ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟY ΠΑΤΡΩΝ ΕΝΖΥΜΟΛΟΓΙΑ. Ενότητα ζ. Αλλοστερισμός και Συνέργεια ΑΛΕΞΙΟΣ ΒΛΑΜΗΣ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑΣ

Transcript

1 ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟY ΠΑΤΡΩΝ ΕΝΖΥΜΟΛΟΓΙΑ Ενότητα ζ Αλλοστερισμός και Συνέργεια ΑΛΕΞΙΟΣ ΒΛΑΜΗΣ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑΣ

2 1. Αλλοστερισμός. Συνέργεια 3. Θετική ομοτροπική συνέργεια: μοντέλα 4. Σιγμοειδής κινητική χωρίς φαινόμενα συνέργειας 5. Βιοχημική εξήγηση των φαινομένων αλλοστερισμού-συνεργασιμότητος 6. Βιολογική σημασία του αλλοστερισμού

3 1. Αλλοστερισμός

4 Αλλοστερισμός Ορισμός: το φαινόμενο εκείνο κατά ο οποίο παρατηρείται αλλαγή της ενεργότητος ενζύμου από ουσία που δεσμεύεται σε θέση διαφορετική από τη θέση δέσμευσης του υποστρώματος Ο αλλοστερισμός είναι γενικότερη έννοια και επεκτείνεται σε όλους τους δεσμευτές που όταν προσδένονται στο ένζυμο μη ομοιπολικά τροποποιούν τη στερεοδιάταξή του σε δύο μορφές: Μία υψηλής συγγένειας με το υπόστρωμα (ενεργό ένζυμο, R μορφή) Μία χαμηλής συγγένειας με το υπόστρωμα (ένζυμο υπό αναστολή, Τ μορφή) Τα ένζυμα που μπορούν να υποστούν αλλοστερική ρύθμιση της ενεργότητάς τους ονομάζονται αλλοστερικά ένζυμα

5 Αλλοστερικός αναστολέας Αλλοστερική θέση δέσμευσης Η θέση δέσμευσης του αλλοστερικού αναστολέα είναι κενή. Το ένζυμο μπορεί να δεσμεύσει το υπόστρωμα Η δέσμευση του αναστολέα οδηγεί σε αλλαγή της δομής του ενεργού κέντρου, το υπόστρωμα δεν μπορεί να δεσμευθεί Fig. 6-14b, p. 100

6 Αλλοστερικός ενεργοποιητής Ενεργό κέντρο ενζύμου Η θέση δέσμευσης του αλλοστερικού ενεργοποιητή είναι κενή. Το ένζυμο δεν μπορεί να δεσμεύσει το υπόστρωμα Η δέσμευση του αναστολέα οδηγεί σε αλλαγή της δομής του ενεργού κέντρου, το υπόστρωμα μπορεί να δεσμευθεί Fig. 6-14a, p. 100

7 Χαρακτηριστικά αλλοστερικών ενζύμων 1. Αποτελούνται συνήθως από περισσότερες (όμοιες ή διαφορετικές) υπομονάδες. Το υπόστρωμα και ο αλλοστερικός επηρεαστής (ενεγοποιητής ή αναστολέας) δεσμεύονται σε διαφορετικές περιοχές του ενζύμου 3. Η ενεργός, υψηλής συγγένειας μορφή του ενζύμου (R) διαφέρει στη στερεοδιάταξή της από την ανενεργή μορφή χαμηλής συγγένειας (Τ) 4. Η δέσμευση του αλλοστερικού επηρεαστή (ενεγοποιητή ή αναστολέα) σε ένα μέρος του ενζύμου, αλλάζει τη δομή του ενεργού κέντρου, σε κάποιο άλλο μέρος του ενζύμου 5. Τα αλλοστερικά ένζυμα δεν ακολουθούν κινητική τύπου Michaelis-Menten. Οι καμπύλες της ταχύτητος αντιδράσεως (u) ως προς τη συγκέντρωση του υποστρώματος (S) δίνουν σιγμοειδείς καμπύλες.

