Πληροφορίες

Λειτουργία Συνενζύμων

Λειτουργία Συνενζύμων


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Είναι η λειτουργία ενός συνενζύμου να κάνει μια αντίδραση να τρέχει πιο γρήγορα; Εάν οι καταλύτες επιταχύνουν τις αντιδράσεις και τα ένζυμα είναι καταλύτες και τα συνένζυμα κάνουν τα ένζυμα να λειτουργούν καλύτερα, αυτό σημαίνει ότι τα συνένζυμα κάνουν τις αντιδράσεις γρηγορότερες;


Για να συμβούν χημικές αντιδράσεις, τα μόρια πρέπει να συγκρουστούν υπό κατάλληλες συνθήκες που μπορούν να βοηθήσουν στη δημιουργία ενζύμων. Για παράδειγμα, χωρίς την παρουσία ενός κατάλληλου ενζύμου, τα μόρια γλυκόζης και τα μόρια φωσφορικών στο 6-φωσφορικό γλυκόζη θα παραμείνουν συνδεδεμένα. Αλλά όταν εισάγετε το ένζυμο υδρολάσης, τα μόρια γλυκόζης και φωσφορικού διαχωρίζονται.

Το τυπικό μοριακό βάρος ενός ενζύμου (το συνολικό ατομικό βάρος των ατόμων ενός μορίου) κυμαίνεται από περίπου 10.000 έως περισσότερα από 1 εκατομμύριο. Ένας μικρός αριθμός ενζύμων δεν είναι στην πραγματικότητα πρωτεΐνες, αλλά αποτελούνται από μικρά καταλυτικά μόρια RNA. Άλλα ένζυμα είναι σύμπλοκα πολλαπλών πρωτεϊνών που περιλαμβάνουν πολλαπλές μεμονωμένες υπομονάδες πρωτεΐνης.

Ενώ πολλά ένζυμα καταλύουν τις αντιδράσεις μόνα τους, ορισμένα απαιτούν πρόσθετα μη πρωτεϊνικά συστατικά που ονομάζονται «συμπαράγοντες», τα οποία μπορεί να είναι ανόργανα ιόντα όπως Fe 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ ή Zn 2+ , ή μπορεί να αποτελούνται από οργανικά ή μεταλλικά -οργανικά μόρια γνωστά ως «συνένζυμα».


Φασματομετρία μάζας και φασματοσκοπία μάζας βασισμένη σε ποσοτική μεταβολιμότητα

Ανάλυση συνενζύμων και αντιοξειδωτικών στο πλήρες αίμα, ιστό και κύτταρα

Συνένζυμα όπως συνένζυμο Α, ακετυλοσυνένζυμο Α, συνένζυμα οξειδοαναγωγικής κυψελίδας: NAD + (οξειδωμένο νικοτιναμίδιο αδενίνη δινουκλεοτίδιο), NADH (μειωμένο νικοτιναμίδιο αδενίνη δινουκλεοτίδιο), NADP + (οξειδωμένο νικοτιναμίδιο αδενίνη διουκλεοτιδική φωσφορική φωσφορική) ενεργειακά συνένζυμα: ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη), ADP (διφωσφορική αδενοσίνη) και AMP (μονοφωσφορική αδενοσίνη) και αντιοξειδωτικά: GSSG (οξειδωμένη γλουταθειόνη) και GSH (ανηγμένη γλουταθειόνη) είναι θεμελιώδη για τη λειτουργία σχεδόν όλων των ζωντανών κυττάρων. Το αυξημένο ενδιαφέρον για την ανάλυση αυτών των μορίων προέρχεται από τον ολοένα και πιο συνειδητοποιημένο ρόλο τους στην ανθρώπινη υγεία καθώς και σε σημαντικές ασθένειες. Επί του παρόντος, η ανάλυση αυτών των συνενζύμων σε ένα βήμα χρησιμοποιώντας MS είναι προκλητική λόγω πολυάριθμων παραγόντων, συμπεριλαμβανομένης της καταστολής ιόντων, στον κατακερματισμό της πηγής και των διαφορών μονάδας μάζας μεταξύ πολλών συνενζύμων. 111 Η πιο κρίσιμη πρόκληση, η οποία δεν συνδέεται με την αναλυτική μέθοδο, είναι η εξαιρετικά ασταθής φύση των συνενζύμων, πολλά συνένζυμα αποφεύγουν την ανίχνευση εντελώς ή τα επίπεδά τους μειώνονται σημαντικά ανάλογα με τη διαδικασία συλλογής και εκχύλισης που χρησιμοποιείται. Οι πρόσφατες μεθοδολογικές εξελίξεις στη συλλογή δειγμάτων, την επεξεργασία και την ανάλυση NMR έχουν αμβλύνει αυτές τις μεγάλες προκλήσεις και επέτρεψαν την ανάλυσή τους σε ένα βήμα σε πλήρες αίμα, ιστό και κύτταρα 111-114 (Εικ. 5). Οι ταυτότητες των συνενζύμων και των αντιοξειδωτικών σε αυτά τα δείγματα επιβεβαιώθηκαν συνδυάζοντας τεχνικές 1D/2D NMR, βάσεις δεδομένων χημικής μετατόπισης, μετρήσεις pH και, τέλος, αιχμή με αυθεντικές ενώσεις. Είναι σημαντικό, εκτός από τα συνένζυμα, οι νέες μέθοδοι να επιτρέπουν την ποσοτική ανάλυση μιας τεράστιας δεξαμενής άλλων μεταβολιτών χρησιμοποιώντας τα ίδια φάσματα 1D NMR, χωρίς να χρειάζονται πρόσθετα πειράματα. Αυτό είναι σημαντικό αφού, για παράδειγμα, η συμβατική μεταβολιμολογία αίματος χρησιμοποιεί ορό ή πλάσμα. Ωστόσο, οι συγκεντρώσεις των συνενζύμων είναι πολύ χαμηλές στον ορό ή στο πλάσμα, ενώ σημαντικά συνένζυμα και αντιοξειδωτικά υπάρχουν στα ερυθρά και λευκά αιμοσφαίρια και επομένως στο πλήρες αίμα. Η αναφερόμενη μέθοδος μπορεί να μετρήσει ταυτόχρονα τα συνένζυμα και τα αντιοξειδωτικά, επιπλέον των σχεδόν 70 μεταβολιτών που αποδείχθηκε ότι ποσοτικοποιούνται στον ορό/πλάσμα. 110

Εικ. 5 Τμήματα τυπικών φάσεων 800 MHz 1 H NMR εκχυλισμάτων (Α) πλάσματος αίματος, (Β) πλήρους αίματος και (Γ) ιστού καρδιάς ποντικού. Ενδείκνυται η ταυτοποίηση οξειδοαναγωγικών και ενεργειακών συνενζύμων και αντιοξειδωτικών στο εκχύλισμα πλήρους αίματος/ιστού. NAD + , νικοτιναμίδιο αδενίνη δινουκλεοτίδιο, οξειδωμένο NADH, δινουκλεοτίδιο νικοτιναμίδης αδενίνης, ανηγμένη NADP + , φωσφορικό νικοτιναμίδιο αδενίνη δινουκλεοτίδιο, οξειδωμένο NADPH, φωσφορικό νικοτιναμίδιο αδενίνη δινουκλεοτίδιο, οξειδωμένο ATP, τριφωσφορική αδενοσίνη ADP, διφωσφορική αδενοσίνη ΑΜΠΕΡΑΖμονοφωσφορική αδενοσίνη GSH, γλουταθειόνη, μειωμένη GSSG, γλουταθειόνη, οξειδωμένη. Σημείωση: καμία από αυτές τις ενώσεις δεν ανιχνεύθηκε στο πλάσμα του αίματος.


