Az Az EnzEnziimemekk A Akktivittivitás-ás-KontroljaKontrolja

Az Az Enz Enz i i me me k k A A k k tivit tivit ás- ás- Kontrolja

Kontrolja

 Sebesség függés a S cc Sebesség függés a S cc -t -t ól ól : : S S - - V, S V, S -inhibi... -inhibi...

 A sebesség csökken, amikor a termék cc A sebesség csökken, amikor a termék cc nő nő : : term term é é k inhibic k inhibic ó ó

 Geneti Geneti kai kai k k ontrol - indu ontrol - indu kció kció , , repress repress zó zó

 Az e Az e nz nz i i me me k k k k ovalen ovalen s módositása s módositása

 Zymog Zymog é é n n ek ek , isozyme , isozyme k k és és modul modul á á tor tor fehérjék szerepe

fehérjék szerepe

 Allos Allos z z t t é é ri ri kus kus effe effe k k tor tor ok működése ok működése

Allos

Allos z z t t é é ri ri kus kus Regul Regul áció áció

Akció egy

Akció egy „ „ másik helyen másik helyen " "



Az e Az e nz nz i i me me ket, amelyek ket, amelyek a metabolit utak a metabolit utak kulcshelyein működnek, allosztérikus

kulcshelyein működnek, allosztérikus effektorok

effektorok modul modul álják álják . .



Ezek az Ezek az effe effe k k tor tor ok ok rendszerint az rendszerint az

anyagcsereút egy másik helyén termelődnek.

anyagcsereút egy másik helyén termelődnek.



Effe Effe k k tor: tor: feed-forward feed-forward a a k k tiv tiv á á tor tor vagy vagy



feedback inhibitor feedback inhibitor



Kineti Kineti ka ka s s z z igmoid igmoid ("S- ("S- alakú alakú ") ")

ALLOSALLOS= MÁS= MÁS

STEREOS STEREOS= SZILÁRD, TÉR= SZILÁRD, TÉR

Fogalmak

definiciók

allosztérikus fehérje: olyan fehérje, amelynek kvaterner szerkezetében minimum 2 vagy több topológiailag elkülönült alegység szerepel.

Azonosak vagy különbözőek

eszerint legalább 2 vagy több ligandum kötő helyük van.

enzimek enzimek

(pl ASPARTÁT TRANSZKARBAMOILÁZ) és nem enzimfehérjék

nem enzimfehérjék

(pl. HEMOGLOBIN) pirimidinszintézis:pirimidinszintézis:

ASP +karbamoil-P N-karbamoil aspart ASP +karbamoil-P N-karbamoil aspartáát t

kooperativitás : a fehérje egy kismolekulával való kötődésére vonatkozó disszociációs állandójának módosulása egy előzőleg kötődött kismolekula által.

K_s, K_m, K_i negativ koop.. pozitiv koop..

a két kismolekula azonos homotróp koop.

a két kismolekula különböző heterotróp

Kvaterner szerkezetük van Kvaterner szerkezetük van:: ALEGYSÉALEGYSÉGEKGEK

PROTOPROTOMERMER== a legkisebba legkisebb

katalitikusan aktivkatalitikusan aktiv szerkezetszerkezet 12=

2 katalitikus:

3-3

3 regulátor: 2-2

ALLOSZTÉRIKUS ENZIMEK

ALLOSZTÉRIKUS ENZIMEK

EFFEKTOR, MODULÁTOR

ua. a LIGAND HOMOTRÓP MÁS LIGAND HETEROTRÓP

+

-

hemoglobin O

CO

, H

, Cl

Allosztérikus aktivátor allosztérikus inhibitor Allosztérikus aktivátor allosztérikus inhibitor

J.Bacteriol.100(2) 878 (1969)

TÖBB KÖTŐHELYES ENZIMEK, ALLOSZTÉRIKUS ENZIMEK TÖBB KÖTŐHELYES ENZIMEK, ALLOSZTÉRIKUS ENZIMEK

Sok enzim alegységekből felépülő oligomer,

amely több szubsztrátum átalakító több kötőhelyes enzimek

aktív hellyel rendelkezik. allosztérikus enzimek .