8 3. Η ενεργός, υψηλής συγγένειας μορφή του ενζύμου R διαφέρει στη στερεοδιάταξή της από την ανενεργή μορφή χαμηλής συγγένειας T R T

9 5. u προς [S] για αλλοστερικά ένζυμα Επειδή τα αλλοστερικά ένζυμα δεν ακολουθούν κινητική τύπου Michaelis-Menten, η K m τους ορίζεται ως η [S] που δίνει v o = ½ V max και σημειώνεται ως [S] ένζυμο + υπόστρωμα + ένζυμο + υπόστρωμα + αλλοστερικός ενεργοποιητής - ένζυμο + υπόστρωμα + αλλοστερικός αναστολέας

10 Παράδειγμα Αλλαγές στίς κινητικές παραμέτρους ενός ενζύμου στην περίπτωση της αλλοστερικής αναστολής μονομερούς ενζύμου Αλλοστερική αναστολή: Περίπτωση αναστολής κατά την οποία ο αναστολέας έχει διαφορετική δομή από το υπόστρωμα και δεν δεσμεύεται στο ενεργό κέντρο, αλλά σε άλλη περιοχή (τόπο = στέρος) του ενζύμου. Οι κινητικοί παράμετροι δίνουν συναγωνιστική αναστολή συναγωνιστική αναστολή = ισοστερική αναστολή Αλλοστερισμός = αλλοστερική συναγωνιστική αναστολή ή αλλοστερική ενεργοποίηση

11 Συναγωνιστική αναστολή

12 EI S 4 k5 k E S I 1 k k ES I k3 E P I K ia k k u 5 4 S V K max m S I 1 K ia K app Km1 m I K ia u S V K max m S I 1 K ic u V max S S Km

13 . Συνέργεια

14 Συνέργεια Το φαινόμενο κατά το οποίο η δέσμευση ενός μικρού μορίου-υποστρώματος S στην υπομονάδα ενός πολυενζυμικού συμπλόκου (ένζυμο αποτελούμενο από πολλές υπομονάδες) επηρεάζει τη δέσμευση του υποστρώματος στις άλλες υπομονάδας Είδη συνέργειας Εάν η δέσμευση του πρώτου μικρού μορίου επιταχύνει τη δέσμευσή των επομένων, η συνέργεια ονομάζεται θετική Εάν η δέσμευση του πρώτου μικρού μορίου επιβραδύνει τη δέσμευσή των επομένων, η συνέργεια ονομάζεται αρνητική Ομοτροπική συνέργεια Το δεσμευόμενο μόριο επηρεάζει τη δέσμευσή του σε ίδιου τύπου υπομονάδες Ετεροτροπική συνέργεια Το δεσμευόμενο μόριο επηρεάζει τη δέσμευσή του σε διαφορετικού τύπου υπομονάδες

15 Ορισμός: κλάσμα κορεσμού Υ E S 1 k k ES E0 KB ES E ES ES Y ES E0 S KB K 1 B S (υπερβολή)

16 Δέσμευση οξυγόνου από την αιμοσφαιρίνη: θετική ομοτροπική συνέργεια μυοσφαιρίνη αιμοσφαιρίνη

17 3. Θετική ομοτροπική συνέργεια

18 Θετική ομοτροπική συνέργεια: μοντέλα Παρατηρείστε ότι σε όλα τα μοντέλα που θα παρουσιαστούν χρησιμοποιείται το μοντέλο διμερούς ενζύμου από δύο ίδιες υπομονάδες, δηλαδή το απλούστερο δυνατό μοντέλο για την εξήγηση ενός φαινομένου που αφορά πολυενζυμικά σύμπλοκα Η συνέργεια δεν αφορά μονοενζυμικά σύμπλοκα παρά πολυενζυμικά (=ένζυμα αποτελούμενα από πολλές υπομονάδες)

