Allosterisk regulering og feedback loops

Så i dag skal vi tale om, hvordan allosterisk regulering kan påvirke enzymkinetikken, men lad os først gennemgå ideen om, at enzymernes katalyse kan opdeles i to trin, først bindingen af enzymer til substratet og dernæst dannelsen af produkter, og ved hjælp af denne information kan vi udlede michaelis-menten-ligningen, som giver os mulighed for at se på et enzyms produktdannelseshastighed i forhold til substratkoncentrationen. Husk også, at substrater typisk vil binde til enzymer på det aktive sted, så hvad mener vi, når vi siger allosterisk regulering, så vi ved, at enzymer normalt har et aktivt sted, hvor substrater kan binde, men enzymer kan også have, hvad vi kalder en allosterisk regulering. og disse allosteriske steder er steder på enzymet, hvor enhver enzymregulator kan binde sig, og jeg har sat denne stjerne her bare for at påpege, at allosteriske steder kan være hvor som helst på enzymet, og der kan også være et vilkårligt antal af dem, så hvad mener vi, når vi siger regulatorer, ja, vi siger generelt, at der er to typer af regulatorer, der er allosteriske aktivatorer, som øger enzymatisk aktivitet og aktiverer dem og allosteriske inhibitorer, som nedsætter enzymatisk aktivitet og hæmmer enzymerne, så lad os se på, hvad vi mener med at øge og nedsætte enzymatisk aktivitet fra et kinetisk perspektiv, så husk Michaelis Menten-ligningen, og hvis vi antager, at substratkoncentrationen er konstant, så er der to måder at påvirke enzymatisk aktivitet eller vo og i denne første graf har jeg tegnet tre forskellige kurver, og den blå kurve repræsenterer enzymet, der fungerer uden en allosterisk regulator, den røde kurve repræsenterer et enzym med en allosterisk inhibitor, og den grønne kurve repræsenterer enzymanalysen af din aktivator, og i dette eksempel påvirker aktivatorer og inhibitorer vo ved enten at øge eller mindske km, da v-max-værdierne ser ud til at ligge ret tæt mellem de tre kurver, så en aktivator her kan sænke km nu i dette nakkeeksempel har vi de samme tre farvede kurver, men i stedet for at km ændrer sig væsentligt, synes regulatorerne at ændre v-max, idet aktivatoren øger v-max værdien så nu hvor vi har talt om aktivatorer i lad os introducere ideen om feedback loop og den grundlæggende ide er at et feedback loop er når du har downstream produkter der regulerer upstream reaktioner og jeg forstår at dette kan være en mundfuld så lad mig vise dig denne lille reaktions sekvens hvor vi har a der danner være gennem reaktion 1 og B der danner se gennem reaktion 2 og så videre og så videre og så videre lad os nu sige at molekyle F fungerede som en aktivator for enzymet der driver reaktion 1 så det havde en positiv effekt på enzymets aktivitet nu ville vi kalde dette en positiv feedback loop, da molekyle F øger hastigheden af reaktion 1, som derefter får endnu mere F til at blive lavet, da vi har øget dannelseshastigheden af molekyle F. Lad os nu sige, at molekyle F havde en negativ effekt på enzym 1. Vi ville kalde dette et negativt feedback loop, da molekyle F sænker hastigheden af reaktion 1, hvilket fører til et fald i dannelseshastigheden af molekyle F, så lad os se på et eksempel på et feedback loop, bare for virkelig at få styr på det, hvis du stadig er forvirret, nu er phosphofructokinase et enzym, der er involveret i glykolyse, og det katalyserer omdannelsen af fructose 6-fosfat og ATP til at danne fructose 1 6 bisphosphat og adp Husk nu, at glykolyse er en metabolisk proces, som cellerne bruger til at generere ATP, så her er molekyle F eller nedstrømsregulator fra det sidste eksempel ATP, og det viser sig, at ATP er en allosterisk inhibitor af phosphodiesterase en celle, der siger, at vi har ATP, og vi har ikke rigtig brug for mere, og vi har ikke brug for phosphofructokinase til at skubbe glykolysen fremad, så dette ville være et godt eksempel på et negativt feedback loop, da fremstilling af ATP bremser glykolysen og dermed bremser hastigheden fordi ATP både er en allosterisk regulator og et substrat for phosphofructokinase kan vi kalde det en homo tropisk inhibitor, hvilket er et nyt begreb, og vi kalder det en homo tropisk inhibitor fordi substratet og regulatoren er det samme molekyle nu er P som er opbrugt ATP er en aktivator for phosphofructokinase og dette giver også mening fordi hvis a MP niveauet er højt så er ATP niveauet sandsynligvis lavt og det er som om cellen siger vi har brug for ATP så vi har brug for frost men fructose kinase for at skubbe glykolysen videre nu da a.m. P er et regulerende molekyle, men ikke et aktivt sted substrat for phosphofructokinase, ville det blive betragtet som en hetero tropisk aktivator, da substratet og regulatoren er forskellige nu den sidste pointe jeg vil gøre er, at specifikke reaktioner gør fremragende kontrolpunkter for lange multi-trinprocesser, og husk, at glykolyse er en sekvens med ti trin, så hvorfor er der så meget regulering i gang for dette ene trin? Denne reaktion har et meget negativt Delta G, og det er faktisk negativt fire komma fem kcal pr. mol, og det betyder, at den ikke er let at vende, da der vil være en stor frigivelse af energi fra reaktionen, og det gør dette trin i glykolysen til et fremragende kontrolpunkt for alle ti trin tilsammen, da det mere eller mindre er en en-retning reaktion så hvad lærte vi vel først lærte vi om begrebet en kærlighedshistorie og hvordan regulerende molekyler kan binde sig til allosteriske steder i stedet for aktive steder for det andet lærte vi at disse allosteriske regulatorer påvirker i enzymernes kinetik ved at øge eller mindske km af Emax og for det tredje lærte vi om hvad en feedback loop er og hvordan i lange flertrins processer som f.eks. pollicis de bedste kontrolpunkter er stærkt forpligtende trin dem med meget negative Delta G værdier