كونها وحدة من المادة الحية ، تعملكمجموعة من الأنظمة الحيوية المفتوحة ، تقوم الخلية باستمرار بتبادل المواد والطاقة مع البيئة الخارجية. للحفاظ على التوازن في ذلك ، هناك مجموعة من المواد الخاصة من طبيعة البروتين - الانزيمات. يتم دراسة بنية ووظائف وتنظيم نشاط الإنزيمات بواسطة فرع خاص من الكيمياء الحيوية ، يدعى الإنزيمات. في هذه المقالة ، باستخدام أمثلة محددة ، سننظر في الآليات المختلفة وطرق تنظيم نشاط الإنزيمات الكامنة في الثدييات والبشر الأعلى.
الشروط المطلوبة لنشاط الإنزيم الأمثل
المواد الفعالة بيولوجيا بشكل انتقائيتؤثر على كل من تفاعلات الاندماج وتقسيمها ، وتظهر خصائصها التحفيزية في الخلايا تحت ظروف معينة. على سبيل المثال ، من المهم معرفة أي جزء من الخلية تحدث العملية الكيميائية التي تشارك فيها الإنزيمات. بسبب التقسيم (تقسيم السيتوبلازم إلى مناطق) ، تحدث تفاعلات عدائية في أجزاءها المختلفة و organoids.
وهكذا ، يتم تنفيذ تخليق البروتين في الريبوسومات ، وانشقاقها في هيالوبلازم. لا يوفر التنظيم الخلوي لنشاط الإنزيمات التي تحفز التفاعلات الكيميائية الحيوية المعاكسة ، معدل الأيض الأمثل فحسب ، بل يمنع أيضًا تشكيل مسارات استقلابية لا فائدة منها.
مجمع Multienzyme
التنظيم الهيكلي والوظيفي للأنزيماتتشكل الجهاز الأنزيمي للخلية. ترتبط معظم التفاعلات الكيميائية التي تحدث فيها. إذا كان ناتج التفاعل الأول في عملية كيميائية متعددة المراحل هو كاشف للفاعل التالي ، في هذه الحالة يتم التعبير عن الترتيب المكاني للأنزيمات في الخلية بقوة بشكل خاص.
يجب أن نتذكر أن الانزيمات هي من قبلطبيعة البروتينات البسيطة أو المعقدة. وتفسر حساسيتها إلى الركيزة الخلوية في المقام الأول من خلال تغيير في التكوين المكاني للهيكل الثالث أو الرابع من الببتيد. الانزيمات وتتفاعل مع التغيرات، ليس فقط في المعلمات الخلوية مثل الجبلة الشفافة التركيب الكيميائي، وتركيز المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل، ودرجة الحرارة، ولكن أيضا للتغيرات في الخلايا المجاورة أو في السائل خارج الخلية.
لماذا تنقسم الخلية إلى مقصورات
الطبيعة المعقولة والمنطقية للحياة البرية للجهازفقط رائع. هذا ينطبق تماما على المظاهر الحيوية المميزة للخلية. من الواضح تمامًا للكيميائي أن التفاعلات الكيميائية الإنزيمية متعددة الاتجاهات ، مثل تخليق الجلوكوز وتحلل السكر ، لا يمكن أن تستمر في نفس الأنبوب. كيف ، إذن ، تحدث تفاعلات معاكسة في هيالوب الخلية الواحدة ، والتي هي الركيزة لتنفيذها؟ تبين أن المحتوى الخلوي ، العصارة الخلوية ، التي تجري فيها العمليات الكيميائية العدائية ، مفصول مكانياً ويشكل مقصورات محلية معزولة. وبفضلها ، يتم تنظيم التفاعلات الأيضية للثدييات الأعلى والبشر على وجه التحديد ، ويتم تحويل المنتجات الأيضية إلى أشكال تخترق بحرية من خلال أقسام مواقع الخلايا. ثم يقومون باستعادة هيكلهم الأصلي. بالإضافة إلى العصارة الخلوية ، توجد الإنزيمات في العضيات: الريبوسومات والميتوكوندريا والنواة واللايسوزومات.
دور الانزيمات في استقلاب الطاقة
النظر في أكسفورد نزع الكربوكسيلالبيروفات. يتم دراسة تنظيم النشاط التحفيزي للأنزيمات في ذلك عن طريق الإنزيمات. تحدث هذه العملية البيوكيميائية في الميتوكوندريا - العضيات ثنائية الأغشية لخلايا حقيقية النواة - وهي عملية وسيطة بين فصل الجلوكوز ودورة كريبس الخالية من الأكسجين. يحتوي مركب البيروفات ديهيدروجيناز - PDH - على ثلاثة إنزيمات. في الثدييات الأعلى والبشر ، يحدث انخفاضه مع زيادة في تركيز الأسيتيل CoA و NATH ، أي في حالة ظهور إمكانيات بديلة لتشكيل جزيئات Acetyl CoA. إذا كانت الخلية تحتاج إلى جزء إضافي من الطاقة وتتطلب جزيئات مستقبلة جديدة لتعزيز تفاعلات دورة حمض tricarboxylic acid ، فعندها يتم تنشيط الإنزيمات.