19 Μοντέλο του Hill (1910) Για να εξηγήσει τη σιγμοειδή καμπύλη που παρατηρείται κατά την οξυγόνωση της αιμοσφαιρίνης, ο Hill πρότεινε ότι ο δεσμευτής προσδένονται ανά πρωτεϊνική υπομονάδα σε ένα στάδιο Επομένως, κάθε μόριο πρωτεΐνης είναι είτε πλήρως ελεύθερο είτε πλήρως κορεσμένο από δεσμευτή. Για ένα ένζυμο αποτελούμενο από δύο υπομονάδες Μ που καθεμιά δεσμεύει ένα μόριο S ισχύει M S k1 M S k M S με σταθερά δέσμευσης KB M S Y = κλάσμα κορεσμού Y M M S 0 M S M S M K B S B 1 K S

20 KB S S M M log KB log M S M log S log KB log S log M S M M M M S 0 log KB log S log M S M M S 0

21 Για n υπομονάδες (n-μερές) log log K KB B nlog nlog S S Y = κλάσμα κορεσμού Y Αν n 0 MnS Mn u V 0 max log Y log 1Y M nsn M n 0 M nsn M n MnSn Y 0 M nsn M n 0

22 log KB nlog S log V u0 max u 0 Ισχύει για μονομερή ένζυμα σε συνθήκες σταθεροποιημένης κατάστασης ολιγομερή ένζυμα που η διεργασία δεσμεύσεως πλησιάζει ή βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας Υπολογίζονται u 0 για διαφορετικές συγκεντρώσεις S παρουσία ή όχι τροποποιητή και από κει το n, ο συντελεστής του Hill n = 1, δεν υπάρχει συνέργεια n >1, θετική συνέργεια n <1, αρνητική συνέργεια

23 log KB nlog S Y log 1Y Y M nsn M n 0

24 Y log 1Y log S Γραφική παράσταση έναντι δίνει καμπύλη αναλυόμενη σε 3 γραμμικές περιοχές n=3 n=1 Y log 1Y n=1 logs

25 n=1 (υψηλή συγγένεια) Y log 1Y n=1 (χαμηλή συγγένεια) log KB nlog S Y log 1Y n=3 logs Y M nsn M n 0 Για [S] πολύ υψηλές, το Y > 0,9: σχεδόν όλη η πρωτεΐνη έχει δεσμευμένο το S Για [S] πολύ χαμηλές, το Y< 0,1: σχεδόν όλη η πρωτεΐνη είναι ελεύθερη από το S Εδώ έχουμε συντελεστή Hill=1 και δεν φαίνεται η συνέργεια

26 Η συνέργεια φαίνεται στο μεσαίο τμήμα της καμπύλης που αντιστοιχεί στη μέγιστη κλίση Ο αντίστοιχος αριθμός Hill ισούται με τον αριθμό των θέσεων δέσμευσης στην πρωτεΐνη για ομότροπη θετική πλήρη συνέργεια Στην πράξη δεν παρατηρείται συνήθως πλήρης συνέργεια, το n είναι λίγο μικρότερο των θέσεων δέσμευσης

27 Βιοχημική εξήγηση

28 Αλλαγές στη δομή της αιμοσφαιρίνης μετά από δέσμευση οξυγόνου

29

30 Τι σημαινει το μονέλο αυτό; Πως επικοινωνει με την πραγματικότητα; Με το επόμενο μοντέλο;

31 Μοντέλο του Adair (195) Προϋποθέσεις Η πρωτεΐνη έχει n θέσεις δέσμευσης Οι θέσεις αυτές έχουν τα ίδια χαρακτηριστικά αλληλεπίδρασης με τους δεσμευτές Ο δεσμευτής προσδένεται στην πρωτεΐνη σταδιακά και όχι σε ένα στάδιο Οι θέσεις δέσμευσης δεν αλληλεπιδρούν Για μία διμερή (Μ ) πρωτεΐνη: M S k1 M S k KB1 M M S S S S k3 M S k 4 M KB M M S S S

