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ntdecken Sie die Schlüsselrolle der Holoenzymregulierung bei der Zellsignalisierung und verstehen Sie, wie diese mysteriösen Regelungsmechanismen unsere physiologischen Prozesse beeinflussen
Holoenzyme, insbesondere holoosterische Enzyme, sind ein sehr wichtiges Konzept in der Biochemie. Diese Enzyme sind in der Lage, bei der Bindung eines Effektors (Regulators) ihre Konformation zu ändern und dadurch ihre Affinität zu einer anderen Ligandenbindungsstelle zu beeinflussen. Dieses als „Fernwirkung“ bekannte Phänomen zeigt, wie verschiedene Regulationsmechanismen unterschiedliche physiologische Prozesse innerhalb von Zellen beeinflussen können.
Der Kern der Holoenzymregulierung besteht darin, dass die Bindung eines Liganden die Bindung eines anderen Liganden beeinflussen kann, was die Essenz des holoosterischen Konzepts ist.
Holase spielt eine Schlüsselrolle in grundlegenden biologischen Prozessen wie der Zellsignalisierung und der Stoffwechselregulierung. Die holo-osterische Regulierung ist nicht mehr auf Enzyme in mehreren Systemen beschränkt; in vielen Systemen wurden die holo-osterischen Eigenschaften einzelner Enzyme bestätigt. Gleichzeitig ermöglicht das Vorhandensein der vollständigen Osteric-Stelle die Bindung von Effektoren an das Protein, was normalerweise dynamische Konformationsänderungen im Protein verursacht. Diese Umwandlung kann die Aktivität des Enzyms erhöhen, und diese Effektoren werden holosterische Aktivatoren genannt, während das Gegenteil holosterische Inhibitoren genannt wird.
Die homosterische Regulierung weist Regelkreise auf, die in der Natur vorkommen, wie etwa Rückkopplungen von nachgelagerten Produkten oder Vorwärtskopplungen von vorgelagerten Substraten. Langreichweitige holo-osterische Effekte sind insbesondere bei der Zellsignalisierung von Bedeutung, da eine derartige Regulierung den Zellen hilft, ihre Enzymaktivität als Reaktion auf Veränderungen in der Umgebung anzupassen.
Die Definition der holo-osterischen Regulation leitet sich von den griechischen Wurzeln allōs (ἄλλος, „andere“) und stereos (στερεὀς, „fest“) ab und bezieht sich auf die Beziehung zwischen der regulatorischen Stelle und der aktiven Stelle von das holo-osterische Protein. Der physikalische Unterschied des Punktes.
In einem Komplex aus mehreren Untereinheiten kann das katalytische Enzym (Holoenzym) vorübergehend oder dauerhaft mit einem Cofaktor (z. B. ATP) verbunden sein. Dieser Vorgang ist entscheidend, da die Reaktionsgeschwindigkeit einer unkatalysierten Reaktion sehr niedrig ist. Die Optimierung der katalytischen Aktivität ist ein wichtiger Treiber der Proteinevolution. Die meisten holo-osterischen Enzyme haben mehrere gekoppelte Domänen/Untereinheiten und zeigen kooperative Bindungseigenschaften, was dazu führt, dass holo-osterische Enzyme normalerweise eine sigmoidale Abhängigkeit von der Substratkonzentration aufweisen.
Dies ermöglicht es den meisten holosterischen Enzymen, die katalytische Leistung bei kleinen Änderungen der Effektorkonzentration drastisch zu verändern.
Der Effektor kann das Substrat selbst (homologer Effektor) oder ein anderes kleines Molekül (heterologer Effektor) sein, das eine Umgestaltung des Enzyms bewirken kann, indem es die Struktur des Enzyms zwischen hochaffinen und niedrigaffinen Zuständen neu verteilt. Aktiver werden oder weniger aktiv. Die Stelle, an der heterologe Effektoren binden, die holoosterische Stelle, ist normalerweise von der aktiven Stelle getrennt, aber thermodynamisch an diese gekoppelt.
Die All-osteric-Datenbank (ASD, http://mdl.shsmu.edu.cn/ASD) bietet a Eine zentrale Ressource zum Anzeigen, Suchen und Analysieren der Struktur, Funktion und damit verbundener Erkenntnisse ganzer Ostermoleküle, einschließlich ganzer Osterenzyme und ihrer Regulatoren. Zu jedem Enzym gibt es eine detaillierte Beschreibung seiner allgemeinen osmotischen Eigenschaften, biologischen Prozesse und damit verbundenen Erkrankungen, während zu jedem Modulator Informationen zu Bindungsaffinität, physikochemischen Eigenschaften und therapeutischen Bereichen vorliegen.
Dynamische Eigenschaften
Obwohl Hämoglobin kein Enzym ist, ist es ein klassisches Beispiel für ein holoosterisches Protein und war eines der ersten Moleküle, dessen Kristallstruktur entschlüsselt wurde. In den letzten Jahren hat sich das Escherichia coli-Enzym Aspartat-Carbamoyltransferase (ATCase) zu einem weiteren herausragenden Beispiel holo-osterischer Regulierung entwickelt. Die kinetischen Eigenschaften holoosterischer Enzyme werden häufig verwendet, um ihre Konformationsänderungen zwischen einem „angespannten“ Zustand mit geringer Aktivität und geringer Affinität und einem „entspannten“ Zustand mit hoher Aktivität und hoher Affinität zu erklären.Diese strukturell unterschiedlichen Enzymformen wurden in mehreren bekannten holo-osterischen Enzymen nachgewiesen, die molekulare Grundlage der Umwandlung ist jedoch noch immer nicht vollständig verstanden.
Zur Beschreibung dieses Mechanismus wurden zwei Hauptmodelle vorgeschlagen: das „kollaborative Modell“ von Monod, Wyman und Changeux und das „sequentielle Modell“ von Koshland, Nemethy und Filmer. Im kooperativen Modell wird angenommen, dass Proteine zwei globale „Alles-oder-nichts“-Zustände haben. Dieses Modell wird durch positive Kooperation unterstützt, da die Bindung eines Liganden die Fähigkeit des Enzyms erhöht, weitere Liganden zu binden. Das sequentielle Modell hingegen geht davon aus, dass es mehrere globale Konformations-/Energiezustände gibt und jedes Mal, wenn das Enzym einen Liganden bindet, seine Bereitschaft zur Bindung an andere Liganden steigt. Allerdings erklärt keines der Modelle die globale osterische Bindung vollständig. Phänomen .
In jüngster Zeit könnte die Kombination physikalischer Techniken (z. B. Röntgenkristallographie, Kleinwinkel-Röntgenstreuung in Lösungen usw.) und genetischer Techniken (z. B. gezielte Mutagenese) unser Verständnis der holo-osterischen . Die Regulierung von Holoenzymen spielt nicht nur eine Schlüsselrolle, sondern hat auch einen wichtigen Einfluss auf die Anpassungsfähigkeit vieler biologischer Prozesse, was die Frage aufwirft: Verstehen wir die Rolle und Bedeutung der Regulierung von Holoenzymen bei Lebensphänomenen vollständig?
