Forelesninger i BI Cellebiologi. Enzymer : senker aktiveringsenergien. Figure 6.13

Transkript

1 Enzymer : senker aktiveringsenergien Figure 6.13

2 Aktive seter : camp-avhengig protein kinase *For å illustrere hvordan det aktive setet binder et spesifikt substrat er valgt som eksempel camp-avhengig protein kinase (capk)- et typisk regulator-enzym *Enzymet overfører en P-gruppe fra ATP til serin-sidekjeden i en målpeptidsekvens. Detaljer av en modell av enzymet med den katalytiske kinase-kjernen og bindingen i det aktive setet er vist i Figure 3-23 og Figure Sluttresultatet blir en fosforylert serin-sidekjede og ADP. *Den katalytiske underenheten i capk eksisterer i en åpen og en lukket form. I den første formen kan substratet bindes til det aktive setet - deretter nærmer small og large domain seg hverandre og setet lukkes (Figure 3-25a) slik at fosfat-overføringen kan skje. Denne endring i tertiær-struktur kalles indusert tilpassing ( induced fit). *Omtalen av enzym-kinetikk (Michaelis-Menten-kinetikk) er en del av biokjemi-emnet og tas ikke her.

3 Funksjon av aktive seter i camp-avhengig protein kinase Figure 3-23 Figure 3-24

4 Andre typer ligander Noen enzymer krever ikke-protein-molekyler for å fungere (Tabell 6.1). Dette er 1. cofaktorer (uorganiske ioner), 2. coenzymer og 3. prostetiske grupper ( fast bundet til enzymet f.eks. hem-grupper). Coenzymer er ikke fast bundet til enzymet, endres kjemisk under enzym-reaksjonen og frigjøres fra enzymet etter at reaksjonen er gjennomført. Eksempler på coenzymer er NAD, ATP, ADP og omdanningsprodukter fra visse vitaminer - som må tilføres gjennom kosten.

5 table jpg

6 Regulering av proteinfunksjon En av de viktigste formene for enzym-regulering er allosterisk kontroll. Dette skjer som endringer i tertiær/kvarternær-strukturen indusert av et lite molekyl (aktivator, inhibitor eller substrat). capk eksisterer i et inaktivt tetramer-protein sammensatt av to katalytiske og to regulatoriske underenheter. Hver regulatorisk underenhet inneholder en pseudosubstrat-sekvens som bindes til det aktive setet i den katalytiske underenheten. Ved å blokkere substratbinding, hemmer den regulatoriske underenheten aktiviteten av den katalytiske underenheten. Binding av det allosteriske effektor-molekylet cyklisk AMP (camp; Figure 3-27) til den regulatoriske underenheten induserer en konformasjonsendring i pseudosubstrat-sekvensen slik at det ikke lenger kan bindes til det aktive setet i den katalytiske underenheten. På denne måten vil det inaktive tetramer-proteinet spaltes i to monomere katalytiske underenheter og en dimer regulatorisk underenhet (Figure 3-27)

7 Aktivering av capk av camp Figure 3-27

8 Mer om allosteriske mekanismer Mange enzymer gjennomgår allosteriske omdannelser som påvirker sammenhengen mellom underenhetene. Et velkjent eksempel er aspartat transcarbamoylase (ATCase) i bakterier som deltar i første ledd i biosyntesen av pyrimidiner. ATCase - som består av 6 katalytiske og 6 regulatoriske underenheter - eksisterer i en aktiv R-tilstand og en inaktiv T-tilstand. Likevekten mellom disse to tilstandene skifter mot den inaktive T-tilstanden ved binding til de regulatoriske underenhetene av cytidin-trifosfat (CTP) - et endeprodukt i pyrimidin-biosyntesen dvs. feedback-inhibering (Figure 3-28). Målet med denne reguleringen er å unngå overproduksjon av pyrimidiner for DNA-syntesen. Feedback-inhibering er en vanlig reversibel reguleringsmekanisme i mange biosynteseveier. Hvis konsentrasjonen av frifeedback-inhibitor faller, vil den bundne inhibitor løses fra det regulerte enzymet som gjendanner sin aktive konformasjon.

9 Allosterisk regulering av ATCase Figure 3-28 Katalytiske underenheter (orange) og dimere regulatoriske underenheter (blå/grønne). Binding med CTP (blå prikk) er årsak til konformasjonsendring

10 Mer om allosteriske mekanismer En av de viktigste proteinaktivitet reguleringsmekanismene er tilførsel eller fjerning av fosfat-grupper fra serin, theronin eller tyrosin-rester. Dette kalles fosforylering eller defosforylering ved bruk av kinaser eller fosfataser og finnes som en bryter ( switch ) som slår av og på funksjonen til ulike proteiner (Figure 3-30). Dette omfatter nesten 3% av alle proteiner i gjærceller og omfatter alle typer av proteiner - strukturproteiner, enzymer, membrankanaler og signalmolekyler. Figure 3-30

11 Membran-proteiner (Del 3.4) Membranproteiner er lokalisert i mebranen og gir denne mulighet for å gjennomføre sine oppgaver. Figure 3-32 gir en repetisjon av membranens struktur med fokus på protein-komponenter. Hovedgruppering av mebranproteiner er: 1. Integrale membranproteiner 2. Perifere membranproteiner Integrale membranproteiner (intrinsic proteins) Har en eller flere segmenter innleiret i fosolipid-bilaget Transmembran-proteiner går gjennom hele laget Består av α-helix eller multiple β-tråder Perifere membranproteiner (extrinsic proteins) Har ikke interaksjon med den hydrofobe kjernen i fosolipid-bilaget Er bundet indirekte til membranen med interaksjoner med integrale membranproteiner eller direkte ved binding til lipiders polare hoder

12 Membran-proteiner (Del 3.4) Figure 3-32

13 Membran-proteiner (Del 3.4) Hydrofobe α-helixer i transmembran-proteiner er innleiret i bilaget eller også med ione-interaksjoner med polare hodegrupper i fosfolipidene Glycophorin - erythrocyt-membranprotein - viser begge typer koblinger ( Figure 3-33). Er egentlig en dimer men kun én av polypeptid-kjedene er vist. Bør kunne noen detaljer i oppbyggingen av dette transmembran-proteinet. Mange integrale proteiner inneholder multiple transmembran- α-helixer. Et eksempel er bakterie-fotosyntese-reaksjonsenteret (PRC) som består av fire underenheter og flere prostetiske grupper (inkl. 4 klorofyll-molekyler; se Figure 16-40). Et annet fotosyntese-bakterie integral-protein er bacteriorhodopsin - kartlagt gjennom elektron-diffraksjonsanalyser (Figure 3-34). Lyset absorberes i retinalgruppen som forårsaker en konformasjonsendring av proteinet - med påfølgende protonpumping fra cytosol over bakteriemembranen til det extracellulære rommet (exterior). Proton-konsentrasjonsgradienten over membranen gir ATP-dannelse.

14 Membran-proteiner (Del 3.4) Figure 3-33

15 Membran-proteiner (Del 3.4) Figure 3-34