και χρειάζεται μέσα στο ρύθμιση εναρμόνιση των διαφόρων ενζυμικών δραστηριοτήτων. ενζύμων κύτταρο τρόπους

Transcript

1

2 Για να εξασφαλιστεί η σωστή και αρμονική έκφραση των ενζύμων μέσα στο κύτταρο χρειάζεται ρύθμιση εναρμόνιση των διαφόρων ενζυμικών δραστηριοτήτων. και Η εναρμόνιση αυτή επιτυγχάνεται με διάφορους τρόπους

3 Μεταξύ των τρόπων που χρησιμοποιούνται για την εναρμόνιση των ενζύμων περιλαμβάνονται και οι παρακάτω: 1. Μέσω της αρχιτεκτονικής οργάνωσης του κυττάρου σε διάφορα οργανίδια όπως είναι ο πυρήνας, τα μιτοχόνδρια και τα λυσοσώματα. 2. Με την οργάνωση ορισμένων πολύπλοκων αντιδράσεων σε πολυενζυμικά συστήματα. 3. Με τη σύνθεση προενζύμων ανενεργών των οποίων η ενεργοποίηση σε ενεργά ένζυμα ρυθμίζεται τοπικά και χρονικά. 4. Με την ύπαρξη ορισμένων ενζύμων σε ενεργό και ανενεργό μορφή. Η μετατροπή της μιας μορφής στην άλλη εξαρτάται από τις συνθήκες που επικρατούν στο κύτταρο ή από εξωκυτταρικά ερεθίσματα. 5. Με την ύπαρξη αλλοστερικών ενζύμων που αποτελούν κλειδιά σε πολλούς μεταβολικούς δρόμους μα και υφίστανται ρυθμιστικές αλλοστερικές δράσεις από διάφορα μικρά μόρια. 6. Με την ύπαρξη ορισμένων ενζύμων σε πολλές μορφές (ισοένζυμα) τα οποία ως γνωστόν καταλύουν την ίδια αντίδραση αλλά διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τις κινητικές ιδιότητες.

4 Κατά τη ρύθμιση της λειτουργίας στα ζωντανά κύτταρα ο ενζυμικός έλεγχος γίνεται σε δύο επίπεδα: Α. Μεταβάλλοντας τη συγκέντρωση του ενζύμου μέσω ρύθμισης της σύνθεσης και αποικοδόμησης της ενζυμικής πρωτεΐνης. Β. Μεταβάλλοντας την ενζυμική ενεργότητα δια μέσου αλλοστερικών τροποποιήσεων ή δια μέσω ομοιοπολικών τροποποιήσεων του ενζυμικού μορίου.

5 Ο έλεγχος της ενζυμικής ενεργότητας γίνεται επίσης με δύο τρόπους: Α. Με την αναστρεπτή αντεπίδραση προσδεμάτων Β. Με ομοιοπολικές τροποποιήσεις του ενζύμου

6 Η τροποποίηση του ενζυμικού μορίου μέσω προσδεμάτων επιτυγχάνεται με διάφορους τρόπους μεταξύ των οποίων περιλαμβάνονται: Α. Με αντεπίδραση πρωτεΐνης-πρωτεΐνης Β. Με ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση μέσω της πρόσδεσης επάνω στο ενζυμο μορίου DNA Γ. Με τη δέσμευση επάνω στο ενζυμο προσδεμάτων χαμηλού μοριακού βάρους όπως είναι το υπόστρωμα και οι διάφοροι αλλοστερικοί τροποποιητές.

7 Οι κύριοι τρόποι με τους οποίους εξασφαλίζεται μεταβολή ενζυμικής ενεργότητας μέσω ομοιοπολικών τροποποιήσεων είναι τρεις: 1. Μέσω φωσφορυλίωσης η οποία εξαρτάται από το ATP παραγώγων σερίνης, θρεονίνης ή τυροσίνης. 2. Μέσω αδενυλίωσης κατά την οποία μεταφέρεται μια μονάδα αδενυλικού οξέος από το ATP στο υπό τροποποίηση μόριο 3. Μέσω ριβοζυλίωσης εξαρτώμενης από το ADP κατά την οποία μεταφέρεται στο μόριο ADP ριβοζυλομάδα από το NAD.

