Hoofdstuk 6: Regulatie van enzymen
verschillende manieren van regulatie van enzymactiviteit: substraat
niveau controle
Substraat niveau
Regulatie via directe interactie van de substraten en producten met het
katalyserend enzym.
Hoe hoger de substraat concentratie, hoe vlugger de reactie (tot saturatie
van enzym).
Bij hoge concentraties van product, zal er inhibitie optreden van de
enzymactiviteit (negatieve feedback). (zie H2)
Regulatie door effectoren
De enzym-substraat affiniteit kan veranderen door de binding van
effectoren op het enzym, met als gevolg de verandering van de
enzymactiviteit.
Een positieve effector zal de enzymactiviteit activeren.
Een negatieve effector zal de enzymactiviteit inhiberen.
Committed step
Een committed step van een metabole pathway is de stap waarbij de
producten van de reactie uitsluitend bestemd zijn voor de synthese van de
uiteindelijke eindproducten van de metabole pathway.
Feedback controle door effectoren
Metabole pathways zijn een opeenvolging van reacties. Een voorbeeld van
zo’n ‘assembly line’ ziet er als volgt uit:
Pos en neg
effectoren
Allosterische regulatie
• De controle van de enzymatische activiteit door een niet- covalente
modificatie noemt men ‘allosterische regulatie’wanneer de effector
aan het enzym bindt op een plaats die verschilt van de
substraatbindingsplaats.
• Allosterische enzymen zijn multimeren (dimeren, trimeren,...) en
hebben dus meerdere bindingsplaatsen voor de effectoren en
voor de substraten.
• Een negatieve allosterische effector verlaagt de activiteit van het
enzym terwijl een positieve allosterische effector de activiteit van
een enzym verhoogt.
• Enzymen die een committed step katalyseren zijn zo goed als altijd
allosterisch gereguleerde enzymen.
• Het effect van de allosterie wordt overgedragen naar het actief
centrum door een ruimtelijke structuurverandering van het enzym
, ATCase: Relaxed state (R) en Tense state (T)
• Evenwicht tussen twee vormen: minder actieve T (tense) en meer
actieve R (relaxed)
• Binding van substraat(analoog) zorgt voor een conformationele
verandering (homoallosterie of coöperativiteit) die het evenwicht
naar de R vorm verschuift
• Binding van negatieve effector CTP (heteroallosterie) verschuift
evenwicht naar de T vorm
• Binding van positieve effector ATP (heteroallosterie) verschuift
evenwicht naar de R vorm
Kinetiek van allosterisch gereguleerde enzymen
• Allosterisch gereguleerde enzymes volgen NIET de rechthoekige
hyperbool Michaelis-Menten kinetiek: sigmoidale curve
• Verklaring voor de sigmoïdale curve: evenwicht tussen curves van
zuivere R vorm en curve van zuivere T vorm, met meer R naarmate
S stijgt.
Biochemisch voordeel van allosterisch gereguleerde enzymen: snellere
stijging in activiteit door kleine substraat concentratie veranderingen rond
de Km in vergelijking met enzymen die de Michaelis-Menten kinetiek
volgen.
Met positieve effector meer naar R, met negatieve effector meer naar T
Modellen voor allosterie
Twee modellen kunnen opgesteld worden voor allosterie:
verschillende manieren van regulatie van enzymactiviteit: substraat
niveau controle
Substraat niveau
Regulatie via directe interactie van de substraten en producten met het
katalyserend enzym.
Hoe hoger de substraat concentratie, hoe vlugger de reactie (tot saturatie
van enzym).
Bij hoge concentraties van product, zal er inhibitie optreden van de
enzymactiviteit (negatieve feedback). (zie H2)
Regulatie door effectoren
De enzym-substraat affiniteit kan veranderen door de binding van
effectoren op het enzym, met als gevolg de verandering van de
enzymactiviteit.
Een positieve effector zal de enzymactiviteit activeren.
Een negatieve effector zal de enzymactiviteit inhiberen.
Committed step
Een committed step van een metabole pathway is de stap waarbij de
producten van de reactie uitsluitend bestemd zijn voor de synthese van de
uiteindelijke eindproducten van de metabole pathway.
Feedback controle door effectoren
Metabole pathways zijn een opeenvolging van reacties. Een voorbeeld van
zo’n ‘assembly line’ ziet er als volgt uit:
Pos en neg
effectoren
Allosterische regulatie
• De controle van de enzymatische activiteit door een niet- covalente
modificatie noemt men ‘allosterische regulatie’wanneer de effector
aan het enzym bindt op een plaats die verschilt van de
substraatbindingsplaats.
• Allosterische enzymen zijn multimeren (dimeren, trimeren,...) en
hebben dus meerdere bindingsplaatsen voor de effectoren en
voor de substraten.
• Een negatieve allosterische effector verlaagt de activiteit van het
enzym terwijl een positieve allosterische effector de activiteit van
een enzym verhoogt.
• Enzymen die een committed step katalyseren zijn zo goed als altijd
allosterisch gereguleerde enzymen.
• Het effect van de allosterie wordt overgedragen naar het actief
centrum door een ruimtelijke structuurverandering van het enzym
, ATCase: Relaxed state (R) en Tense state (T)
• Evenwicht tussen twee vormen: minder actieve T (tense) en meer
actieve R (relaxed)
• Binding van substraat(analoog) zorgt voor een conformationele
verandering (homoallosterie of coöperativiteit) die het evenwicht
naar de R vorm verschuift
• Binding van negatieve effector CTP (heteroallosterie) verschuift
evenwicht naar de T vorm
• Binding van positieve effector ATP (heteroallosterie) verschuift
evenwicht naar de R vorm
Kinetiek van allosterisch gereguleerde enzymen
• Allosterisch gereguleerde enzymes volgen NIET de rechthoekige
hyperbool Michaelis-Menten kinetiek: sigmoidale curve
• Verklaring voor de sigmoïdale curve: evenwicht tussen curves van
zuivere R vorm en curve van zuivere T vorm, met meer R naarmate
S stijgt.
Biochemisch voordeel van allosterisch gereguleerde enzymen: snellere
stijging in activiteit door kleine substraat concentratie veranderingen rond
de Km in vergelijking met enzymen die de Michaelis-Menten kinetiek
volgen.
Met positieve effector meer naar R, met negatieve effector meer naar T
Modellen voor allosterie
Twee modellen kunnen opgesteld worden voor allosterie:
