Enzimler Substratları Nasıl Kolokalize Eder?| kovalent kataliz

Enzimler Substratları Nasıl Kolokalize Eder?

 Kovalent ve asit-baz katalizi araçlarını, substrat kanal mekanizmasını ve enzimlerin Moleküler etkileşimlerini tartışacağız. Ayrıca kovalent bağların katalizdeki rolüne de bakacağız. Umarım, makalenin sonunda kovalent bağların enzim katalizindeki rolünü daha iyi anlayacaksınız.

Kovalent kataliz

Doğada, enzimler genellikle bağlantılı katalitik fonksiyonlara sahip kümelerde bulunur. Örneğin, tek bir polipeptit, bir metabolik yoldaki ardışık adımları katalize ederken, kovalent olmayan bir şekilde ilişkili büyük biyomolekül toplulukları, karmaşık hücresel süreçleri yürütür. Yol ara maddelerinin kesin olarak konumlandırılması, çözeltiye girdiklerinde ve alıcı bağlama sahasının yakınında kaldıklarında enzim kollokalizasyonunu sıklıkla kolaylaştırır. Bu yakınlık, etkileşenler arasında artan bağlanma verimliliğine yol açar.

Enzim küreleri, birbirlerinin reaksiyonlarını engellemek için birden fazla aktif bölge ile tasarlanabilir. Bu küreler, reaksiyonun verimini maksimize etmek için dönebilir, ancak toplam verim düşebilir. Gelecekteki çalışmalar, kimyasal reaksiyonların oluşumunun arkasındaki mekanizmayı anlamak için daha gerçekçi enzim kolokalizasyon modelleri kullanacaktır. Bu arada, kollokalizasyonun enzim katalizi için gerekli olduğunu biliyoruz.

Kovalent kataliz mekanizması, reaksiyonu başlatmak için reaktan ile geçici bir kovalent bağ oluşturmayı içerir. Bu süreçte, enzim ve reaktanın birbirleriyle karşılaşma olasılığı, ayrı cisimlerde olduklarından daha fazladır. Bu, enzimin daha yüksek hızlara ve daha düşük aktivasyon enerjisine ulaşmasını sağlar. Bu reaksiyon genellikle biyolojik sistemlerde bulunan organik moleküller olan koenzimlerin varlığı ile katalize edilir.

Substratların ko-lokalizasyonu

Kovalent katalizde, substratların kolokalizasyonu, enzimin bir substrat ile reaksiyona girerek geçici bir kovalent bağ oluşturmasını sağlar. Tipik olarak, enzim substrattaki elektrofilik kısma saldırdığında kovalent bağlar oluşur. Bu adım sırasında, reaksiyonun daha sonraki geçiş durumlarını stabilize eden ara maddeler yaratılır. Sonuçta, reaksiyon daha hızlı ilerler.

Tersine, homolitik bölünme, enzimler bir hidrojen bağı paylaştığında meydana gelir. Kovalent bağdaki kırılma, bir elektronun kazanılmasına veya kaybına neden olur. Bu reaksiyon aynı zamanda iyonik fisyon olarak da bilinir. Ayrılan kovalent bağdaki iki elektron, homolitik bölünmede eşit olarak paylaşılır. Kovalent katalizin sonucu aynıdır – enzim substratları yok etmiştir ancak enzimi yeniden üretememiştir.

Asit-baz katalizi Asit-baz katalizinin

klasik bir örneği, hücre proliferasyonu sırasında 7,8-dihidrofolatın 5,6,7,8-tetrahidrofolata indirgenmesini katalize eden E. coli’den dihidrofolat redüktazın etkisidir. Reaksiyon, DHF’nin N5 atomu protonlandığında meydana gelir.

Asit-baz katalizinde reaksiyon hızı pH’a bağlıdır. Belirli bir pH’ta iki iyonik formun birlikte yerelleşme hızı, reaktivitenin derecesini belirler. pH’a bağlı olarak sistemde tek bir tür bulunabilir. Bu reaktivite, sistemde bulunan fonksiyonel grupların sayısına bağlıdır. Asit ve baz katalizi arasındaki oran, substratlara ve her bir türün nasıl tepki verdiğine bağlıdır.