32 M MS MS M MS Y S K K S K S K K S K Y B B B B B B S M S M MS S M M M M S M S M S M S M Y S S M S M KB S M S M KB 1

33 n n n n n n n n n n S n S n Y Για n υπομονάδες (n-μερές) με συνέργεια 1 B1 K 1 B KB K Bn B B n K K K 1 S K S K Y B B 1 χωρίς συνέργεια

34 Μοντέλα συνέργειας όπου εισάγονται οι έννοιες των T και R μορφών

35 Μοντέλο των Μonod-Wyman-Changeaux (MWC, 1965) Το πρωτεϊνικό μόριο/ένζυμο ισορροπεί μεταξύ δύο δομικών καταστάσεων: τη μορφή R (δεσμεύει το δεσμευτή (S) με υψηλή συγγένεια) τη μορφή T (δεσμεύει το S με χαμηλή συγγένεια) Υβριδική κατάσταση των δύο μορφών (ΤR) δεν υπάρχει οπότε έχουμε T L R L η σταθερά ισορροπίας (αλλοστερική σταθερά) L T R

36 Δέσμευση του S μεταβάλλει πλήρως τη δομή Οι δεσμευτές έχουν μεγαλύτερη συγγένεια με τη στερεοδομή R οπότε όταν δεσμευτούν σε αυτή μετακινούν την ισορροπία προς το R Σε περίπτωση ενζύμων αποτελουμένων από υπομονάδες (πρωτομερή) δεχόμαστε ότι υπάρχει συμμετρία στη δομή του συνολικού μορίου Οι θέσεις δέσμευσης δεν επικοινωνούν Για ένα διμερές ένζυμο ισχύει L R T T R k1 R S RS k R k1 S S RS k KR k k 1

37 Y S K R 1 L 1 S K R S K R Y S K R 1 L 1 S K R S K R n n1 Το μοντέλο MWC εξηγεί ικανοποιητικά την αλλοστερική ενεργοποίηση και αναστολή Οι αλλοστερικοί ενεργοποιητές δεσμεύονται στη δομή R, τη σταθεροποιούν και μειώνουν την L Οι αλλοστερικοί αναστολείς δεσμεύονται στη δομή Τ τη σταθεροποιούν και αυξάνουν την L Και στις δύο περιπτώσεις η δέσμευση ενεργοποιητού/αναστολέως επηρεάζει την ισορροπία ΤR και οδηγει σε σιγμοειδή κινητική

38 Η πρόσδεση του δεσμευτή είναι σύνθετη διεργασία Εξηγεί θετική και αρνητική συνέργεια -web/lectures/files/allosteric_regulation/index.htm Μοντέλο των Koshland-Nemethy-Filmer (KNF, 1966) Εξελίχθηκε πάνω στην υπόθεση Koshland (επαγώμενης προσαρμογής) Tα πρωτομερή (υπομονάδες) ενός πρωτεϊνικού μορίου υπάρχουν στη μορφή R (δεσμεύει το δεσμευτή με υψηλή συγγένεια), στη μορφή T (χαμηλή συγγένεια, δε δεσμεύει το δεσμευτή) H μετάβαση από την Τ στην R γίνεται μέσω δομών ΤR Απουσία δεσμευτού, υπάρχει μόνο η Τ κατάσταση Η δέσμευση του δεσμευτή σε μια υπομονάδα προκαλεί αλλαγή στην ικανότητα δέσμευσης υποστρώματος τόσο στην εν λόγω υπομονάδα όσο και στις γειτονικές της με τις οποίες βρίσκεται σε επαφή Koshland-Nemethy-Filmer Μonod-Wyman-Changeaux

39 Το μοντέλο KNF μοιάζει με γενικευμένο μοντέλο Adair με διαφορετικές Κ στις επιμέρους ισορροπίες: μοντέλο KNF T Ka1 S T RS M S k1 M S k T RS S Ka RS S S k3 M S k 4 M