8

9 Ο έλεγχος δια μέσου της ομοιοπολικής τροποποίησης συχνά συνδυάζεται με μεταβολικούς καταρράκτες. Κατά τη λειτουργία ενός μεταβολικού καταρράκτη το ένζυμο που ενεργοποιείται μέσω τροποποίησης δρα σε ένα δεύτερο ένζυμο το οποίο επίσης τροποποιεί, το δεύτερο ένζυμο με τη σειρά του δρα σε ένα τρίτο ένζυμο και ούτω καθεξής μέχρι να επιτευχθεί η τροποποιηση του τελικού ένζυμου το οποίο δρα στο υπόστρωμα

10

11 Τα ένζυμα απαντούν σε πολλές μορφές για διάφορους λόγους 1. Εμφανίζονται να είναι σε διαφορετική μορφή ανάλογα με το κυτταρικό διαμέρισμα όπου λειτουργούν διαφορετική είναι η αφυδρογονάση του μηλικού που απομονώνεται από τα μιτοχόνδρια από την αφυδρογονάση που απομονώνεται από το κυτταρόπλασμα 2. Εμφανίζονται ως ετεροπολυμερή πολυπεπτιδικών αλυσίδων δυο ή περισσότερων 3. Εμφανίζονται υπό γενετική ποικιλομορφία όπως η περίπτωση της 6-φωσφορικής γλυκόζης στον άνθρωπο 4. Εμφανίζονται να φέρουν διάφορες πρόσθετες ομάδες ή να παράγονται από κοινή πρόδρομη αλυσίδα 5. Εμφανίζονται ως πολυμερή συγκεκριμένων μονομερών. Η αφυδρογονάση π.χ του γλουταμινικού οξέος έχει μοριακό βάρος που κυμαίνεται από έως Εμφανίζονται με στερεοδομικά διαφορετικές μορφές, παράδειγμα τα αλλοστερικά ένζυμα

12 Το ένζυμο ως καταλύτης δεν μπορεί να μεταβάλλει την ισορροπία μιας χημικής αντίδρασης που με άλλα λόγια σημαίνει ότι επιταχύνει την αντίδραση προς τα δεξιά και τα αριστερά με τον ίδιο παράγοντα Η λειτουργία του ενζύμου συνίσταται στο ότι εξασφαλίζει την επίτευξη ισορροπίας σε μια συγκεκριμένη αντίδραση σε πολύ μικρότερο χρόνο από εκείνο στον οποίο θα επιτυγχανοταν χωρίς την παρουσία του ενζύμου

13 A 10-4 sec sec -1 B Σταθερά ισορροπίας = K F = 10-4 sec -1 K R = 10-6 sec -1 Β Α = K F K R = =100 Σημαίνει ότι η συγκέντρωση Εικόνα 8.13 του Β είναι 100 φορές μεγαλύτερη από το Α είτε υπάρχει είτε δεν υπάρχει ένζυμο. Η δράση του ενζύμου συνίσταται στην επιτάχυνση αυτής της ισορροπίας.

14 Στις αντιδράσεις που καταλύονται από ένζυμα η ενέργεια την οποία είχαν τα αντιδρώντα και τα προϊόντα δεν μεταβάλλεται μια και τα ένζυμα δεν αλλάζουν τη θερμοδυναμική του συστήματος. Μέσω του ενζύμου, απλά μεταβάλλεται ο δρόμος με τον οποίο μια αντίδραση θα φθάσει στην τελική κατάσταση.