+ +

E + S ES E + P

S S

P + E SE + S SES SE + P ES + P

K

k

K

K

K

2k

k

N (alegység)

OLIGOMER E

Legegyszerűbb eset:

DIMER ENZIM,

EGY-EGY AKTÍV CENTRUM FÜGGETLEN KÖTŐDÉS

V V

S K

S K 1 2S

K

S K

max

s

2

s 2

s

2

s 2





 

TÖBB KÖTŐHELYES ENZIMEK TÖBB KÖTŐHELYES ENZIMEK

V V

S K

S K 1 2S

K

S K

max

s

2

s 2

s

2 s 2





 

V V

S

K 1 S K 1 S K

S K S

max

s s

n 1

s

n s



 

  

 

 

  

 

 



Általán

osan: n

aktív C

, azono sak, Független

kötődés

nem lehet tudni, hogy egy X molnyi és n aktív helyet tartalmazó enzimmel van e dolgunk vagy

n-szer annyi enzimünk van (nX), de csak egy aktiv hellyel rendelkezik minden molekula.

V

S

ALLOSZTÉRIKUS ENZIMEK ALLOSZTÉRIKUS ENZIMEK

S kötése hat a másik

(harmadik, negyedik, stb)

kötőhelyek

szubsztrát kötésére.

KOOPERATIVITÁS

két aktív hely: SE SES

ES SES aK

ahol affinitás változik:

a<1 =>affin nő=segítik egymást=pozitív koop.

a>1 =>affin csök.=gátl.

negatív koop.

2 s 2

s

2 s 2

s max

aK S K

1 2S

aK S K

S V

V









Nem redukálható MM-né!

ALLOSZTÉRIKUS ENZIMEK ALLOSZTÉRIKUS ENZIMEK

n n

max K S

S V

V

 



HILL-egyenlet

n ekvivalens aktiv hely esetén

a,b,c...

kölcsönhatási vagy kooperativitási állandók kicsik

( E csak akkor igatán aktív, ha valamennyi kötő helyét elfoglalták a szubsztrát molekulák, n-1, n-2 ... S - t kötött enzim aktivitása

elhanyagolható.):

 ^{n 1 n 2 n 3 1} 

n S n

0,5 K a b c ....z K

K    ^{  }

K lg n.lgS

vagy K

S _1/2  ⁿ  _1/2  

n n

5 , 0

n

max K S

S V

V

 

0,5

1/2 K

S 

pozitiv kooperativitás

*Kis S nagyon kis V növekedés kis affinitás

*Nagyobb S dinamikus (gyorsuló) V növekedés

növekvő affinitás

*Még nagyobb S telitődés

(hasonlit MM-re)

szubsztrát

r. s eb es sé g

Lag v kapaszkodó (toe)

Ua V

-hoz tartanak!

egy allosztérikus inhibitor növeli egy

aktivátor csökkenti a szubsztrát kooperativitást (K-system)

nincs effektor

növekvő inhibitor:

növekvő szigmoiditás növekvő aktivátor:

csökkenő szigmoiditás

szubsztrát

r. s eb es sé g

Szigmoiditás ~

~kooperativitás

növekvő HILL-koefficiens növekvő S kooperativitás

n=4 n=2

n=1

n=0,5

V_max=10

K_0,5=4

hiperbola!

ez a görbe negativ kooperativitást mutat

se be ss ég

szubsztrát

n n

max

K S

S V

V

 



n=4 n=2

n=1

n=0,5

0,9V_max

0,1Vmax

S a K_m százalékában v

A S –kooperativitás előnyei: n=1 nél 81 szeres K_S-nyi S kell a 10 90 növekedéshez n=2 9

n=4 3

+kooperativitásnál az enzim sokkal érzékenyebb a S cc változásaira

- kooperativitásnál az enzim sokkal kevésbé érzékeny a S cc változásaira n=0,5 6561

hasznos: pl koenzim, nagyjából állandó sebesség

n n

max

K S

S V

V

 