40 Jacob-Monod-Changeaux όλα ή τίποτε T State +S -S S S R State T S t a t e Koshland-Nemethy-Filmer σταδιακή αλλαγή +S +S S -S -S S S R S t a t e

41 Βελτιωμένο μοντέλο Koshland σταδιακής αλλαγής στερεοδομών ενζύμου +S -S -S +S Yu E W, Koshland D E PNAS 001;98:

42 Σύγκριση τριών μοντέλων για την εξήγηση του φαινομένου της συνέργειας

43 Μοντέλο Eigen (πχ για τετραμερές ένζυμο) Όλα οι συνδιασμοι υπάρχουν, αλλά μερικοί είναι ασήμαντοι

44 Σημερινές προσεγγίσεις λογισμικά

45 The Allosteric Network Compiler (ANC) ANC is a rule-based modelling tool for allosteric proteins and biochemical networks. A modeller describes a biochemical network using structures and rules. Δομές (panel A) describe each biomolecule in terms of its components, which can be interaction sites (circles), or domains and subunits (triangles). Structures also describe a protein's structural and containment hierarchy (arrows), conformational dynamics, and internal allosteric couplings (dashed lines). Κανόνες (panel B) specify the possible interactions of biomolecular components and provide relevant biochemical parameters. An ANC model is a text file that comprises structures and rules but also defines initial conditions, network stimulus protocols, and readouts. The model is compiled by ANC to produce a δίκτυο βιοχημικών αντιδράσεων (panel C). Using an iterative algorithm, ANC generates biochemical reactions through the repeated application of rules to the biomolecules in the system. Once the complete reaction network is compiled, ANC writes the complete biochemical reaction network to a file in a human-readable, textual format. ANC can also create graphical representations of the reaction network and of the biomolecular species in the network to facilitate inspection of the results (not shown). Finally, the network file is read and exported by the Facile biochemical network compiler to a form suitable for deterministic or stochastic simulation using Matlab and other tools.

46

47 4. Σιγμοειδής κινητική χωρίς φαινόμενα συνέργειας Κινητικές μελέτες με σιγμοειδή καμπύλη δε συνεπάγονται αυτόματα Την ύπαρξη φαινομένου συνέργειας Σιγμοειδής κινητική μπορεί να δίνεται από το είδος του ενζυμικού μηχανισμού O «τυχαίος αλληλοδιάδοχος» μπορεί να δώσει σιγμοειδή καμπύλη αν μία από τις δύο ισορροπίες προτιμάται

48 Σιγμοειδής κινητική μπορεί να δίνεται από Την ύπαρξη συνενζύμων Ακόμα και ένζυμο με μία θέση δέσμευσης, αλλά με δύο δομές (αλλοστερισμός, συνέργεια) Η απόδειξη γίνεται με χρήση παραστάσων Hill ή γραφήματα Scatchard

49 Αναστολή από το υπόστρωμα: Υποπερίπτωση της μικτής αναστολής με υψηλή [S] u V 1 max S Kis

50 Η ύπαρξη θετικής συνέργειας αποδεικνύεται από την παραστάση Hill σε διάφορες μορφές της log KB nlog Y S MnSn Mn 0 Y log 1Y

51 5. Βιοχημική εξήγηση των φαινομένων αλλοστερισμού-συνεργασιμότητος

52 Γενική αρχή Σταθεροποίηση Τ μορφής από αναστολέα R μορφής από ενεργοποιητή

53 Παράδειγμα: Aσπαραγινική τρανσκαρβαμοϋλάση ή ATCase ή ΑΤΚάση

54 Aσπαραγινική τρανσκαρβαμοϋλάση (ATΚάση) (ATCase)

55 Αλλοστερική συμπεριφορά ATΚάσης To ATP είναι αλλοστερικός ενεργοποιητής Το CTP είναι αλλοστερικός αναστολέας

