WYKŁAD 6
Rys.3 wykres początkowej szybkości reakcji (V0) allosterycznego enzymu ATCazy jako funkcji stężenia substratu.
Rys.4 Odwracalna fosforylacja i defosforylacja enzymu.
Aktywacja proteolityczna:
Wiele enzymów jest syntetyzowanych jako większe nieaktywne formy prekursorowe o nazwie proenzymy lub zymogeny. Aktywacja zymogenów polega na nieodwracalnej hydrolizie jednego lub więcej wiązań peptydowych.
Proteazy trzustkowe:
Enzymy trawienne: trypsyna, chymotrypsyna i elastaza powstają w trzustce jako zymogeny, następnie są one transportowane do jelita cienkiego, gdzie ich formy zymogenowe zostają zaktywowane przez rozszczepienie specyficznych wiązań peptydowych.
Trypsyna jest syntetyzowana jako zymogen- trypsynogen. W jelicie cienkim jest rozcinana (aktywowana) przez enzym enteropeptydazę, który jest wytwarzany tylko w jelicie. Po zaktywowaniu trypsyna może rozcinać i aktywować zarówno dolne cząsteczki trypsynogenu jak i inne zymogeny: chymotrypsynogen i proelastaza.(rys.5-centralna rola trypsyny w aktywowaniu zymogenów trzustkowych)
Chymotrypsyna syntetyzowana jako zymogen chymotrypsynogen- pojedynczy łańcuch polipeptydowy o 245 resztach aminokwasowych.(rys.6). Po znalezieniu się w jelicie chymotrypsynogen jest rozszczepiony najpierw przez trypsynę po karboksylowej stronie, resztę Arg15- tworząc pichymotrypsynę, która jest w pełni aktywna (rys.6). Następnie z polipeptydowego łańcucha ∏chymotrypsyny są usuwane działaniem innych cząsteczek dwa dipeptydy, przez co powstaje bardziej stabilna forma chymotrypsyny, forma ∆. ∆chymotrypsyna ulega zmianom konformacyjnym przechodząc w dojrzałą, aktywną alfa-chymotrypsynę np. 3fragmenty wyjściowego pojedynczego łańcucha peptydowego są w alfa-chymotrypsynie utrzymywane razem przy udziale kowalencyjnych wiązań disiarczkowych oraz intereakcji niekowalencyjnych.
Rys.6 Aktywacja chymotrypsynogenu przez rozszczepienie proteolityczne
Po zsyntetyzowaniu i wydzieleniu zymogenów, trzustka syntetyzuje białko inhibitor trypsyny. To białko wiąże się bardzo silnie z miejscem aktywnym trypsyny, chroniąc trzustkę przed przedwcześnie aktywowane cząsteczki trypsyny. Jeśli ochronny mechanizm zawiedzie np. z powodu niedrożności przewodu trzustkowego zymogen może zostać zaktywowany i strawić trzustkę w procesie zwanym ostrym zapaleniem trzustki.
Kaskada krzepnięcia krwi:
Innego przykładu dostarczają enzymy biorące udział w kaskadzie krzepnięcia krwi. Cały proces krzepnięcia krwi przebiega w postaci serii aktywacji zymogenowych. Aktywacja zymogenowa powoduje mocne wzmocnienie początkowego sygnału, gdyż pojedynczy zaktywowany enzym może działać z wieloma, tys. cząsteczek substratu wywołując dolną aktywację. Ponieważ rozszczepienie proteolityczne nie wymaga ATP, rozszczepienie zymogenowe jest mechanizmem szczególnie właściwym do aktywacji białek poza obrębem komórek. . Enzym raz zaktywowany zostaje aktywny. Zymogenowa aktywacja nie jest odwracalna.
Regulacja enzymatycznej syntezy i rozkładu:
Ilość poszczególnego enzymu w komórce czy tkance zmienia się w zależności od szybkości jego syntezy i degradacji.. Czynniki wpływające na szybkość syntezy obejmują indukcje lub represję genu kodującego enzym, a także szybkość degradacji mRNA wytworzonego przez ten gen. Wiele enzymów działających w konkretnych punktach szlaków metabolicznych ma mRNA o szczególnie krótkim okresie życia. Dzięki czemu szybkość syntezy enzymu jest łatwo kontrolowana przez czynniki wpływające na szybkość transkrypcji genu. Szybkość degradacji enzymu znajduje swój wyraz w jego półokresie życia. Większość enzymów ważnych dla regulacji metab. ma krótki półokres życia i dlatego nazywamy je enzymami labilnymi. Półokres życia- czas, w którym połowa białek enzymatycznych zostanie zdegradowana.
Klasyfikacja enzymów:
Wiele enzymów ma nazwę utworzona przez dodanie końcówki –aza do nazwy substratu, tak więc ureaza katalizuje hydrolizę mocznika a fruktozo 1,6-bisfosfataza hydrolizuje fruktozo-1,6-bisP Jednak pewne enzymy np. trypsyna i chymotrypsyna mają nazwy nie odnoszące się do ich substratów. Są też enzymy, które mają po kilka różnych nazw. W celu ujednolicenia nazw enzymów opracowano system nazewnictwa enzymów, uzgodniono międzynarodowo.
System ten dzieli enzymy na 6głównych klas opartych na typie prowadzonej reakcji. Następnie każdy enzym zostaje zidentyfikowany przez 4liczbowu numer, tak więc trypsyna ma numer EC3.4.21.4 przy czym pierwsza liczba 3 oznacza ze jest on hydrolazą, druga liczba 4 oznacza że jest protezą, która hydrolizuje wiązania peptydowe, trzecia liczba 21 oznacza, że enzym jest proteazą Ser, mająca w miejscu aktywnym krytyczną resztę seryny, a czwarta liczba 4 że był to czwarty enzym historycznie przypisany do tej klasy. Chymotrypsyna- EC 3.4.21.1, elastaza EC3.4.21.36
gandziaa92