Τύποι Cofactor

Βιταμίνες

Οι βιταμίνες είναι οργανικές ενώσεις που είναι συμπαράγοντες για τις απαραίτητες βιοχημικές αντιδράσεις. Οι βιταμίνες συνήθως πρέπει να καταναλώνονται στη διατροφή, επειδή δεν μπορούν να παραχθούν στο σώμα.

Πολλές βιταμίνες είναι συμπαράγοντες που βοηθούν τα ένζυμα να καταλύουν αντιδράσεις, όπως η παραγωγή σημαντικών πρωτεϊνών. Η βιταμίνη C, για παράδειγμα, είναι συμπαράγοντας για την παραγωγή κολλαγόνου του συνδετικού ιστού.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι άνθρωποι που παθαίνουν σκορβούτο - μια σοβαρή μορφή ανεπάρκειας βιταμίνης C - μπορεί να εμφανίσουν προβλήματα συνδετικού ιστού, όπως μυϊκή αδυναμία, μυϊκό πόνο, ακόμη και ανεξήγητη αιμορραγία, καθώς οι συνδετικοί ιστοί των αιμοφόρων αγγείων δεν μπορούν να αντικατασταθούν.

Οι ανεπάρκειες βιταμινών είναι μια καλή απεικόνιση των επιπτώσεων της ανεπάρκειας συν-παραγόντων. Όπως υπάρχουν πολλές πιθανές ελλείψεις βιταμινών με πολλά διαφορετικά συμπτώματα, υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί συν-παράγοντες που χρειάζεται το σώμα μας για να πραγματοποιήσει τις ποικίλες απαραίτητες βιοχημικές αντιδράσεις του.

Η απαίτηση του σώματος για ποικίλους συμπαράγοντες βιταμινών είναι επίσης ο λόγος για τον οποίο οι διατροφολόγοι συμβουλεύουν τους ανθρώπους να «τρώνε το ουράνιο τόξο» – πολλά χρώματα φυτών και#8217 παράγονται από συμπαράγοντες, οπότε η κατανάλωση φρούτων και λαχανικών σε μεγάλη ποικιλία χρωμάτων βοηθά διασφαλίζουμε ότι καταναλώνουμε μια υγιή ποικιλία συμπαράγοντων.

Μεταλλικά στοιχεία

Όπως οι βιταμίνες, τα μέταλλα είναι χημικές ουσίες που προέρχονται από το εξωτερικό του σώματος που πρέπει να καταποθούν για να επιτρέψουν στα κύτταρα μας να λειτουργήσουν σωστά. Η διαφορά είναι ότι ενώ οι βιταμίνες είναι οργανικά μόρια - μόρια που περιέχουν άνθρακα, τα οποία συχνά παράγονται από άλλα έμβια όντα - τα ανόργανα άλατα είναι ανόργανες ουσίες που απαντώνται φυσικά και συχνά βρίσκονται σε βράχους και χώμα.

Τα μέταλλα συχνά εισέρχονται στη διατροφή μας από φυτά, τα οποία τα βγάζουν από το έδαφος μέσω των ριζών τους μαζί με το νερό. Σε ορισμένες σπάνιες περιπτώσεις, τα άτομα με ανεπάρκεια βιταμινών μπορεί να αισθάνονται την ανάγκη να φάνε ορισμένους τύπους εδάφους για να λάβουν τα μέταλλα απευθείας από το έδαφος.

Τα μέταλλα που είναι σημαντικά για την ανθρώπινη υγεία περιλαμβάνουν τον χαλκό, ο οποίος είναι απαραίτητος για τη λειτουργία ορισμένων σημαντικών ηπατικών ενζύμων που διασπούν τις τοξίνες του σιδήρου, το οποίο είναι απαραίτητο για τη λειτουργία ορισμένων σημαντικών μεταβολικών ενζύμων μαγνησίου, τα οποία είναι απαραίτητα για τη λειτουργία της πολυμεράσης του DNA και άλλα ένζυμα και ο ψευδάργυρος, ο οποίος είναι επίσης απαραίτητος για την πολυμεράση του DNA καθώς και για ορισμένα ηπατικά ένζυμα.

Όπως και με τις βιταμίνες, μπορεί να υπάρχει πάρα πολύ καλό πράγμα – ενώ τα μέταλλα είναι απαραίτητα σε μικρές ποσότητες για τη λειτουργία του μεταβολισμού μας, η λήψη μεγάλων δόσεων από αυτά μπορεί να οδηγήσει σε τοξικότητα και θάνατο. Πράγματι, οι υπερβολικές δόσεις πολυβιταμινών που περιέχουν σίδηρο είναι η κύρια αιτία θανάτου σε παιδιά κάτω των 4 ετών, τα οποία μπορεί να μπερδέψουν αυτές τις πολυβιταμίνες με καραμέλες.

Οργανικοί συμπαράγοντες χωρίς βιταμίνες

Ορισμένοι συμπαράγοντες είναι οργανικές ουσίες που δεν ταξινομούνται ως ένζυμα. Μερικά από αυτά μπορεί να παρασκευάζονται μέσα στο σώμα μας και επομένως να μην χαρακτηρίζονται ως βιταμίνες.

Οι οργανικοί μη βιταμινικοί συμπαράγοντες περιλαμβάνουν το ATP - έναν ουσιαστικό βοηθό σε πολλές βιοχημικές διεργασίες, που μεταφέρει ενέργεια σε πολλά ένζυμα, πρωτεΐνες μεταφοράς και περισσότερο συνένζυμο Q, το οποίο παίζει ζωτικό ρόλο στη μιτοχονδριακή αλυσίδα μεταφοράς και την αίμη, που είναι ένας πολύπλοκος σίδηρος. που περιέχει ένωση που είναι απαραίτητη για τα κύτταρα του αίματός μας να μεταφέρουν οξυγόνο σε όλο μας το σώμα.