ما هو تثبيط allosteric
يمكن تنظيم نشاط أنزيميتم تنفيذها بواسطة مواد خاصة - مثبطات حفزية. يمكنهم الارتباط التساهمي مع مواقع محددة من الإنزيم ، وتجاوز مركزه النشط. هذا يؤدي إلى تشوه البنية المكانية للمحفز ويستتبعه انخفاض في خصائصه الأنزيمية. وبعبارة أخرى ، يحدث التنظيم الزائد لأنشطة الإنزيم. نضيف أيضًا أن هذا الشكل من التأثيرات التحفيزية متأصل في الإنزيمات قليلة الجسيمية ، أي تلك التي تتكون جزيئاتها من وحدتين أو أكثر من وحدات البروتين البروتينية. يحتوي المركب PDH المعتبر في الرأس السابق على ثلاثة إنزيمات قليلة القلة فقط: pyruvate dehydrogenase و dehydrolipoyl dehydrogenase و hydroltyloy transacetylase.
الانزيمات التنظيمية
وقد أثبتت البحوث أنزيماتأن معدل التفاعلات الكيميائية يعتمد على كل من تركيز ونشاط المحفز. في معظم الأحيان ، تحتوي المسارات الأيضية على الإنزيمات الرئيسية التي تنظم معدل التفاعلات في جميع أجزائه.
يطلق عليها تنظيمية وعادةيؤثر على التفاعلات الأولية للمركب ، ويمكنه أيضًا المشاركة في العمليات الكيميائية التي تحدث ببطء في تفاعلات لا يمكن التراجع عنها ، أو الانضمام إلى الكواشف عند نقاط فرع المسار الاستقلابي.
كيف هو التفاعل الببتيد
واحدة من الطرق التي تحدثتنظيم نشاط أنزيم في الخلية هو تفاعل البروتين البروتين. ما هو حول؟ ترتبط البروتينات التنظيمية بجزيء الإنزيم ، ونتيجة لذلك يتم تنشيطها. على سبيل المثال ، يقع إنزيم الأدينولاتات على السطح الداخلي لغشاء الخلية ويمكن أن يتفاعل مع بنى مثل مستقبل الهرمونات ، وكذلك مع الببتيد الموجود بينه وبين الإنزيم. منذ ذلك الحين ، ونتيجة لمركبات هرمون ومستقبلات ، يغير البروتين الوسيطة تأكيده المكاني ، وتسمى هذه الطريقة في تعزيز الخصائص التحفيزية للدفيئة الأدينيلات في الكيمياء الحيوية "التنشيط بسبب إضافة البروتينات المنظمة".
Protomers ودورها في الكيمياء الحيوية
هذه المجموعة من المواد ، التي يطلق عليها اسم كينازات البروتين ، سوف تسرع عملية نقل صندوق البريد43- على مجموعة الهيدروكسيل من الأحماض الأمينية المدرجة فيجزيء الببتيد. سيتم النظر في تنظيم نشاط الإنزيم الخاص بالبروتون من قبلنا على مثال بروتين كيناز A. جزيئه عبارة عن tetramer ، يتكون من وحدتين حفزيتين و فرعين من الببتيد التنظيمي ولا يعمل كمحفز حتى ترفق أربعة جزيئات cAMP مع الأقسام التنظيمية لل protomer. هذا يتسبب في تحويل البنية المكانية لمنظمات البروتين ، مما يؤدي إلى إطلاق جسيمتين محفزتين للبروتين ، وهو تفكك البروتومرات. ومع ذلك ، إذا تم فصل جزيئات cAMP عن الوحدات الفرعية التنظيمية ، فعندئذ يتم استعادة معقد كيناز البروتين غير نشط إلى tetramer مرة أخرى ، حيث ترتبط جزيئات الببتيد التحفيزية والتنظيمية. وبالتالي ، فإن طرق تنظيم نشاط الإنزيمات التي نوقشت أعلاه تضمن طبيعتها القابلة للعكس.