Oksidatif reaksiyonda oluşan asil-enzim eklentisi, sisteinin Ntn-hidrolaz tarafından deasilasyonunun bir ürünüdür. Benzer bir reaksiyon, serin içeren bir protein olan fosfolipid oksidazda meydana gelir. Ayrıca, serin yan zincir, metanolün kimyasal eşdeğeridir. Asit-baz kataliz mekanizması, reaktivitede çok önemli bir faktör olan substratları tersine çevrilebilir şekilde kollokalize eder.

Bazik veya halojenli gruplar

Bu enzim, bazik veya halojenli gruplar içeren substratlar üzerinde hareket eden genel bir enzim gibi davranır. Asit-baz katalizi prosesi, katalitik triad kalıntıları arasında uyumlu bir reaksiyonu içerir. Enzim, asit ve serin arasında bir kovalent bağa sahip bir asil-enzim ara maddesidir. Bununla birlikte, asit ürün, genel asit katalizi ile hidrolize edilmez.

Bu çalışmada, enzim ve substrat partikülleri, bir A -1 yük yarıçapına sahip küreler olarak modellenmiştir. Küre ve enzim, sırasıyla 1:4 ve 1:8 boyut oranlarıyla basit bir sistem olarak seçildi. Ardından, BrownDye ve Stokes Yasasını elektron taşıma modeline uygulayarak substrat parçacığının yörüngesini modelledik. En etkili yol, en yakın hizalanmış aktif site bölgelerini içeriyordu.

Bu enzimin önemli bir özelliği, bir tiyolat iyonunu stabilize etme yeteneğidir. Optimal hidrolitik aktivitesi, yaklaşık 5’lik bir pH’ta gerçekleşir. Bu enzim ayrıca pH ile çan şeklinde bir korelasyon sergiler. Tiolat iyon fraksiyonu azaldıkça, hidrolitik aktivite azalır. Bu nedenle, bu mekanizma oldukça verimlidir ve başarılı kimyasal katalizin anahtarı olabilir.

Substrat kanal

mekanizması Enzimatik reaksiyonların Substrat kanal mekanizması, metabolik enerji metabolizmasının temel bir ilkesidir. Bir substratın, bir hücrenin toplu suyuyla hiçbir zaman dengelenmeden bir enzimin aktif bölgesinden diğerine yayılmasını sağlar. Ancak bu mekanizma evrensel olarak uygulanamaz ve farklı çalışmalardan elde edilen sonuçlar aynı olmayabilir. Bu makale, bu mekanizma ile ilgili temel sorunları tartışacaktır.

İlgili mekanizmalar tam olarak anlaşılmamakla birlikte, bu sistemlerin birkaç ortak özelliği vardır. Bu süreçler, enzimler ve substratları arasında geçici bir fiziksel ilişkiyi içerir. Substrat kanallarının genellikle metabolik komplekslerde meydana geldiği varsayılırken, substrat kanallarının mekanizması muamma olmaya devam etmektedir. Ayrıca, biyolojik sonuçları hakkında önemli bir kafa karışıklığı var. Bu incelemede, enzim düzeneklerinin yapısal karakterizasyonundaki son gelişmeler tartışılmakta ve reaksiyon-difüzyon modellemesinden yeni bilgilerle birleştirilmektedir. Ayrıca, bu mekanizmaların mekanik önemi sentetik biyoloji ile açıklığa kavuşturulmuştur.

Enzimatik reaksiyonların Substrat kanallama mekanizması, enzimlerin dinamik oluşumunu içerir. Bu enzimler, her bir enzimin bir metabolik yola dahil olduğu çoklu enzim kompleksleri halinde düzenlenir. Ara ürünlerin bu kompleksler aracılığıyla kanalize edilmesi, eşleştirilmiş reaksiyonlardaki akışı artırır ve metabolik yollar için rekabet akışını kısıtlar. Bu mekanizma, metabolitlerin metabolik yollar boyunca verimli transferini teşvik eder.

Substrat

kanallarının altında yatan mekanizmalar Substrat kanallarının altında yatan mekanizmalar oldukça karmaşıktır. Bu, farklı enzim düzeneklerinin farklı işlevlere sahip olabileceği anlamına gelir. Bu nedenle, işlevsel kanıt henüz mevcut değildir. Substrat kanal mekanizmasının her üç krallıkta da yaygın olup olmadığını göreceğiz. Bu arada, alt-tabaka-kanal mekanizması muhtemelen her üç krallıkta da bağımsız olarak gelişecek ve farklı rollere hizmet edecek. Son proteomik yaklaşımlar, bitki hücre duvarlarında enzim kanallama mekanizmasının keşfedilmesini desteklemiştir.

