KOENCIMI IN VITAMINI REGULACIJA ENCIMSKE AKTIVNOSTI KOENCIMI

Transcript

1 REGULAIJA EIMSKE AKTIVSTI Regulacija na genetskem nivoju ormoni Prisotnost koencimov in esencialnih kovinskih ionov Kovalentne modifikacije Izoencimi Proteolitska aktivacija Alosterične interakcije KEIMI Koencimi: snovi, ki sodelujejo v encimsko kataliziranih reakcijah skupaj z encimi ujni, vendar se kemijsko ne spremenijo Mehanizem delovanja: Prosti mobilni prenašalci e - ali funkcionalnih skupin Vezani kovalentno v zgradbo encima (prostetična skupina) sprejemajo in oddajajo e - ali skupine KEIMI I VITAMII Mnogi vitamini so koencimi ali sestavni deli koencimov (prekurzorji) Vitamine in koencime delimo na: "topne v vodi "topne v maščobah" Vitamini topni maščobah (lipofilni) : A, D, E, K Vitamini topni v vodi (hidrofilni): B, Veliko koencimov vsebuje AMP

2 VRSTE KEIMV (I) Koencimi oksido-reduktaz: AD +, ADP +, FAD, FM, lipoat, vitamin (askorbat), oq (ubikinon), itd. Koencimi, prenašalci 1 -enot: SAM (S-adenozil-metionin), karboksi-biotin, folat (tetrahidrofolat, dihidrofolat) Koencimi, prenašalci acilnih ostankov: oa, karnitin Koencimi, prenašalci glikozilnih ostankov UDP, GDP, MP VRSTE KEIMV (II) Koencim za prenos sulfata: PAPS (fosfoadenozin-fosfosulfat) Koencimi, prenašalci amino skupine: Piridoksin, Piridoksal-fosfat Koencimi, prenašalci fosfatne skupine: ATP (tudi GTP) Drugi koencimi (različne funkcije) Tiamin-pirofosfat (TPP), B 12 (kobalamin), itd. KEIMI KSID-REDUKTAZ - AD + (nikotinamid adenin dinukleotid) - ADP + (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat) - FAD (flavin adenin dinukleotid) - FM (flavin mononukleotid) - lipoat - vitamin (askorbat) - oq (koencim Q, ubikinon), itd.

3 AD + in ADP + Piridinska nukleotida, prenašata 2 elektrona in en proton Prenašata hidridni anion ( - ) od substrata do substrata AD + in ADP + sta prosta in mobilna P P hidridni ion + + AD + AD oksidirana oblika reducirana oblika ikotinamid (niacin) 2 ADP + ima tukaj vezan P! VLGA AD + in ADP + Različna vloga vezani so na različne encime: 1) AD + posrednik e - v katabolizmu 2) ADP + posrednik e - v anabolizmu ADP + + = reduktivna moč FAD I FM Izoaloksazin (flavin) Ribitol Riboflavin (vitamin B2) FM FAD 2 P P 2 2 AMP

4 FAD I FM Prenašata dva elektrona in dva protona FAD in FM sta trdno vezana na encime e e R R R FAD (rumen) FAD + semikinon (rdeč ali moder) FAD 2 (brezbarven) LIPIČA KILSIA (LIPAT) kovalentno vezana na lizin v encimu je univerzalni antioksidant, obnavlja aktivno obliko vitamina ksidirana oblika 2 + 2e - Reducirana oblika S S 2 + 2e - S S Lipoat Lizin Lipoamid VITAMI (ASKRBISKA KISLIA, ASKRBAT) Sintetizira jo večina rastlin in živali zanje ni vitamin Vitamin je močan reducent Deluje kot prenašalec elektronov Askorbat Dehidroaskorbat

5 VITAMI - FUKIJA idroksilacija prolina in lizina (v kolagenu) Metabolizem tirozina (Tyr) v možganih Mobilizacija Fe iz vranice Zmanjša toksični vpliv nekaterih težkih kovin Pomaga pri alergijskih reakcijah Stimulira imunski sistem i mogoče predozirati - se izloča KEIM Q (UBIKI) ajmanjši in najbolj hidrofoben prenašalec elektronov Del elektronske transportne verige na notranji membrani mitohondrija in v kloroplastih + + e e R R R Ubikinon (oq) Semikinonski intermediat (Q. ) Ubikinol (Q 2 ) KEIMI PREAŠALI 1 -ET SAM (S-adenozil-metionin) Metilacija (prenos 3 ) Karboksi-biotin Karboksilacija (prenos ) Folat (tetrahidrofolat, dihidrofolat) Prenos več različnih 1-enot (napr., - 2 -, itd.)