Παραγωγή Ενέργειας

Το συνένζυμο Α, με τη μορφή του ακετυλο-συνενζύμου Α, ξεκινά τον κύκλο του Krebs, μια χημική διαδικασία μέσα στο σώμα που έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα και τριφωσφορικής αδενοσίνης, σύμφωνα με το "Virtual Chembook" του Charles E. Ophardt. από το κολέγιο Elmhurst. Το ATP είναι μια σημαντική, πλούσια σε ενέργεια ένωση που παρέχει καύσιμο και ενέργεια που απαιτείται για τη σύνθεση της πρωτεΐνης και του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος, του γενετικού κώδικα που απαιτείται για την κυτταρική αναπαραγωγή στο σώμα.


Συνένζυμα

Εκτός από τη σύνδεση των υποστρωμάτων τους, οι ενεργές θέσεις πολλών ενζύμων δεσμεύουν άλλα μικρά μόρια που συμμετέχουν στην κατάλυση. Οι προσθετικές ομάδες είναι μικρά μόρια συνδεδεμένα με πρωτεΐνες στις οποίες παίζουν κρίσιμους λειτουργικούς ρόλους. Για παράδειγμα, το οξυγόνο που μεταφέρεται από τη μυοσφαιρίνη και την αιμοσφαιρίνη συνδέεται με την αίμη, μια προσθετική ομάδα αυτών των πρωτεϊνών. Σε πολλές περιπτώσεις τα μεταλλικά ιόντα (όπως ο ψευδάργυρος ή ο σίδηρος) συνδέονται με ένζυμα και παίζουν κεντρικούς ρόλους στην καταλυτική διαδικασία. Επιπλέον, διάφορα οργανικά μόρια χαμηλού μοριακού βάρους συμμετέχουν σε συγκεκριμένους τύπους ενζυματικών αντιδράσεων. Αυτά τα μόρια ονομάζονται συνένζυμα επειδή συνεργάζονται με ένζυμα για να ενισχύσουν τους ρυθμούς αντίδρασης. Σε αντίθεση με τα υποστρώματα, τα συνένζυμα δεν μεταβάλλονται αμετάκλητα από τις αντιδράσεις στις οποίες εμπλέκονται. Αντιθέτως, ανακυκλώνονται και μπορούν να συμμετέχουν σε πολλαπλές ενζυματικές αντιδράσεις.

Τα συνένζυμα χρησιμεύουν ως φορείς διαφόρων τύπων χημικών ομάδων. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα συνενζύμου είναι νικοτιναμίδιο αδενίνη δινουκλεοτίδιο (NAD +), το οποίο λειτουργεί ως φορέας ηλεκτρονίων σε αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής (Εικόνα 2.27). Το NAD + μπορεί να δεχθεί ένα ιόν υδρογόνου (H +) και δύο ηλεκτρόνια (e -) από ένα υπόστρωμα, σχηματίζοντας NADH. Το NADH μπορεί στη συνέχεια να δωρίσει αυτά τα ηλεκτρόνια σε ένα δεύτερο υπόστρωμα, σχηματίζοντας εκ νέου το NAD + . Έτσι, το NAD + μεταφέρει ηλεκτρόνια από το πρώτο υπόστρωμα (το οποίο οξειδώνεται) στο δεύτερο (το οποίο μειώνεται).

Εικόνα 2.27

Ο ρόλος του NAD + στις αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής. (Α) Το δινουκλεοτίδιο αδενίνης νικοτιναμιδίου (NAD + ) δρα ως φορέας ηλεκτρονίων σε αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής δεχόμενος ηλεκτρόνια (e - ) για να σχηματίσουν NADH. (Β) Για παράδειγμα, το NAD + μπορεί να δεχθεί ηλεκτρόνια από ένα υπόστρωμα (περισσότερα. )

Διάφορα άλλα συνένζυμα δρουν επίσης ως φορείς ηλεκτρονίων και άλλα συμμετέχουν στη μεταφορά μιας ποικιλίας πρόσθετων χημικών ομάδων (π.χ. καρβοξυλομάδες και ακυλομάδες Πίνακας 2.1). Τα ίδια συνένζυμα λειτουργούν μαζί με μια ποικιλία διαφορετικών ενζύμων για να καταλύουν τη μεταφορά συγκεκριμένων χημικών ομάδων μεταξύ ενός ευρέος φάσματος υποστρωμάτων. Πολλά συνένζυμα είναι στενά συνδεδεμένα με τις βιταμίνες, οι οποίες συνεισφέρουν μέρος ή ολόκληρη τη δομή του συνενζύμου. Οι βιταμίνες δεν απαιτούνται από βακτήρια όπως π.χ Ε. Coli αλλά είναι απαραίτητα συστατικά της δίαιτας ανθρώπων και άλλων ανώτερων ζώων, τα οποία έχουν χάσει την ικανότητα σύνθεσης αυτών των ενώσεων.

Πίνακας 2.1

Παραδείγματα συνενζύμων και βιταμινών.


6.5 Ένζυμα

Μια ουσία που βοηθά να συμβεί μια χημική αντίδραση είναι ένας καταλύτης και τα ειδικά μόρια που καταλύουν τις βιοχημικές αντιδράσεις ονομάζονται ένζυμα. Σχεδόν όλα τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες, που αποτελούνται από αλυσίδες αμινοξέων και εκτελούν το κρίσιμο καθήκον της μείωσης των ενεργειών ενεργοποίησης των χημικών αντιδράσεων στο εσωτερικό του κυττάρου. Τα ένζυμα το κάνουν αυτό δεσμεύοντας τα μόρια του αντιδρώντος και συγκρατώντας τα με τέτοιο τρόπο ώστε να κάνουν πιο εύκολα τις χημικές διαδικασίες θραύσης και σχηματισμού δεσμών. Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι τα ένζυμα δεν αλλάζουν το ∆G μιας αντίδρασης. Με άλλα λόγια, δεν αλλάζουν αν μια αντίδραση είναι εξωγενής (αυθόρμητη) ή ενδεργονική. Αυτό συμβαίνει επειδή δεν αλλάζουν την ελεύθερη ενέργεια των αντιδρώντων ή των προϊόντων. Μειώνουν μόνο την ενέργεια ενεργοποίησης που απαιτείται για την επίτευξη της μεταβατικής κατάστασης (Εικόνα 6.15).