56 Juang RH (004) BCbasics Έμφαση της σιγμοειδούς καμπύλης φανερώνει και το σημείο ενάρξεως του φαινομένου της συνεργασιμότητας v o Off On Υπόστρωμα [S] v o Ο ενεργοποιητής (ATP) επαναφέρει τη σιγμοειδή καμπύλη στην υπερβολή ATP CTP Ο αναστολέας (CTP) ενισχύει τη σιγμοειδή καμπύλη

57 Αλλαγές στη δομή ATΚάσης μετά από τη δέσμευση υποστρωμάτων

58 ATΚάση: δομή Το ένζυμο καταλύει το πρώτο μη αναστρεπτό βήμα στη βιοσύνθεση των πυριμιδινών Αποτελείται από 6 καταλυτικές υπομονάδες C (100 kda) χωρισμένες σε ομάδες ομοτριμερών (xc 3 ) Και 6 ρυθμιστικές υπομονάδες R (33 kda) χωρισμένες σε 3 ομάδες ομοδιμερών (3xR ) To συνολικό ένζυμο: C 3 (R ) 3 C 3

59

60 PALA resembles the reaction intermediate!

61 The interactions between PALA and ATCase in the R-state. Dotted lines correspond to interactions with the backbone of the protein. An asterisk after the residue number indicates that it is donated into the active site from the adjacent chain.

62 the ATCase PALA complex is shown with red highlights

63 ATCase exists in two conformations: a compact, relatively inactive form T and and expanded form R. PALA stabilizes the R form

64 Τ μορφή Κρύσταλλος R μορφή Οι καταλυτικές υπομονάδες απεικονίζονται με αποχρώσεις κόκκινου Οι ρυθμιστικές υπομονάδες με αποχρώσεις πράσινου Acc Chem Res 011 Oct 19

65 Μηχανισμός Χαρακτηριστικά καταλυτικών υπομονάδων C Κάθε ενεργό κέντρο αποτελείται από κατάλοιπα μεταξύ δύο γειτονικών υπομονάδων C (οπότε 3 ενεργά κέντρα) Κάθε υπομονάδα C περιέχει δύο δομικές οντότητες (domains) με θέση δέσμευσης για το το καρβάμυλο φωσφορικό (CP) και το Asp αντίστοιχα Χωρίς υποστρώματα το ένζυμο βρίσκεται στην Τ μορφή Πρώτα δεσμεύεται το CP και μετά το Asp Δημιουργείται το ενδιάμεσο CP~Asp και συμβαίνει απομάκρυνση των υπομονάδων C 3 κατά 11Å και περιστροφή τους κατά 1 μοίρες Η μορφή R εμφανίζεται ήδη μετά από τη δέσμευση του Asp Acc Chem Res 011 Oct 19

66 Κρύσταλλος R μορφή C1-C-C3 και C4-C5-C6: καταλυτικά τριμερή R1-R6, R-R4, και R3-R5: ρυθμιστικά διμερή Acc Chem Res 011 Oct 19

67 Αλλαγές στη δομή ATΚάσης μετά από τη δέσμευση υποστρωμάτων

68 Μηχανισμός Χαρακτηριστικά ρυθμιστικών υπομονάδων R Κάθε υπομονάδα R έχει δύο δομικές οντότητες (domains) Η μία οντότητα (Αl) αποτελεί τη θέση αλλοστερικής ρύθμισης Η δεύτερη οντότητα δεσμεύει Zn Τα CTP και ATP μπορούν να δεσμευτούν στο αμινοτελικό άκρο της δομικής οντότητας Αl Η δέσμευση μπορεί να γίνει και στις δύο (Τ και R) μορφές της ΑΤΚάσης, αλλά με διαφορετικά χαρακτηριστικά Το σημείο δέσμευσης απέχει 60Å από το ενεργό κέντρο των υπομονάδων C Acc Chem Res 011 Oct 19