15 Ο μηχανισμός κατάλυσης RNA και πρωτεϊνικών ενζύμων παρουσιάζει κοινά χαρακτηριστικά μεταξύ των οποίων περιλαμβάνονται: 1. Ο σχηματισμός μη ομοιοπολικού συμπλέγματος μεταξύ του υποστρώματος και της θέσης δέσμευσης της πρωτεΐνης ή του RNA είναι ένα σημαντικό πρώτο στάδιο. 2. Επιπρόσθετα με τη μη ομοιοπολική δέσμευση μπορούν να σχηματισθούν και ομοιοπολικά ενδιάμεσα σε αντιδράσεις που καταλύονται τόσο από πρωτεΐνες όσο και από ενδιάμεσες ακολουθίες RNA 3. Ανεξάρτητα αν τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες ή RNA, τον κύριο ρόλο κατά την ενζυμική κατάλυση παίζουν ορισμένες χημικές ομάδες που βρίσκονται στο ενεργό κέντρο του ενζύμου. Οι ομάδες αντεπιδρούν με τις λειτουργικές ομάδες σύμφωνα με τους κανόνες της οργανικής χημείας.

16 Το φράγμα δυναμικής ενέργειας που παρουσιάζεται σε μια μη καταλυόμενη αντίδραση είναι εκείνο που προσδιορίζει και την ενέργεια που πρέπει να προσδοθεί στα αντιδρώντα σώματα για να το ξεπεράσουν και να προχωρήσει η αντίδραση. Η ενέργεια που πρέπει να προσδοθεί ονομάζεται ενέργεια ενεργοποίησης. Στην κορυφή του ενεργειακού φράγματος βρίσκεται το σύμπλεγμα ενζύμου-υποστρώματος στην ενεργοποιημένη του μορφή που είναι γνωστή και ως «ενδιάμεση κατάσταση».

17

18 Ως γενικό οξύ ή βάση χαρακτηρίζεται κάθε ουσία που μπορεί να ιονίζεται σε φυσιολογικό ph και να παίρνει ή να δίνει πρωτόνια. Στη γενική όξινη-βασική κατάλυση συμμετέχουν ομάδες οι οποίες δίνουν ή δέχονται πρωτόνια κατά τη διάρκεια της πορείας της αντίδρασης. Ομάδες που συχνά συμμετέχουν σε τέτοιου είδους κατάλυση είναι του Γλουταμινικού, του Ασπαρτικού και της Ιστιδίνης.

19

20

21

22

23 Κατά την ομοιοπολική κατάλυση σχηματίζεται ενδιάμεσος ομοιοπολικός δεσμός μεταξύ του υποστρώματος του ενζύμου και του συνενζύμου. Οι πλευρικές ομάδες αμινοξέων που συμμετέχουν σε τέτοιου είδους αντιδράσεις είναι των αμινοξέων Ser, Lys, His, Asp, Glu. Οι πλευρικές ομάδες δίδουν ένα ζεύγος ηλεκτρονίων σε ένα άτομο που βρίσκεται σε ένα μόριο υποστρώματος με θετικό φορτίο (νουκλεόφιλη προσβολή). Εναλλακτικά, είναι δυνατόν μια ομάδα του υποστρώματος να προσβάλλει μια κατάλληλη θέση στο ενεργό κέντρο του ενζύμου.

24

25

26

27

28

29 Ενδείξεις που υποστηρίζουν την παρουσία του συμπλέγματος ES: Το σύμπλεγμα ES έχει παρατηρηθεί κατ ευθείαν με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο και X-ray Οι φυσικές ιδιότητες ενός ενζύμου όπως η διαλυτότητα, η σταθερότητα στη θέρμανση συχνά αλλάζει με το σχηματισμό του συμπλέγματος ES Τα φασματοφωτομετρικά χαρακτηριστικά πολλών ενζύμων και υποστρωμάτων μεταβάλλονται με το σχηματισμό του συμπλέγματος ES Υπάρχει ένας πάρα πολύ ψηλός βαθμός στερεοειδικότητας στο σχηματισμό του ES Το σύμπλεγμα ES μπορεί συχνά να απομονωθεί σε καθαρή μορφή Με σταθερή συγκέντρωση ενζύμου η ταχύτητα αντιδράσεως αυξάνει αυξάνοντας τη συγκέντρωση του υποστρώματος

30

31