Ενζυμική ενεργή τοποθεσία και ειδικότητα υποστρώματος

Τα χημικά αντιδραστήρια με τα οποία συνδέεται ένα ένζυμο είναι τα υποστρώματα του ενζύμου. Μπορεί να υπάρχουν ένα ή περισσότερα υποστρώματα, ανάλογα με τη συγκεκριμένη χημική αντίδραση. Σε ορισμένες αντιδράσεις, ένα υπόστρωμα μονής αντίδρασης διασπάται σε πολλά προϊόντα. Σε άλλα, δύο υποστρώματα μπορεί να ενώνονται για να δημιουργήσουν ένα μεγαλύτερο μόριο. Δύο αντιδραστήρια μπορεί επίσης να εισέλθουν σε μια αντίδραση, και τα δύο να τροποποιηθούν και να φύγουν από την αντίδραση ως δύο προϊόντα. Η θέση εντός του ενζύμου όπου συνδέεται το υπόστρωμα ονομάζεται ενεργή θέση του ενζύμου. Ο ενεργός ιστότοπος είναι εκεί που συμβαίνει η «δράση». Δεδομένου ότι τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες, υπάρχει ένας μοναδικός συνδυασμός υπολειμμάτων αμινοξέων (ονομάζονται επίσης πλευρικές αλυσίδες ή ομάδες R) εντός της ενεργού θέσης. Κάθε υπόλειμμα χαρακτηρίζεται από διαφορετικές ιδιότητες. Τα υπολείμματα μπορεί να είναι μεγάλα ή μικρά, ασθενώς όξινα ή βασικά, υδρόφιλα ή υδρόφοβα, θετικά ή αρνητικά φορτισμένα ή ουδέτερα. Ο μοναδικός συνδυασμός υπολειμμάτων αμινοξέων, οι θέσεις, οι αλληλουχίες, οι δομές και οι ιδιότητες τους, δημιουργούν ένα πολύ συγκεκριμένο χημικό περιβάλλον εντός της ενεργού θέσης. Αυτό το συγκεκριμένο περιβάλλον είναι κατάλληλο για σύνδεση, έστω και για λίγο, σε ένα συγκεκριμένο χημικό υπόστρωμα (ή υποστρώματα). Λόγω αυτής της αντιστοίχισης παζλ μεταξύ ενός ενζύμου και των υποστρωμάτων του (το οποίο προσαρμόζεται για να βρει την καλύτερη προσαρμογή μεταξύ της μεταβατικής κατάστασης και της ενεργού θέσης), τα ένζυμα είναι γνωστά για την ειδικότητά τους. Η «καλύτερη εφαρμογή» προκύπτει από το σχήμα και την έλξη της λειτουργικής ομάδας αμινοξέων στο υπόστρωμα. Υπάρχει ένα ειδικά προσαρμοσμένο ένζυμο για κάθε υπόστρωμα και, επομένως, για κάθε χημική αντίδραση, ωστόσο, υπάρχει επίσης ευελιξία.

Το γεγονός ότι οι ενεργές τοποθεσίες είναι απόλυτα κατάλληλες για να παρέχουν συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες σημαίνει επίσης ότι υπόκεινται σε επιρροές από το τοπικό περιβάλλον. Είναι αλήθεια ότι η αύξηση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος γενικά αυξάνει τους ρυθμούς αντίδρασης, καταλυόμενους από ένζυμα ή με άλλο τρόπο. Ωστόσο, η αύξηση ή η μείωση της θερμοκρασίας εκτός ενός βέλτιστου εύρους μπορεί να επηρεάσει τους χημικούς δεσμούς εντός της ενεργού θέσης με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι λιγότερο κατάλληλοι για τη σύνδεση υποστρωμάτων. Οι υψηλές θερμοκρασίες θα προκαλέσουν τελικά τη μετουσίωση ενζύμων, όπως και άλλα βιολογικά μόρια, μια διαδικασία που αλλάζει τις φυσικές ιδιότητες μιας ουσίας. Ομοίως, το pH του τοπικού περιβάλλοντος μπορεί επίσης να επηρεάσει τη λειτουργία των ενζύμων. Τα υπολείμματα αμινοξέων σε ενεργή θέση έχουν τις δικές τους όξινες ή βασικές ιδιότητες που είναι οι βέλτιστες για κατάλυση. Αυτά τα υπολείμματα είναι ευαίσθητα στις μεταβολές του pH που μπορούν να βλάψουν τον τρόπο σύνδεσης των μορίων υποστρώματος. Τα ένζυμα είναι κατάλληλα για να λειτουργούν καλύτερα σε ένα συγκεκριμένο εύρος pH και, όπως συμβαίνει με τη θερμοκρασία, οι ακραίες τιμές pH (όξινο ή βασικό) του περιβάλλοντος μπορεί να προκαλέσουν μετουσίωση των ενζύμων.

Λειτουργία επαγόμενης προσαρμογής και ενζύμου

Για πολλά χρόνια, οι επιστήμονες πίστευαν ότι η δέσμευση ενζύμου-υποστρώματος γινόταν με έναν απλό τρόπο «κλειδώματος και κλειδιού». Αυτό το μοντέλο υποστήριξε ότι το ένζυμο και το υπόστρωμα ταιριάζουν απόλυτα μαζί σε ένα στιγμιαίο βήμα. Ωστόσο, η τρέχουσα έρευνα υποστηρίζει μια πιο εκλεπτυσμένη άποψη που ονομάζεται επαγόμενη προσαρμογή (Εικόνα 6.16). Το μοντέλο επαγόμενης προσαρμογής επεκτείνεται στο μοντέλο κλειδώματος και κλειδιού περιγράφοντας μια πιο δυναμική αλληλεπίδραση μεταξύ ενζύμου και υποστρώματος. Καθώς το ένζυμο και το υπόστρωμα ενώνονται, η αλληλεπίδρασή τους προκαλεί μια ήπια μεταβολή στη δομή του ενζύμου που επιβεβαιώνει μια ιδανική διάταξη σύνδεσης μεταξύ του ενζύμου και της μεταβατικής κατάστασης του υποστρώματος. Αυτή η ιδανική σύνδεση μεγιστοποιεί την ικανότητα του ενζύμου να καταλύει την αντίδρασή του.

Σύνδεσμος στη Μάθηση

Δείτε μια κινούμενη εικόνα της επαγόμενης προσαρμογής σε αυτόν τον ιστότοπο.

Όταν ένα ένζυμο δεσμεύει το υπόστρωμά του, σχηματίζεται ένα σύμπλοκο ενζύμου-υποστρώματος. Αυτό το σύμπλεγμα μειώνει την ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης και προάγει την ταχεία εξέλιξή της με έναν από τους πολλούς τρόπους. Σε βασικό επίπεδο, τα ένζυμα προάγουν χημικές αντιδράσεις που περιλαμβάνουν περισσότερα από ένα υποστρώματα φέρνοντας τα υποστρώματα μαζί σε βέλτιστο προσανατολισμό. Η κατάλληλη περιοχή (άτομα και δεσμοί) ενός μορίου αντιπαρατίθεται στην κατάλληλη περιοχή του άλλου μορίου με την οποία πρέπει να αντιδράσει. Ένας άλλος τρόπος με τον οποίο τα ένζυμα προάγουν την αντίδραση των υποστρωμάτων τους είναι με τη δημιουργία ενός βέλτιστου περιβάλλοντος εντός της ενεργού θέσης για την εμφάνιση της αντίδρασης. Ορισμένες χημικές αντιδράσεις μπορεί να προχωρήσουν καλύτερα σε ένα ελαφρώς όξινο ή μη πολικό περιβάλλον. Οι χημικές ιδιότητες που προκύπτουν από τη συγκεκριμένη διάταξη των υπολειμμάτων αμινοξέων μέσα σε μια ενεργή θέση δημιουργούν το τέλειο περιβάλλον για την αντίδραση των ειδικών υποστρωμάτων ενός ενζύμου.

