Allosterische Regulierung und Rückkopplungsschleifen

So werden wir heute darüber sprechen, wie allosterische Regulierung die Enzymkinetik beeinflussen kann, aber lassen Sie uns zunächst die Idee wiederholen, dass die Katalyse von Enzymen in zwei Schritte unterteilt werden kann, nämlich erstens die Bindung von Enzymen an das Substrat und zweitens die Bildung von Produkten, und anhand dieser Informationen können wir die Michaelis-menten-Gleichung ableiten, die es uns ermöglicht, die Produktbildungsrate eines Enzyms in Abhängigkeit von der Substratkonzentration zu betrachten. Denken Sie auch daran, dass Substrate in der Regel an der aktiven Stelle an Enzyme binden, was also meinen wir, wenn wir von allosterischer Regulierung sprechen? Wir wissen, dass Enzyme in der Regel eine aktive Stelle haben, an die Substrate binden können, aber Enzyme können auch eine so genannte allosterische Diese allosterischen Stellen sind Orte auf dem Enzym, an denen sich ein beliebiger Enzymregulator binden kann, und ich habe dieses Sternchen hier angebracht, um darauf hinzuweisen, dass sich allosterische Stellen überall auf dem Enzym befinden können, und es kann auch eine beliebige Anzahl von ihnen geben, was wir also meinen, wenn wir von Regulatoren sprechen, nun, wir sagen im Allgemeinen, dass es zwei Arten von Regulatoren gibt, nämlich allosterische Aktivatoren, die die enzymatische Aktivatoren, die die Enzymaktivität erhöhen und sie aktivieren, und allosterische Inhibitoren, die die Enzymaktivität verringern und die Enzyme hemmen. Schauen wir uns also an, was wir mit der Erhöhung und der Verringerung der Enzymaktivität aus kinetischer Sicht meinen. Erinnern Sie sich an die Michaelis-Menten-Gleichung, und wenn wir davon ausgehen, dass die Substratkonzentration konstant ist, gibt es zwei Möglichkeiten, die Enzymaktivität oder vo zu beeinflussen. In diesem ersten Diagramm habe ich drei verschiedene Kurven gezeichnet. Die blaue Kurve stellt das Enzym dar, das ohne einen allosterischen Regulator funktioniert, die rote Kurve stellt ein Enzym mit einem allosterischen Inhibitor dar und die grüne Kurve stellt die Enzymanalyse Ihres Aktivators dar, und in diesem Beispiel wirken sich die Aktivatoren und Inhibitoren auf vo aus, indem sie entweder die km erhöhen oder verringern, da die v-max-Werte zwischen den drei Kurven ziemlich nahe beieinander zu liegen scheinen, so dass ein Aktivator hier km verringern könnte. In diesem Beispiel für den Hals haben wir dieselben drei farbigen Kurven, aber anstatt dass sich km signifikant ändert, scheinen die Regulatoren v-max zu verändern, wobei der Aktivator den v-Nachdem wir nun über Aktivatoren gesprochen haben, wollen wir die Idee der Rückkopplungsschleife einführen, und die Grundidee ist, dass eine Rückkopplungsschleife darin besteht, dass stromabwärts gelegene Produkte stromaufwärts gelegene Reaktionen regulieren, und ich verstehe, dass dies ein langatmiger Begriff sein kann, also lassen Sie mich Ihnen diese kleine Reaktionssequenz zeigen, in der A durch Reaktion 1 gebildet wird und B durch Reaktion 2 und so weiter und so fort. Rückkopplungsschleife bezeichnen, da Molekül F die Reaktionsgeschwindigkeit von Reaktion 1 erhöht, was wiederum dazu führt, dass noch mehr F gebildet wird, da wir die Bildungsgeschwindigkeit von Molekül F erhöht haben Angenommen, Molekül F hätte eine negative Wirkung auf Enzym 1, so würden wir dies als negative Rückkopplungsschleife bezeichnen, da Molekül F die Reaktionsgeschwindigkeit von Reaktion 1 Schauen wir uns also ein Beispiel für eine Rückkopplungsschleife an, nur um den Punkt zu verdeutlichen, falls Sie noch verwirrt sind. Die Phosphofructokinase ist ein Enzym, das an der Glykolyse beteiligt ist und die Umwandlung von Fructose-6-Phosphat und ATP katalysiert, um Fruktose-16-Biphosphat und Adp zu bilden. Erinnern Sie sich jetzt daran, dass die Glykolyse ein Stoffwechselprozess ist, den die Zellen nutzen, um ATP zu erzeugen, so dass das Molekül F oder der nachgeschaltete Regulator des letzten Beispiels ATP ist. der Phosphodiesterase ist – eine Zelle, die sagt, dass wir ATP haben und nicht mehr brauchen und dass wir die Phosphofructokinase nicht brauchen, um die Glykolyse voranzutreiben. Da ATP sowohl ein allosterischer Regulator als auch ein Substrat für die Phosphofructokinase ist, können wir es als homotropischen Inhibitor bezeichnen, was ein neuer Begriff ist, weil das Substrat und der Regulator dasselbe Molekül sind. P, das ATP verbraucht, ist ein Aktivator für die Phosphofructokinase, und das macht auch Sinn, denn wenn der MP-Spiegel hoch ist, ist der ATP-Spiegel wahrscheinlich niedrig, und es ist so, als würde die Zelle sagen, wir brauchen ATP, also brauchen wir Frost, aber Fructosekinase, um die Glykolyse voranzutreiben, da A.m. P ein regulierendes Molekül, aber kein Substrat im aktiven Zentrum der Phosphofructokinase ist, würde es als heterotroper Aktivator betrachtet werden, da Substrat und Regulator unterschiedlich sind Der letzte Punkt, den ich ansprechen möchte, ist, dass spezifische Reaktionen ausgezeichnete Kontrollpunkte für lange mehrstufige Prozesse darstellen.Und denken Sie daran, dass die Glykolyse eine zehnstufige Sequenz ist. Warum wird also dieser eine Schritt so stark reguliert? Nun, diese Reaktion hat ein sehr negatives Delta G, nämlich negative 4,5 kcal pro Mol, und das bedeutet, dass sie nicht leicht umkehrbar ist, da bei der Reaktion viel Energie freigesetzt wird.Was haben wir also gelernt? Nun, erstens haben wir etwas über das Konzept der Liebesgeschichte gelernt und darüber, wie regulatorische Moleküle an allosterische Stellen anstelle von aktiven Stellen binden können, zweitens haben wir gelernt, dass diese allosterischen Regulatoren die Kinetik von Enzymen beeinflussen, indem sie die km von Emax erhöhen oder verringern, und drittens haben wir gelernt, was eine Rückkopplungsschleife ist und dass in langen mehrstufigen Prozessen wie der Glykolyse die besten Kontrollpunkte hochgradig bindende Schritte sind, nämlich solche mit sehr negativen Delta-G-Werten