A KOOPERATIVITÁS ELŐNYEI

K

V S 9

S K

9 S , 0 V

/

0,9 S

0,9

max



 



9 / S

S

K 1 S

, 0

V/V

0,1 S

0,1

max

 K

 



81

1 , 0

9 ,

0



S S

n 10 n

10 n

n 10 10 n 10

n 90 n

90 n

n 90 90 n 90

S 9 , 0

= K 0,1 S

S 1 , 0 K

S 0,1 K

0,1 S

S 1 , 0

= K 0,9 S

S 9 , 0 K

S 0,9 K

0,9 S

 



 

 

 

 



 

 

 

n

S

S 81

1 , 0

9 ,

0



MM

Allo

Egy szigmoid V-S karakterű enzimnél a 90%-os telítettséget biztosító szubsztrát koncentrációnak és a 10%-os telítettséget biztosító szubsztrát koncentrációnak a hányadosa 7.

Hány aktív helye van az enzimnek?

n 10 n

10 n

n 10 10 n 10

n 90 n

90 n

n 90 90 n 90

S 9 , 0

= K 0,1 S

S 1 , 0 K S 0,1

K 0,1 S

S 1 , 0

= K 0,9 S

S 9 , 0 K S 0,9

K 0,9 S

 





 

 

 





 

 

Írjuk fel a sebességi egyenletet a két kitűntetett szubsztrát koncentrációra és fejezzük ki e kifejezésekből a két esetre azonos K^` értéket:

2,25 lg7 =

= lg81 n

ahonnan

S 81

7 S

10 90





Tehát a kölcsönhatási koefficiens 2,25. ((Ha n>1 =>pozitív koop, szigmoid)

Ez azt jelenti, hogy az enzim aktív helyeinek száma minimum 3, illetve az enzim

“úgy viselkedik”, mintha pontosan 2,25 aktív helye lenne, amelyek között igen

erős a kooperativitás, a valóságban azonban legalább 3 aktiv helye kell, hogy legyen, amelyek között sokkal kisebb a valódi kooperativitás.

ALLOSZTÉRIKUS ENZIMEK ALLOSZTÉRIKUS ENZIMEK

A sebességi görbe szigmoidicitása:

A sebességi görbe szigmoidicitása:

Kooperativitási index v. Kölcsönhatási index:

Kooperativitási index v. Kölcsönhatási index:

1 , 0

9 , 0

S F S

.

K 

lgK.F lg81 lg

81 81 lg

9 9 1 9 , 0

9 9

, 0

1 , 0

9 , 0 1

, 0 1

, 0 1 , 0

9 , 0 9

, 0 9 , 0







 



 

 

 

 

 

 

S n S

K K

S K S

K S

K S S

K S

n n

n

n n n

n

n n n

n

n=4

n=2

n=1

n=0,5

1/V

1/S A szubsztrát kooperativitás

Lineweaver-Burk ábrázolásban

n=4

n=2

n=1

n=0,5

S/V

S

Kooperativitás Hanes-Langmuir ábrázolásban

nlgK 0,5



tgα=n

V V

lg V

max



lgS

K lg n.lgS

Y 1

lg 1 V

V lg V

max

 

 

 

HILL -ábrázolás

Gond: V

kell a Hill-ábrázoláshoz, de LB, Hanes... nem egyenes!!!

Megoldás:

közelitő V

valamelyik lineáris ábrázolásból, Hill n

LB ( S

) jobb V

...= ITERÁCIÓ

vagy: görbeillesztés komputerrel

v

S 1/S

1/v

v/S

v

LB

Scatchard HL

Tk:Eadie-Hofstee Oldalra billentve

SCATCHARD ábrázolás SCATCHARD ábrázolás

d T d

kötött szabad

kötött

K S K

L L

L   

L: ligand S: kötőhely

K

=disszociációs állandó

d T

K

S

/szabad

Scatchard ábrázolás

+ kooperativitás

- kooperativitás

nincs kooperativitás MM

kötött

K

 1