Έχετε μάθει ότι η ενέργεια ενεργοποίησης που απαιτείται για πολλές αντιδράσεις περιλαμβάνει την ενέργεια που εμπλέκεται στο χειρισμό ή την ελαφρά παραμόρφωση των χημικών δεσμών, έτσι ώστε να μπορούν εύκολα να σπάσουν και να επιτρέψουν σε άλλους να αναμορφωθούν. Η ενζυματική δράση μπορεί να βοηθήσει αυτή τη διαδικασία. Το σύμπλεγμα ενζύμου-υποστρώματος μπορεί να μειώσει την ενέργεια ενεργοποίησης παραμορφώνοντας μόρια υποστρώματος με τέτοιο τρόπο ώστε να διευκολύνει τη διάσπαση δεσμών, βοηθώντας στην επίτευξη της μεταβατικής κατάστασης. Τέλος, τα ένζυμα μπορούν επίσης να μειώσουν τις ενέργειες ενεργοποίησης συμμετέχοντας στην ίδια τη χημική αντίδραση. Τα υπολείμματα αμινοξέων μπορούν να παρέχουν ορισμένα ιόντα ή χημικές ομάδες που στην πραγματικότητα σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς με μόρια υποστρώματος ως απαραίτητο βήμα της διαδικασίας αντίδρασης. Σε αυτές τις περιπτώσεις, είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι το ένζυμο θα επιστρέφει πάντα στην αρχική του κατάσταση με την ολοκλήρωση της αντίδρασης. Μία από τις χαρακτηριστικές ιδιότητες των ενζύμων είναι ότι παραμένουν τελικά αμετάβλητα από τις αντιδράσεις που καταλύουν. Αφού ένα ένζυμο καταλύει μια αντίδραση, απελευθερώνει τα προϊόντα του.

Έλεγχος του μεταβολισμού μέσω της ρύθμισης των ενζύμων

Θα φαινόταν ιδανικό να υπάρχει ένα σενάριο στο οποίο όλα τα ένζυμα που κωδικοποιούνται στο γονιδίωμα ενός οργανισμού να υπάρχουν σε άφθονη προσφορά και να λειτουργούν βέλτιστα σε όλες τις κυτταρικές συνθήκες, σε όλα τα κύτταρα, ανά πάσα στιγμή. Στην πραγματικότητα, αυτό απέχει πολύ από την περίπτωση. Μια ποικιλία μηχανισμών διασφαλίζει ότι αυτό δεν συμβαίνει. Οι κυτταρικές ανάγκες και συνθήκες διαφέρουν από κύτταρο σε κύτταρο και αλλάζουν μέσα σε μεμονωμένα κύτταρα με την πάροδο του χρόνου. Τα απαιτούμενα ένζυμα και οι ενεργειακές απαιτήσεις των κυττάρων του στομάχου είναι διαφορετικά από εκείνα των κυττάρων αποθήκευσης λίπους, των κυττάρων του δέρματος, των κυττάρων του αίματος και των νευρικών κυττάρων. Επιπλέον, ένα πεπτικό κύτταρο εργάζεται πολύ πιο σκληρά για να επεξεργαστεί και να διασπάσει τα θρεπτικά συστατικά κατά τη διάρκεια του χρόνου που ακολουθεί στενά ένα γεύμα σε σύγκριση με πολλές ώρες μετά το γεύμα. Καθώς αυτές οι κυτταρικές απαιτήσεις και συνθήκες ποικίλλουν, το ίδιο και οι ποσότητες και η λειτουργικότητα των διαφόρων ενζύμων.

Δεδομένου ότι οι ρυθμοί των βιοχημικών αντιδράσεων ελέγχονται από την ενέργεια ενεργοποίησης και τα ένζυμα μειώνουν και καθορίζουν τις ενέργειες ενεργοποίησης για χημικές αντιδράσεις, οι σχετικές ποσότητες και η λειτουργία της ποικιλίας ενζύμων μέσα σε ένα κύτταρο καθορίζουν τελικά ποιες αντιδράσεις θα προχωρήσουν και με ποιους ρυθμούς. Αυτός ο προσδιορισμός ελέγχεται αυστηρά. Σε ορισμένα κυτταρικά περιβάλλοντα, η ενζυμική δραστηριότητα ελέγχεται εν μέρει από περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως το pH και η θερμοκρασία. Υπάρχουν άλλοι μηχανισμοί μέσω των οποίων τα κύτταρα ελέγχουν τη δραστηριότητα των ενζύμων και καθορίζουν τους ρυθμούς με τους οποίους θα προκύψουν διάφορες βιοχημικές αντιδράσεις.

Ρύθμιση των ενζύμων από μόρια

Τα ένζυμα μπορούν να ρυθμιστούν με τρόπους που είτε προάγουν είτε μειώνουν τη δραστηριότητά τους. Υπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη μορίων που αναστέλλουν ή προάγουν τη λειτουργία των ενζύμων, και υπάρχουν διάφοροι μηχανισμοί για να γίνει αυτό. Σε ορισμένες περιπτώσεις αναστολής ενζύμου, για παράδειγμα, ένα μόριο αναστολέα είναι αρκετά παρόμοιο με ένα υπόστρωμα που μπορεί να συνδεθεί με την ενεργό θέση και απλώς να εμποδίσει τη δέσμευση του υποστρώματος. Όταν συμβεί αυτό, το ένζυμο αναστέλλεται μέσω ανταγωνιστικής αναστολής, επειδή ένα μόριο αναστολέα ανταγωνίζεται το υπόστρωμα για τη δέσμευση ενεργού θέσης (Εικόνα 6.17). Από την άλλη πλευρά, σε μη ανταγωνιστική αναστολή, ένα μόριο αναστολέα συνδέεται με το ένζυμο σε μια θέση διαφορετική από μια αλλοστερική θέση και εξακολουθεί να καταφέρνει να εμποδίσει τη σύνδεση του υποστρώματος με τη δραστική θέση.