6 BLIKE 1-SKUPI V BILŠKI SISTEMI R E D U K I J A - 3 Metilna Metilenska idroksimetilenska Karbonilna (okso) Karboksilna 2 K S I D A I J A S-ADEZILMETII (SAM) S metionin + ATP Pi + Pii S + S-adenozilmetionin (SAM) 2 2 Akceptor metilne skupine: Aminokislinski ostanki proteinov ukleotidne baze v DA t-ra oradrenalin Metilirani produkt: metilirane AK v proteinih (Lys, Arg, Asp, Glu) -metiladenin, -metilcitozin metilirane baze v t-ra adrenalin Mobilni prenašalec karboksilne skupine - : nastane -karboksibiotin BITI Kovalentno vezan na lizin Biotinski obroč vezan na encim z dolgo fleksibilno verigo

7 TETRADRFLAT (F 4 ) pteridinski derivat p-aminobenzojska kislina glutamat Skupine z enim -atomom, ki jih prenaša FT 4 : - 3 (metilna) prenos na (metilenska) prenos na 5, 10 -= (formilna) prenos na 10 Folati so donorji 1- enot vseh oksidacijskih stopenj ogljika, razen za 2 KEIMI PREAŠALI AILI STAKV oa (koencim A) aktivacija maščobnih kislin! Karnitin prenos mašč.kislin v mitohondrij oa (oas) KEIM A Funkcije: Aktivacija acilnih skupin za transfer z nukleofilnim napadom (potreben ATP!) Prenaša acilne ostanke (napr. Ac-SoA, palmitoil-soa, itd.) oa Panteinska skupina (vitamin B 3 ) S P 3 3 P 2 ADEZI

8 KARITI oa S oas 2 2 KEIMI PREAŠALI GLIKZILI STAKV UDP UDP-Glc, UDP-Gal, UDP-GlcAc, itd. GDP GDP-Man, GDP-Fuc MP MP-AA KEIMI ZA PRES SULFATA PAPS (fosfoadenozin-fosfosulfat)= aktivni sulfat S P ADEI P

9 KEIMI ZA PRES AMI SKUPIE Piridoksin in piridoksal-fosfat (vitamin B6) Sodelujeta pri pretvorbah aminokislin Sodelujeta v reakcijah: - transaminacije - dekarboksilacije - eliminacije - racemizacije PIRIDKSALFSFAT - TRASAMIAIJA Glu Encim + Pirodoksal-P Asp α-ketoglutarat Encim + Piridoksamin-P ksaloacetat KEIMI ZA PRES FSFATE SKUPIE ATP (tudi GTP) bravnava pozneje!

10 STALI KEIMI Tiamin-pirofosfat (TPP, vitamin B 1 ) vitamin B 12 (kobalamin), itd. TIAMI PIRFSFAT (TPP) - VITAMI B 1 Tiamin-PP je aktivna oblika TPP sodeluje pri metabolizmu ogljikovih hidratov Katalizira prenose aldehidnih in karbonilnih skupin Tiazolni obroč KBALAMI - VITAMI B 12 Katalizira: Intramolekularna premeščanja Redukcija ribonukleotidov do deoksiribonukleotidov Prenos metilne skupine

11 RETIL (VITAMI A) Retinol se pretvarja v retinal v očesni retini in se veže na opsin rodopsin-za svetlobo občutljivi pigmentni protein v palčkah in čepkih Vitamin A vpliva na rast in diferenciacijo tkiv 2 retinol 11-cis-retinal Vezava na opsin VITAMI D olekalciferol: nastaja v koži iz 7-dehidroholesterola (UV-svetloba) V krvi: 25-hidroksivitamin D (najaktivnejša oblika) Regulira homeostazo kalcija Sodeluje v uravnavanju homeostaze fosfatov olekalciferol 2 VITAMI E (α-tkferl) učinkovit antioksidant preprečuje oksidacijo membranskih lipidov n 3 3

12 VITAMI K Bistven za strjevanje krvi 3n n vitamin K 1 (filokinon) vitamin K 2 (menakinon) REGULATRI EIMI E1 E2 E3 A B D - številni metabolni procesi potekajo v zaporednih encimsko kataliziranih reakcijah - vsaj eden od encimov v tej verigi je regulatoren in določa hitrost celega procesa Vplivi na regulatorne encime: 1. Končni produkt v zaporedju 2. Začetni substrat v zaporedju 3. Intermediat v zaporedju 4. Znanji faktor (hormon) 5. Vse našteto Metabolna Glavni regulatorni encim: E1. integracija ALSTERIČI EIMI Regulatorni encimi, delovanje katerih je regulirano preko reverzibilne, nekovalentne vezave na malo signalno molekulo EFEKTR. Efektor: 1. Pozitiven (stimulira delovanje encima) 2. egativen (zavira delovanje encima) Efektor = substrat homotropna alosterična interakcija. Efektor = substrat heterotropna alosterična interakcija.