التنظيم الكيميائي لنشاط الإنزيم
كما درست الكيمياء الحيوية مثل هذه الآليات التنظيمية.أنشطة انزيم مثل الفسفرة ، فكسفرة. تشتمل آلية تنظيم نشاط الإنزيم في هذه الحالة على الشكل التالي: مخلفات الأحماض الأمينية للأنزيمات المحتوية على مجموعات OH-تغيير تعديلها الكيميائي بسببآثار عليها فوسفاتيز الفوسفاتيز. في هذه الحالة ، يمكن تصحيح المركز النشط للإنزيم ، وبالنسبة لبعض الإنزيمات ، هذا هو السبب في تنشيطها ، وبالنسبة للآخرين فإنه يثبطها. في المقابل ، يتم تنظيم الخصائص التحفيزية للفوسفاتين phosphoprotein نفسها من قبل الهرمون. على سبيل المثال ، يتم تقسيم نشا الحيوان - الجليكوجين - والدهون بين الوجبات في الجهاز الهضمي ، بشكل أكثر دقة ، في الإثنى عشر تحت تأثير الجلوكاجون - إنزيم البنكرياس.
يتم تحسين هذه العملية بواسطةالفسفرة من الإنزيمات الغذائية المعدية المعوية. خلال فترة الهضم النشط ، عندما يدخل الطعام من المعدة إلى الاثني عشر ، يزيد تخليق الجلوكاجون. الأنسولين ، وهو إنزيم آخر من البنكرياس تنتجه خلايا ألفا من جزر لانجرهانز ، يتفاعل مع المستقبل ، بما في ذلك آلية الفسفرة لنفس الإنزيمات الهضمية.
تحليل البروتين الجزئي
كما ترون ، فإن مستويات تنظيم نشاط الانزيمفي القفص متنوعة. بالنسبة للإنزيمات الموجودة خارج العصارة الخلوية أو العضوي (في بلازما الدم أو في الجهاز الهضمي) ، فإن عملية تنشيطها هي عملية التحلل المائي لسندات الببتيد CO-NH. من الضروري ، لأن يتم توليف هذه الانزيمات في شكل غير نشط. يتم شق الجزء الببتيد من جزيء الإنزيم ، ويتعرض المركز النشط للتعديل في البنية المتبقية. وهذا يؤدي إلى حقيقة أن الإنزيم "يدخل في حالة العمل" ، أي أنه يصبح قادراً على التأثير على مسار العملية الكيميائية. على سبيل المثال ، لا يعمل إنزيم التريبسينوجين البنكرياسي غير النشط على تشبيك بروتينات الطعام التي تدخل في الاثني عشر. في إطار عمل من enteropeptidase يحدث التحلل البروتيني. وبعد ذلك يتم تنشيط الإنزيم ويسمى الآن التريبسين. التحليل البروتيني الجزئي هو عملية عكسية. يحدث في حالات مثل تنشيط الإنزيمات التي تشتت polypeptides في عمليات تخثر الدم.
دور تركيز المواد الأولية في استقلاب الخلية
تنظيم نشاط الانزيم حسب التوافرتم اعتبار الركيزة جزئيًا من قبلنا في العنوان الفرعي "مجمع متعدد الإنزيمات". يعتمد معدل التفاعلات التحفيزية ، التي تحدث على عدة مراحل ، بشدة على عدد جزيئات المادة الأصلية الموجودة في الهيالوبلازم أو عضيات الخلية. هذا يرجع إلى حقيقة أن معدل المسار الأيضي يتناسب طرديا مع تركيز المادة الأم. كلما زادت جزيئات الكاشف في العصارة الخلوية ، زاد معدل جميع التفاعلات الكيميائية اللاحقة.
تفارغية
الإنزيمات التي لا يتم التحكم في نشاطهاإن ما يسمى بالتنظيم الخيفي متأصل فقط من خلال تركيز مواد الكاشف الأولي ، ولكن أيضًا من خلال المواد المستجيبة. في أغلب الأحيان ، يتم تمثيل هذه الإنزيمات بمنتجات التمثيل الغذائي الوسيطة في الخلية. بفضل المؤثرات ، يتم تنظيم نشاط الإنزيم. أثبتت الكيمياء الحيوية أن مثل هذه المركبات ، التي تسمى الإنزيمات الخيفية ، مهمة جدًا لعملية التمثيل الغذائي للخلايا ، لأنها حساسة للغاية للتغيرات في توازنها. إذا كان الإنزيم يثبط تفاعلًا كيميائيًا ، أي يقلل من سرعته ، فإنه يسمى المؤثر السلبي (المانع). في الحالة المعاكسة ، عندما لوحظ زيادة في معدل التفاعل ، فإننا نتحدث عن المنشط - مؤثر إيجابي. في معظم الحالات ، تلعب المواد الأولية ، أي الكواشف التي تدخل في التفاعلات الكيميائية ، دور المنشطات. المنتجات النهائية ، التي تكونت نتيجة تفاعلات متعددة المراحل ، تتصرف مثل المثبطات. يُطلق على هذا النوع من التنظيم ، المستند إلى العلاقة بين تركيز الكواشف والمنتجات ، اسم مغاير التغذية.
