση της σιγμοειδούς ενζυμικής κινητικής και της αναστολής από CTP, απαιτεί την εξέταση της δομής R Τ

8 Η ασπαραγινική τρανσκαρβαμοϋλάση ισορροπεί μεταξύ δύο καταστάσεων: R (Relaxed, active) και T (tensed, inactive). Η συγκέντρωση του ενζύμου στην κατάσταση T είναι περίπου 200 φορές μεγαλύτερη απ ό,τι στην R. Η συνεργειακή πρόσδεση των υποστρωμάτων μετατοπίζουν την μετάβαση στην R μορφή (ενεργός = κατάλυση) ενόσο η η συγκέντρωση CTP (του τελικού προιόντος της συνολικής πορείας) είναι ακόμη χαμηλή. R Τ CTP

9 Oι αλλοστερικοί ρυθμιστές αλλάζουν την ισορροπία της μετάβασης από την T στην R μορφή Η πρόσδεση της CTP, όταν βρίσκεται σε υψηλή συγκέντρωση, στη ρυθμιστική υπομονάδα της ασπαραγινικής τρανσκαρβαμοϋλάσης σταθεροποιεί την κατάσταση T. ισοενζυμα

10 10.2 Τα ισοένζυμα παρέχουν έναν ειδικό τρόπο ρύθμισης σε ξεχωριστούς ιστούς και αναπτυξιακά στάδια Πολλαπλές μορφές ενζύμων. Τα ισοένζυμα είναι ομόλογα ένζυμα ενός οργανισμού τα οποία καταλύουν την ίδια αντίδραση, αλλά διαφέρουν ελαφρώς στη δομή και πιο πολύ στις τιμές K M προκειμένου να ανταποκριθούν στις ειδικές φυσιολογικές ανάγκες στον συγκεκριμένο ιστό σε συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Η4 Μ4

11 Το παράδειγμα της γαλακτικής αφυδρογονάσης (LDH), ενός ενζύμου το οποίο καταλύει ένα βήμα στον αναερόβιο μεταβολισμό. Πυροσταφυλικό + ΝADH Γαλακτικό + NAD + + Η + Δύο ισοενζυμικές πολυπεπτιδικές αλυσίδες για το ένζυμο (κατά 75% ίδιες). Το ισοένζυμο Η4 εκφράζεται πολύ στο μυοκάρδιο, και το ισοένζυμο Μ4 στους γραμμωτούς μυς. Η4 Μ4 +/- Ο2

12 Πυροσταφυλικό + ΝADH Γαλακτικό + NAD + + Η + Το ισοένζυμο Η4, που βρέθηκε στην καρδιά, έχει μεγαλύτερη συγγένεια προς τα υποστρώματα από ό,τι έχει το ισοένζυμο Μ4. Το ισοένζυμο Μ4 έχει τη βέλτιστη λειτουργία του στο αναερόβιο περιβάλλον των έντονα συσπώμενων σκελετικών μυών, ενώ το ισοένζυμο Η4 λειτουργεί βέλτιστα στο αερόβιο περιβάλλον του μυοκαρδίου. Όλα ουσιαστικά τα ένζυμα που θα συναντήσουμε σε κατοπινά κεφάλαια υπάρχουν σε ισοενζυμικές μορφές. διαγνωση

13 Η εμφάνιση μερικών ισοενζύμων στο αίμα είναι σημάδι καταστροφής ιστού, και είναι χρήσιμη για κλινική διάγνωση. Αύξηση στα επίπεδα του Η4 στον ορό είναι ένδειξη για έμφραγμα του μυοκαρδίου, όπου ή καρδιακή προσβολή, έχει καταστρέψει μυϊκά κύτταρα της καρδιάς, οδηγώντας στην απελευθέρωση κυτταρικών ουσιών. κινασες

14 10.3 H Αντιστρεπτή ομοιοπολική τροποποίηση είναι ένα μέσο ρύθμισης της ενζυμικής δραστικότητας. Οι καταλυτικές ιδιότητες πολλών ενζύμων μεταβάλλονται αξιοσημείωτα από την ομοιοπολική πρόσδεση μιας τροποποιητικής ομάδας, συνήθως μιας φωσφορικής ομάδας. Στις αντιδράσεις αυτές, οι οποίες καταλύονται από τις πρωτεϊνικές κινάσες, η ΑΤΡ λειτουργεί ως δότης φωσφορικής ομάδας. Η αφαίρεση των φωσφορικών ομάδων με υδρόλυση καταλύεται από τις πρωτεϊνικές φωσφατάσες, που επαναφέρουν την τροποποιημένη πρωτείνη στην αρχική της μορφή. Άλλος τρόπος είναι η προσκόλληση και αφαίρεση ακετυλομάδων σε κατάλοιπα λυσίνης από ακετυλομεταφοράσες και αποακετυλάσες αντίστοιχα. Κλπ κλπ πχ