Ορισμένα μόρια αναστολέα συνδέονται με ένζυμα σε μια θέση όπου η σύνδεσή τους προκαλεί μια διαμορφωτική αλλαγή που μειώνει τη συγγένεια του ενζύμου με το υπόστρωμά του. Αυτός ο τύπος αναστολής ονομάζεται αλλοστερική αναστολή (Εικόνα 6.18). Τα περισσότερα αλλοστερικά ρυθμισμένα ένζυμα αποτελούνται από περισσότερα του ενός πολυπεπτίδια, πράγμα που σημαίνει ότι έχουν περισσότερες από μία υπομονάδες πρωτεΐνης. Όταν ένας αλλοστερικός αναστολέας δεσμεύεται σε ένα ένζυμο, όλες οι ενεργές θέσεις στις πρωτεϊνικές υπομονάδες αλλάζουν ελαφρώς έτσι ώστε να δεσμεύουν τα υποστρώματά τους με μικρότερη αποτελεσματικότητα. Υπάρχουν αλλοστερικοί ενεργοποιητές καθώς και αναστολείς. Οι αλλοστερικοί ενεργοποιητές συνδέονται σε θέσεις σε ένα ένζυμο μακριά από την ενεργό θέση, προκαλώντας μια διαμορφωτική αλλαγή που αυξάνει τη συγγένεια των ενεργών θέσεων του ενζύμου για το υπόστρωμά του.

Καθημερινή σύνδεση

Ανακάλυψη φαρμάκων με αναζήτηση αναστολέων βασικών ενζύμων σε συγκεκριμένες οδούς

Τα ένζυμα είναι βασικά συστατικά των μεταβολικών οδών. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο λειτουργούν τα ένζυμα και πώς μπορούν να ρυθμιστούν είναι μια βασική αρχή πίσω από την ανάπτυξη πολλών φαρμακευτικών φαρμάκων (Εικόνα 6.19) στην αγορά σήμερα. Οι βιολόγοι που εργάζονται σε αυτόν τον τομέα συνεργάζονται με άλλους επιστήμονες, συνήθως χημικούς, για να σχεδιάσουν φάρμακα.

Εξετάστε τις στατίνες για παράδειγμα—το όνομα που δίνεται στην κατηγορία των φαρμάκων που μειώνουν τα επίπεδα χοληστερόλης. Αυτές οι ενώσεις είναι ουσιαστικά αναστολείς του ενζύμου HMG-CoA αναγωγάση. Η αναγωγάση HMG-CoA είναι το ένζυμο που συνθέτει τη χοληστερόλη από τα λιπίδια στο σώμα. Αναστέλλοντας αυτό το ένζυμο, τα επίπεδα χοληστερόλης που συντίθεται στο σώμα μπορούν να μειωθούν. Ομοίως, η ακεταμινοφαίνη, η οποία κυκλοφορεί ευρέως στην αγορά με την εμπορική ονομασία Tylenol, είναι ένας αναστολέας του ενζύμου κυκλοοξυγενάση. Ενώ είναι αποτελεσματικό στην ανακούφιση από τον πυρετό και τη φλεγμονή (πόνος), ο μηχανισμός δράσης του δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητός.

Πώς αναπτύσσονται τα φάρμακα; Μία από τις πρώτες προκλήσεις στην ανάπτυξη φαρμάκων είναι ο εντοπισμός του συγκεκριμένου μορίου που προορίζεται να στοχεύσει το φάρμακο. Στην περίπτωση των στατινών, η αναγωγάση HMG-CoA είναι ο στόχος του φαρμάκου. Οι στόχοι των ναρκωτικών εντοπίζονται μέσω επίπονης έρευνας στο εργαστήριο. Ο προσδιορισμός του στόχου από μόνος του δεν είναι αρκετός, οι επιστήμονες πρέπει επίσης να γνωρίζουν πώς δρα ο στόχος μέσα στο κύτταρο και ποιες αντιδράσεις πηγαίνουν στραβά σε περίπτωση ασθένειας. Μόλις προσδιοριστεί ο στόχος και η οδός, τότε ξεκινά η πραγματική διαδικασία σχεδιασμού φαρμάκων. Κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου, χημικοί και βιολόγοι συνεργάζονται για να σχεδιάσουν και να συνθέσουν μόρια που μπορούν είτε να μπλοκάρουν είτε να ενεργοποιήσουν μια συγκεκριμένη αντίδραση. Ωστόσο, αυτή είναι μόνο η αρχή: και αν και όταν ένα πρωτότυπο φαρμάκου είναι επιτυχές στην εκτέλεση της λειτουργίας του, τότε πρέπει να υποβληθεί σε πολλές δοκιμές από πειράματα in vitro έως κλινικές δοκιμές προτού μπορέσει να πάρει την έγκριση του FDA για να κυκλοφορήσει στην αγορά.

Πολλά ένζυμα δεν λειτουργούν βέλτιστα, ούτε καν καθόλου, εκτός εάν συνδέονται με άλλα ειδικά μη πρωτεϊνικά βοηθητικά μόρια, είτε προσωρινά μέσω ιοντικών δεσμών ή υδρογόνου είτε μόνιμα μέσω ισχυρότερων ομοιοπολικών δεσμών. Δύο τύποι βοηθητικών μορίων είναι οι συμπαράγοντες και τα συνένζυμα. Η σύνδεση με αυτά τα μόρια προάγει τη βέλτιστη διαμόρφωση και λειτουργία για τα αντίστοιχα ένζυμα τους. Οι συμπαράγοντες είναι ανόργανα ιόντα όπως ο σίδηρος (Fe++) και το μαγνήσιο (Mg++). Ένα παράδειγμα ενζύμου που απαιτεί μεταλλικό ιόν ως συμπαράγοντα είναι το ένζυμο που δημιουργεί μόρια DNA, πολυμεράση DNA, το οποίο απαιτεί δεσμευμένο ιόν ψευδαργύρου (Zn ++) για να λειτουργήσει. Τα συνένζυμα είναι οργανικά βοηθητικά μόρια, με βασική ατομική δομή αποτελούμενη από άνθρακα και υδρογόνο, τα οποία απαιτούνται για τη δράση του ενζύμου. Οι πιο κοινές πηγές συνενζύμων είναι οι διαιτητικές βιταμίνες (Εικόνα 6.20). Ορισμένες βιταμίνες είναι πρόδρομες ουσίες των συνενζύμων και άλλες δρουν άμεσα ως συνένζυμα. Η βιταμίνη C είναι ένα συνένζυμο για πολλά ένζυμα που συμμετέχουν στη δημιουργία του σημαντικού συστατικού του συνδετικού ιστού, του κολλαγόνου. Ένα σημαντικό βήμα στη διάσπαση της γλυκόζης για απόδοση ενέργειας είναι η κατάλυση από ένα σύμπλεγμα πολλών ενζύμων που ονομάζεται πυροσταφυλική αφυδρογονάση. Η πυροσταφυλική αφυδρογονάση είναι ένα σύμπλεγμα πολλών ενζύμων που απαιτεί στην πραγματικότητα έναν συμπαράγοντα (ένα ιόν μαγνησίου) και πέντε διαφορετικά οργανικά συνένζυμα για να καταλύσει τη συγκεκριμένη χημική αντίδρασή του. Επομένως, η ενζυμική λειτουργία ρυθμίζεται, εν μέρει, από μια πληθώρα διαφόρων συμπαράγοντων και συνενζύμων, τα οποία παρέχονται κυρίως από τη διατροφή των περισσότερων οργανισμών.