13 LASTSTI ALSTERIČI EIMV -ne sledijo Michaelis-Mentenovi kinetiki (sigmoidne, ne hiperbolične krivulje) -imajo kompleksnejšo strukturo (več podenot) -razen katalitičnega, imajo še regulatorno mesto za vezavo efektorja VEZAVA I KATALIZA A EEM MESTU VPLIVA A VEZAV I KATALIZ A DRUGEM MESTU! KIETIČE LASTSTI ALSTERIČI EIMV iperbolična kinetika (ni kooperativnosti) v 0 Sigmoidna kinetika Podenote + kooperativnost izka aktivnost Visoka aktivnost KIETIČE LASTSTI ALSTERIČI EIMV Pozitivni efektor V max egativni efektor [S] 0.5 [S] 0.5 [S] 0.5

14 KPERATIVI MDELI I ALSTERIJA MW-MDEL MW: Monod, Wyman, hangeux: alosterični proteini so lahko v dveh stanjih: R (relaksirano, relaxed ) in T (napeto, tension ) V MW modelu so vse podenote hkrati v istem stanju T-stanje prevladuje, če ni substrata (S) S se veže veliko bolj na R kot na T-obliko encima MW-MDEL Vse podenote so v stanju R Vezava liganda na podenote v stanju T sproži spremembo vseh ostalih podenot v stanje R (Princip vse ali nič ) KF-MDEL KF-model (Koshland, emethy in Filmer) : podenote so lahko hkrati v različnih stanjih (visoko-afinitetnem in nizkoafinitetnem) Vezava liganda povzroči konformacijsko spremembo v eni podenoti vpliv na sosednje podenote

15 KF-MDEL Podenote se zaporedno spreminjajo v stanje R Vezava liganda na podenote v stanju T sproži spremembo te in sosednje podenote v stanje R ELIČA REGULAIJA EIMSKE AKTIVSTI Kovalentna modifikacija regulatornih encimov Aktivacija s proteolizo Regulacija z izoencimi KVALETA MDIFIKAIJA REGULATRI EIMV Encimsko vodene reverzibilne, kovalentne modifikacije specifičnih aminokislinskih ostankov v encimu, npr.: -fosforilacija skupin v Ser, Thr in Tyr -vezava AMP na skupine -redukcija disulfidnih vezi v ys -metilacije

16 GLIKGESKA FSFRILAZA (primer alosterične in kovalentne modifikacije) GF cepi glukozne enote z nereducirajočega konca glikogena Reakcija: fosforiliza Mišična GF je homodimer, vsaka podenota ima kovalentno vezan PLP (piridoksal-fosfat) Med podenotama mesto za vezavo alosteričnih efektorjev Kovalentna kontrola SEMA REGULAIJE GF Fosforilaza b eaktivna (T-oblika) ATP, Kinaza fosforilaze Fosfoproteinska fosfataza Glc-6-P Glukoza Kofein ekovalentna kontrola Fosforilaza a Aktivna Glukoza Kofein Fosforilaza b Aktivna (R-oblika) Fosforilaza a Aktivna (R-oblika) Adenilil ciklaza (eaktivna) ATP KVALETA AKTIVAIJA GLIKGESKE FSFRILAZE ormon 1 x Adenilil ciklaza (Aktivna) x c-amp c-amp-odvisna Proteinska kinaza (ektivna) c-amp-odvisna Proteinska kinaza (Aktivna) x x x 1000 ATP Kinaza fosforilaze (ektivna) 2 ATP GF b (ektivna) ADP Kinaza fosforilaze (Aktivna) 2 ADP GF a (Aktivna)

17 IKLIČI AMP (c-amp) Adenilat ciklaza ATP -AMP REGULAIJA S PRTELIZ Določeni proteini se sintetizirajo v neaktivni obliki - ZIMGEI. Proteolitska razgradnja zimogena vodi v nastanek aktivne oblike encima. Pomen pri: - aktivaciji prebavnih encimov - strjevanju krvi - aktivaciji nekaterih hormonov (insulin) AKTIVAIJA KIMTRIPSIGEA S PRTELIZ KIMTRIPSIGE (neaktiven) Tripsin π-kimtripsi (aktiven) Arg Ile Kimotripsin Ser(14)-Arg(15) in Thr(147)-Asn(148) α-kimtripsi (aktiven) Leu Ile Tyr Ala

18 REGULAIJA Z IZEIMI Izoencimi (izocimi) encimi, ki obstajajo v različnih molekularnih oblikah. Katalizirajo iste reakcije, vendar imajo različne K m in V max mogočajo potek različnih metabolnih procesov v različnih organih. Primer: laktat-dehidrogenaza različna ekspresija izoencimov v različnih tkivih. AD + AD laktat AD + AD + + piruvat LAKTAT-DEIDRGEAZA 5 izomer laktat-dehidrogenaze M-oblika Jetra Mišica Afiniteta do piruvata Levkociti Možgani Eritrociti Ledvice -oblika Srce Afiniteta do laktata RIBIMI Katalitične molekule RA (odkrite 1981.) Primeri: 1. Ribonukleaza P Katalizira pretvorbo neaktivnih oblik tra v aktivne oblike Zgradba: proteinski del ( Da) nukleotidov dolga RA RA lahko deluje samostojno! 2. Ribocimi, ki izrezujejo introne RA v procesu translacije sama izrezuje nekodirajoče sekvence (introne) nastane L-19 IVS RA, ki lahko cepi različne vezi drugih DA in RA molekul, ter proteinov