Enzimlerin substrat kanal mekanizması, alfa ve beta alt birimlerinin etkileşimleriyle ilgili yapısal bir temel tarafından yönetilebilir. Bu yapısal özellikler, enzimler arasında oksaloasetat ara ürününün verimli transferini teşvik eder. Ek olarak, bu enzimler in vitro kendi kendine bir araya gelme yeteneği sergiler. Bu nedenle, bu mekanizmanın önemli pratik çıkarımları vardır. Enzimlerin, proteinin yapısal özelliklerine dayalı bir mekanizma geliştirmesi gerekebilir.

Enzimler arasındaki moleküler etkileşimler

İnsanlarda pürin yolu altı protein ve on enzimatik adımdan oluşur. Bu yoldaki enzimler, in vivo olarak kollokalize edilir ve 0,2 ila 0,9 mm arasında değişen, değişen boyutlarda ribozomlar halinde birleşirler. Enzimler ve mikrotübüller arasındaki moleküler etkileşimlerin bunların birleşmesine aracılık ettiği düşünülmektedir. Bazı durumlarda, bu ilişkiler aynı zamanda katalize ettikleri substratları da etkiler.

Enzimler ve substratlar arasındaki moleküler etkileşimler, substratın belirli bölümlerinin aktif bölge ile hizalanmasına yardımcı olur. Pek çok durumda, enzim bağlanma bölgesinin yakınındaki amino asit yan zincirleri, asit veya baz katalizörleri veya fonksiyonel grup transferi bölgeleri olarak işlev görür. Ek olarak, bu yan zincirler, substratın yeniden düzenlenmesini kolaylaştırabilir. Bu etkileşimde yer alan amino asitler genellikle proteinin birincil sekansında geniş ölçüde ayrılır. Yine de, üçüncül yapı sırasında polipeptit zincirinin katlanması ve bükülmesiyle aktif bölgede birbirine daha yakın hale getirilirler.

Hidrojen bağları veya elektrostatik etkileşimler

Hidrojen bağları veya elektrostatik etkileşimler, enzimler ve substratlar arasındaki moleküler etkileşimleri kolaylaştırır. Enzim ve substrat molekülleri, aktif bölgedeki küçük bir cepte sıkıca paketlenir. Bu etkileşimler hidrojen bağlarını, elektrostatik kuvvetleri ve enzim molekülleri üzerindeki fonksiyonel grupları içerir. Substrat ve enzim molekülleri, bir mandal kilidindeki bir anahtar gibi birbirine uyar. Bu nedenle, kilit ve anahtar modeli başlangıçta bu kompleksleri tanımlamak için önerildi.

Enzimler ve substratlar arasındaki moleküler etkileşimler, basitleştirilmiş model sıvı organellerde kümelenmelerine izin vererek metabolik hızları artırabilir. Bununla birlikte, bu hipotez henüz deneysel kanıtlara dayanmamaktadır. Enzimlerin birbirlerine spesifik bağlanma afiniteleri olduğunda kümelenmeleri mümkündür. Ancak ikisi arasında doğrudan bir bağlantı olduğunu göstermek ve nasıl ortak yerelleştiklerini incelemek gerekir. Bu ilişkiler, enzim-konak hücrelerde enzim-substrat etkileşimleri için gereklidir.

Enzimler ve substratlar arasındaki moleküler etkileşimler, spesifik bir substratın varlığında kurulabilir. Bununla birlikte, çok çeşitli zDHHC PAT’ler nedeniyle, bu ailenin bireysel üyelerine belirli substratlar atamak zor olmuştur. Substratları enzimlere atamak için, palmitoilasyonun kaybı, tanımlama için anahtar bir kriter olarak ortaya çıkmıştır. Substratların palmitoilasyon seviyeleri hem hücre modellerinde hem de in vitro doğrulamada yükselmiştir. Ek olarak, protein-protein etkileşimleri diğer özellikleri içerebilir.