Διαμερισματοποίηση ενζύμων

Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, μόρια όπως τα ένζυμα συνήθως χωρίζονται σε διαφορετικά οργανίδια. Αυτό επιτρέπει ένα ακόμη επίπεδο ρύθμισης της ενζυμικής δραστηριότητας. Τα ένζυμα που απαιτούνται μόνο για ορισμένες κυτταρικές διεργασίες μπορούν να στεγαστούν χωριστά μαζί με τα υποστρώματά τους, επιτρέποντας πιο αποτελεσματικές χημικές αντιδράσεις. Παραδείγματα αυτού του είδους ρύθμισης ενζύμων με βάση τη θέση και την εγγύτητα περιλαμβάνουν τα ένζυμα που εμπλέκονται στα τελευταία στάδια της κυτταρικής αναπνοής, τα οποία λαμβάνουν χώρα αποκλειστικά στα μιτοχόνδρια, και τα ένζυμα που εμπλέκονται στην πέψη κυτταρικών υπολειμμάτων και ξένων υλικών, που βρίσκονται μέσα στα λυσοσώματα.

Αναστολή ανατροφοδότησης σε μεταβολικά μονοπάτια

Τα μόρια μπορούν να ρυθμίσουν τη λειτουργία των ενζύμων με πολλούς τρόπους. Ωστόσο, παραμένει ένα μείζον ερώτημα: Τι είναι αυτά τα μόρια και από πού προέρχονται; Ορισμένα είναι συμπαράγοντες και συνένζυμα, ιόντα και οργανικά μόρια, όπως έχετε μάθει. Ποια άλλα μόρια στο κύτταρο παρέχουν ενζυμική ρύθμιση, όπως αλλοστερική διαμόρφωση και ανταγωνιστική και μη ανταγωνιστική αναστολή; Η απάντηση είναι ότι μια μεγάλη ποικιλία μορίων μπορεί να εκτελέσει αυτούς τους ρόλους. Μερικά από αυτά τα μόρια περιλαμβάνουν φαρμακευτικά και μη φαρμακευτικά φάρμακα, τοξίνες και δηλητήρια από το περιβάλλον. Perhapsσως οι πιο σχετικές πηγές ρυθμιστικών μορίων ενζύμων, σε σχέση με τον κυτταρικό μεταβολισμό, είναι τα ίδια τα προϊόντα των κυτταρικών μεταβολικών αντιδράσεων. Με έναν πιο αποτελεσματικό και κομψό τρόπο, τα κύτταρα έχουν εξελιχθεί για να χρησιμοποιούν τα προϊόντα των δικών τους αντιδράσεων για αναστολή της ανατροφοδότησης της δραστηριότητας του ενζύμου. Η αναστολή ανάδρασης περιλαμβάνει τη χρήση ενός προϊόντος αντίδρασης για τη ρύθμιση της δικής του περαιτέρω παραγωγής (Εικόνα 6.21). Το κύτταρο ανταποκρίνεται στην αφθονία συγκεκριμένων προϊόντων επιβραδύνοντας την παραγωγή κατά τη διάρκεια αναβολικών ή καταβολικών αντιδράσεων. Τέτοια προϊόντα αντίδρασης μπορεί να αναστείλουν τα ένζυμα που καταλύουν την παραγωγή τους μέσω των μηχανισμών που περιγράφονται παραπάνω.

Η παραγωγή τόσο των αμινοξέων όσο και των νουκλεοτιδίων ελέγχεται μέσω αναστολής ανάδρασης. Επιπλέον, το ATP είναι ένας αλλοστερικός ρυθμιστής ορισμένων ενζύμων που εμπλέκονται στην καταβολική διάσπαση του σακχάρου, η διαδικασία που παράγει ATP. Με αυτόν τον τρόπο, όταν το ATP είναι άφθονο, το κύτταρο μπορεί να εμποδίσει την περαιτέρω παραγωγή του. Θυμηθείτε ότι το ATP είναι ένα ασταθές μόριο που μπορεί αυθόρμητα να διαχωριστεί σε ADP. Αν υπήρχε πολύ ΑΤΡ σε ένα κελί, μεγάλο μέρος του θα πήγαινε χαμένο. Από την άλλη πλευρά, το ADP χρησιμεύει ως θετικός αλλοστερικός ρυθμιστής (ένας αλλοστερικός ενεργοποιητής) για ορισμένα από τα ίδια ένζυμα που αναστέλλονται από το ATP. Έτσι, όταν τα σχετικά επίπεδα ADP είναι υψηλά σε σύγκριση με το ATP, το κύτταρο ενεργοποιείται να παράγει περισσότερο ATP μέσω του καταβολισμού της ζάχαρης.


Ένζυμο: Ιδιότητες, Ταξινόμηση και Λειτουργίες

Το ένζυμο είναι μια ουσία που λειτουργεί ως βιολογικός οργανικός καταλύτης για την ενίσχυση των χημικών αντιδράσεων. Τα ένζυμα παράγονται από τα κύτταρα αλλά η παρουσία του κυττάρου δεν είναι απαραίτητη για τη δραστηριότητά τους. Όλα τα ένζυμα είναι πρωτεϊνικής φύσης. Πολλά ένζυμα είναι απλές πρωτεΐνες και δεν απαιτούν πρόσθετο παράγοντα για τη δραστηριότητά τους. Ορισμένα ένζυμα συντίθενται σε ανενεργή μορφή που ονομάζονται ζυμογόνα ή προένζυμα όπως τρυψινογόνο, χυμοτρυψινογόνο και πεψινογόνο.

Ορισμένα ένζυμα απαιτούν επιπλέον παράγοντες εκτός από το μόριο πρωτεΐνης για τη δραστηριότητά τους. Ο γενικός συμπαράγοντας χρησιμοποιείται για τέτοιους παράγοντες. Χωρίζονται σε τρεις ομάδες όπως:

Η προσθετική ομάδα είναι το μη πρωτεϊνικό μέρος του μορίου του ενζύμου που παραμένει στενά συνδεδεμένο με το ένζυμο πρωτεΐνη. Το συνένζυμο αντιπροσωπεύει ένα μη-πρωτεϊνικό μέρος ενός ενζύμου που μπορεί να διαχωριστεί εύκολα από την πρωτεΐνη του ενζύμου. Η απομάκρυνση του συνενζύμου οδηγεί στην απώλεια της καταλυτικής ισχύος του ενζύμου. Το πρωτεϊνικό μέρος ενός τέτοιου ενζύμου ονομάζεται αποένζυμο και το αποένζυμο μαζί με το συνένζυμο του ονομάζεται ολοένζυμο. ,

Νικοτιναμίδιο αδενίνη δινουκλεοτίδιο (NAD) συντίθεται από βιταμίνη νιασίνη και πυροφωσφορική θειαμίνη (TPF, συντίθεται από βιταμίνη Β1) είναι ένα παράδειγμα τέτοιων συνενζύμων. Ενεργοποιητής μεταλλικών ιόντων - ένας μεγάλος αριθμός ενζύμων απαιτούν μεταλλικά μονο ή δισθενή κατιόντα όπως K+, Mn++, Mg++, Ca++ και Zn++ για την ενεργοποίησή τους.