69 Στοιχεία δευτεροταγούς δομής μιας καταλυτικής C και μιας ρυθμιστικής R υπομονάδας στην Τ μορφή της ΑΤΚάσης Οι δύο δομικές οντότητες της καταλυτικής υπομονάδος C διαφέρουν κατά 6.8 μοίρες, ενώ της ρυθμιστικής R κατά 1.7 μεταξύ των μορφών T και R του ενζύμου Evan R. Kantrowitz, Allostery and cooperativity in Escherichia coli aspartate transcarbamoylase, Archives of Biochemistry and Biophysics, Volume 519, Issue, 01, 81/90

70 Αλληλεπίδραση ομάδων C και R Το σημείο δέσμευσης ATP και CTP στη υπομονάδα R απέχει 60Å από το ενεργό κέντρο των υπομονάδων C Όταν η ΑΤΚάση δεσμεύει το ATP στην υπομονάδα R, η ομάδα γουανιδίου της Arg 9 μιας υπομονάδας C κινείται προς τη θέση δέσμευσης του Asp και αυξάνει τη συγγένεια της θέσης για το Asp Αντίθετα, δέσμευση του CTP στην R απομακρύνει την Arg 9 και ελλατώνει τη συγγένεια Προσέγγιση της Arg 9 στη θέση δέσμευσης του Asp παρατηρείται και μετά τη δέσμευση καρβάμυλο φωσφορικού Άρα: Δέσμευση του ΑΤΡ (ή CP) οδηγεί σε ισχυρότερη δέσμευση Asp που προκαλεί τη μορφή R ενώ δέσμευση του CTP σε αδύνατη δέσμευση Asp που ευνοεί την μορφή Τ Acc Chem Res 011 Oct 19

71 A schematic representation of the interactions that have been identified as important for the allosteric transition in ATCase by site-specific mutagenesis in the T (A) and R (B) states. For clarity, only one catalytic chain from each of the upper (c1) and lower (c4) catalytic subunits is shown. Because of the molecular 3-fold axis, the various interactions shown here are repeated in the c/c5, and c3/c6 pairs. In the T state stabilizing interactions exist between the c1 and c4 catalytic chains, and between the c1 catalytic and the r1 regulatory chains. The 40 s loops of c1 and c4 undergo a large alteration in position and change from being side by side in the T state to almost one on top of the other in the R state. In the R state, the interchain interactions between c1 and c4 and between c1 and r4 are lost. All of the interactions indicated have been shown experimentally to stabilize the T or R states of the enzyme. Interactions between chains not involved in allosteric-state stabilization are not shown. Evan R. Kantrowitz, Allostery and cooperativity in Escherichia coli aspartate transcarbamoylase, Archives of Biochemistry and Biophysics, Volume 519, Issue, 01, 81/90

72 6. Βιολογική σημασία του αλλοστερισμού Ανίχνευση έλλειψης/υπερεπάρκειας υποστρωμάτων για την εξασφάλιση ισορροπημένου μεταβολισμού, οικονομία ενέργειας

73 Aspartate transcarbamoylase (ATCase) catalyzes the committed step, the condensation of carbamoyl phosphate and aspartate to form carbamoyl aspartate and inorganic phosphate, in pyrimidine nucleotide biosynthesis for E. coli. Carbamoyl aspartate continues through the pathway leading to the formation of the nitrogenous base in pyrimidine nucleotides. ATCase is feedback inhibited by CTP and the combination of CTP plus UTP Trends in Biochemical Science 5, E. R. Kantrowitz & W. N. Lipscomb, E. coli aspartate transcarbamylase: Part I: Catalytic and regulatory functions, 15, 1980

74 Αλλοστερική αναστολή από το τελικό προϊόν ενός μεταβολικού δρόμου Η ισολευκίνη δεσμεύεται αλλοστερικά στην απαμινάση της θρεονίνης, το ένζυμο που βρίσκεται στην αρχή του μεταβολικού δρόμου για τη σύνθεση της ισολευκίνης

75 ΤΕΛΟΣ