15 30% +Ρ

16 30% των ευκαρυωτικών πρωτεϊνών φωσφορυλιώνονται από ένζυμα που ονομάζονται πρωτεϊνικές κινάσες (>500 ομόλογες κινάσες στον άνθρωπο). Ακριβής ρύθμιση στον κάθε ιστό, τον χρόνο και το υπόστρωμα. Εξειδικευση κινασων

17 Οι πρωτεϊνικές κινάσες ποικίλλουν στον βαθμό της εξειδίκευσης. Οι εξειδικευμένες πρωτεϊνικές κινάσες φωσφορυλιώνουν μια μοναδική πρωτεΐνη ή αρκετές που έχουν στενή σχέση. Οι πολυλειτουργικές πρωτεϊνικές κινάσες τροποποιούν πολλούς διαφορετικούς στόχους. Μια πολυλειτουργική κινάση αναγνωρίζει συγγενικές αλληλουχίες. Πχ η πρωτεϊνική κινάση Α αναγνωρίζει την αλληλουχία Arg-Arg-X-Ser/Thr-Z, όπου Χ ένα μικρό, και Z ένα μεγάλο υδρόφοβο αμινοξύ. Πρωταρχικός καθοριστής της εξειδίκευσης είναι η αλληλουχία των αμινοξέων που περιστοιχίζουν τη θέση φωσφορυλίωσης της σερίνης ή της θρεονίνης. φωσφατασες

18 Οι πρωτεϊνικές φωσφατάσες αντιστρέφουν τα αποτελέσματα των κινασών καταλύοντας την αφαίρεση των φωσφορικών ομάδων που είναι προσκολλημένες στις πρωτεΐνες. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η φωσφορυλίωση και η αποφωσφορυλίωση δεν είναι αντιστρεπτές αντιδράσεις!!! Ρ- ρυθμιση

19 H φωσφορυλίωση είναι ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό μέσο ρύθμισης της δραστικότητας των πρωτεϊνών-στόχων Η φωσφορική ομάδα προσθέτει δύο αρνητικά φορτία σε μια τροποποιημένη πρωτεΐνη, που μπορεί να επιτρέψουν τον σχηματισμό νέων ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων. Η φωσφορική ομάδα μπορεί να σχηματίσει τρεις ή περισσότερους δεσμούς Υδρογόνου επιτρέποντας ειδικές αλληλεπιδράσεις με δότες δεσμών υδρογόνου. Τέτοιες δομικές αλλαγές μπορούν να μεταβάλουν σημαντικά την πρόσδεση του υποστρώματος και την καταλυτική δραστικότητα Η φωσφορυλίωση και η αποφωσφορυλίωση μπορούν να συμβούν <1 Sec και μπορούν να προσαρμοστούν στις χρονικές απαιτήσεις μιας φυσιολογικής διεργασίας. Κυκλ. ΑΜΡ

20 Η κυκλική AMP ενεργοποιεί την πρωτεϊνική κινάση A μεταβάλλοντας την τεταρτοταγή δομή της (αλλοστερική ρύθμιση) Πρωτεόλυση

21 4. Πρωτεολυτική ενεργοποίηση. Πολλά ένζυμα ενεργοποιούνται με υδρόλυση μερικών ανενεργών πεπτιδίων-προδρόμων που ονομάζονται ζυμογόνα ή προένζυμα. Αυτός ο ρυθμιστικός μηχανισμός παράγει ένζυμα της πέψης, όπως είναι η χυμοθρυψίνη, η θρυψίνη και η πεψίνη. Η πήξη του αίματος οφείλεται σε έναν σημαντικό καταρράκτη ενεργοποιήσεων ζυμογόνων. Τα ενεργά ένζυμα της πήξης και της πέψης απενεργοποιούνται από τη μη αντιστρεπτή πρόσδεση ανασταλτικών πρωτεϊνών. Χυμοθρυψίνη

22 Στερεοδιατάξεις χυμοθρυψινογόνου και χυμοθρυψίνης. Η ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση μεταξύ της ισολευκίνης 16 και του ασπαραγινικού 194, που είναι ουσιώδης για τη δομή της ενεργού χυμοθρυψίνης, είναι δυνατή μόνο μετά τη διάσπαση του μορίου. Ποσοτης

23 5. Έλεγχος της ποσότητας του ενζύμου. Η ενζυμική δραστικότητα μπορεί επίσης να ρυθμιστεί με την προσαρμογή της ποσότητας του ενζύμου που είναι παρούσα. Αυτός ο σημαντικός τρόπος ρύθμισης συνήθως λαμβάνει χώρα στο επίπεδο της μεταγραφής. Θα εξετάσουμε τον έλεγχο της μεταγραφής των γονιδίων στα Κεφάλαια 29, 30 και 31.

Σχετικά έγγραφα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ο ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΕΣ ΚΑΤΑΛΥΣΗΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ο ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΕΣ ΚΑΤΑΛΥΣΗΣ Είδαμε τους μηχανισμούς με τους οποίους καταλύονται οι χημικές/βιολογικές αντιδράσεις (θα επανέλθουμε αν έχουμε χρόνο) Θα εξετάσουμε δύο παραδείγματα ενζύμων και του