Είναι γνωστό ότι τα ένζυμα επηρεάζουν το ρυθμό των βιοχημικών αντιδράσεων με διάφορους τρόπους. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το συνένζυμο αντιδρά πρώτα με το υπόστρωμα για να σχηματίσει μια νέα ένωση. Στο επόμενο βήμα, η ενδιάμεση ένωση που σχηματίζεται με αυτόν τον τρόπο υφίσταται μια δεύτερη αλλαγή κατά την οποία το ένζυμο απελευθερώνεται στην αρχική του μορφή και το υπόστρωμα σε μια αλλοιωμένη μορφή που ονομάζεται προϊόν.


Έλεγχος του μεταβολισμού μέσω της ρύθμισης των ενζύμων

Θα φαινόταν ιδανικό να υπάρχει ένα σενάριο στο οποίο όλα τα ένζυμα που κωδικοποιούνται στο γονιδίωμα ενός οργανισμού να υπάρχουν σε άφθονη προσφορά και να λειτουργούν βέλτιστα σε όλες τις κυτταρικές συνθήκες, σε όλα τα κύτταρα, ανά πάσα στιγμή. Στην πραγματικότητα, αυτό απέχει πολύ από την περίπτωση. Μια ποικιλία μηχανισμών διασφαλίζουν ότι αυτό δεν συμβαίνει. Οι κυτταρικές ανάγκες και συνθήκες διαφέρουν από κύτταρο σε κύτταρο και αλλάζουν μέσα σε μεμονωμένα κύτταρα με την πάροδο του χρόνου. Τα απαιτούμενα ένζυμα και οι ενεργειακές απαιτήσεις των κυττάρων του στομάχου είναι διαφορετικά από εκείνα των κυττάρων αποθήκευσης λίπους, των κυττάρων του δέρματος, των κυττάρων του αίματος και των νευρικών κυττάρων. Επιπλέον, ένα πεπτικό κύτταρο εργάζεται πολύ πιο σκληρά για να επεξεργαστεί και να διασπάσει τα θρεπτικά συστατικά κατά τη διάρκεια του χρόνου που ακολουθεί στενά ένα γεύμα σε σύγκριση με πολλές ώρες μετά το γεύμα. Καθώς αυτές οι κυτταρικές απαιτήσεις και συνθήκες ποικίλλουν, το ίδιο ισχύει και για τις ποσότητες και τη λειτουργικότητα των διαφορετικών ενζύμων.

Δεδομένου ότι οι ρυθμοί των βιοχημικών αντιδράσεων ελέγχονται από την ενέργεια ενεργοποίησης και τα ένζυμα μειώνουν και καθορίζουν τις ενέργειες ενεργοποίησης για χημικές αντιδράσεις, οι σχετικές ποσότητες και η λειτουργία της ποικιλίας ενζύμων μέσα σε ένα κύτταρο καθορίζουν τελικά ποιες αντιδράσεις θα προχωρήσουν και με ποιους ρυθμούς. Αυτή η αποφασιστικότητα ελέγχεται αυστηρά. Σε ορισμένα κυτταρικά περιβάλλοντα, η ενζυμική δραστηριότητα ελέγχεται εν μέρει από περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως το pH και η θερμοκρασία. Υπάρχουν άλλοι μηχανισμοί μέσω των οποίων τα κύτταρα ελέγχουν τη δραστηριότητα των ενζύμων και καθορίζουν τους ρυθμούς με τους οποίους θα προκύψουν διάφορες βιοχημικές αντιδράσεις.


Γεωργικές και Συναφείς Βιοτεχνολογίες

Paul A. Spagnuolo , . Matthew Tcheng, στο Comprehensive Biotechnology (Τρίτη Έκδοση), 2019

4.44.7 Συνένζυμο Q10

Το συνένζυμο Q10 (CoQ10) ή ουβικινόνη είναι μια ενδογενής, μιτοχονδριακή ένωση που αποτελείται από έναν δακτύλιο κινόνης με μια πλευρική αλυσίδα 10 μονάδων ισοπρενίου. 42 Το CoQ10 εμπλέκεται σε διάφορες βιολογικές διεργασίες, συμπεριλαμβανομένης της οξειδοαναγωγής ομοιόστασης και του μεταβολισμού. 42 Συμπλήρωμα με εξωγενές CoQ10 είναι ευρέως διαθέσιμο όπου έχει διατεθεί στην αγορά για την υποστήριξη της καρδιαγγειακής και μυϊκής υγείας. 43 Ο προσδιορισμός του CoQ10 (στην οξειδωμένη του μορφή) επιτυγχάνεται συνήθως με μια διεργαστηριακή επικυρωμένη μέθοδο AOAC. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί RP-HPLC σε συνδυασμό με ανίχνευση υπεριώδους ακτινοβολίας στα 275 nm για την ανίχνευση του CoQ10 σε πρώτες ύλες και έτοιμα συμπληρώματα διατροφής. 44 Η εκχύλιση υλικών μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας μίγμα ακετονιτριλίου-τετραϋδροφουρανίου-ύδατος που ακολουθείται από επεξεργασία με χλωριούχο σίδηρο για να εξασφαλιστεί η πλήρης οξείδωση του CoQ10. 44,45 Αν και η επικυρωμένη μέθοδος AOAC χρησιμοποιεί στήλη C18 και ανιχνευτή UV για διαχωρισμό και ταυτοποίηση του πλήρως οξειδωμένου CoQ10, μια εναλλακτική μελέτη βρήκε επιτυχία με στήλη C8 και ανίχνευση DAD. 45 Ωστόσο, δεδομένης της υψηλής υδροφοβίας του CoQ10, οι στήλες C18 είναι πιο κατάλληλες. Έχει προταθεί μια εναλλακτική λύση στο HPLC-UV, χρησιμοποιώντας μετασχηματισμό Fourier κοντά στη φασματομετρία υπέρυθρων (FT-NIR). Αυτή η μέθοδος δεν απαιτεί προεπεξεργασία δείγματος και βρέθηκε ότι ποσοτικοποιεί με ακρίβεια τα επίπεδα του CoQ10 σε πολλά συμπληρώματα διατροφής όταν συνδυάζεται με ένα μοντέλο παλινδρόμησης μερικών ελαχίστων τετραγώνων. 46


Δες το βίντεο: Άγιος Γεράσιμος - Κεφαλονιά. Πολυαρχιερατική Θεία Λειτουργία - Τετάρτη 20 Οκτωβρίου 2021 (Οκτώβριος 2022).