Cascadă enzimatică
Cascadele enzimatice (sau reglatoare ) sunt sisteme formate din mai multe enzime care acționează împreună provocând modificări covalente care pot apărea pe legătura peptidică sau pe grupe funcționale de reziduuri de aminoacizi.
Cascade enzimatice ireversibile
În cascade enzimatice ireversibile, stimulul primar induce un răspuns puternic de modificare a componentelor cascadei capabile să genereze o acumulare bruscă de produse finale. Odată ce ținta este atinsă, stimulul încetează și se generează semnale de distrugere a moleculei țintă („comutatorul totul / nimic”). Cascadele ireversibile ale enzimelor sunt rapide și puternice, deoarece o cantitate mică de „semnal chimic” poate duce la activarea unor cantități mari de enzimă țintă, dar nu permit o reglare fină.
Cascade enzimatice reversibile
Pe de altă parte, în cascadele enzimatice reversibile (ciclice), modularea efectoarelor are loc la diferitele niveluri ale cascadei pentru a regla cantitatea de produse. Este posibil să se stabilească cicluri inutile care consumă energie, dar permit un răspuns foarte rapid la stimuli și recunoașterea variațiilor minime ale concentrațiilor efectorilor. Cascadele enzimatice ciclice pot fi monociclice, biciclice sau multiciclice.
Cascade ciclice
Cascade monociclice
O cascadă monociclică este cuplarea a două cascade (neciclice) care determină una o modificare, cealaltă o revenire la forma de pornire. Cele două procese sunt în esență ireversibile.
Cascade biciclice
O cascadă biciclică apare atunci când enzima convertoare a unei cascade ciclice acționează ca un convertor pe o a doua enzimă implicată într-o altă reacție. Cascadele biciclice sunt împărțite în:
- cascadă biciclică deschisă
- cascadă biciclică închisă
Cascade multiciclice
O cascadă multiciclică este stabilită atunci când enzima de conversie a unei cascade ciclice acționează ca un convertor asupra unei a doua enzime implicate într-o altă reacție care acționează la rândul ei asupra unei a treia enzime și așa mai departe.
Caracteristici și proprietăți
Flexibilitate
O caracteristică a cascadelor enzimatice este flexibilitatea lor, adică capacitatea de a integra numeroase semnale, deoarece modularea activității enzimei nu necesită neapărat o interacțiune directă enzimă-efector, dar poate avea loc în moduri diferite în fiecare etapă a procesului. .
Sensibilitate
Răspunsul enzimei în cascadă la modificarea concentrației efectorului primar. Dacă este de tip sigmoid (ca în sistemele cooperative), acest fenomen de cooperativitate aparentă se numește ultrasensibilitate .
Cantitativ, cooperativitatea aparentă este descrisă de indicele de sensibilitate , un parametru omolog cu coeficientul Hill pentru cooperativitate .
Amplificarea semnalului
Cascadele enzimatice sunt capabile să integreze și să amplifice semnalele metabolice prin accelerarea cineticii modificării enzimei.
Un lanț enzimatic este o serie de modificări succesive ale diferitelor enzime, randamentul total al acestui proces depinde de cantitatea de enzimă modificată în aval de cascadă. Acest lucru depinde de:
- cantitatea inițială de enzimă și modificatorul inițial;
- numărul de cicluri;
- constante ale fiecărui ciclu.
Pe măsură ce numărul de cicluri crește, timpul care trece după activarea cascadei crește pentru ca ultima enzimă să sufere modificarea (deoarece există mai multe cicluri consecutive), dar și viteza modificărilor în sine.
Parametrii
Amploarea modificării
Amplitudinea modificării este valoarea maximă a raportului dintre concentrația formei modificate a enzimei și concentrația totală a enzimei la valoarea de saturație a efectorului primar, adică gradul maxim de modificare în condiții de saturare primară efector.
Semnal de amplificare
Uneori, cu aceeași concentrație de efector primar, gradul de modificare a enzimei țintă este mult mai mare decât cel al enzimei modificatoare: în acest caz există o amplificare a semnalului, care poate fi percepută de enzima țintă (I) chiar foarte devreme. Semnalul de amplificare (sau factorul de amplificare) este raportul dintre concentrația efectorului primar și necesar activării a 50% din enzima modificatoare E și cea necesară pentru a obține o modificare de 50% a enzimei țintă I.
Indicele de sensibilitate
Indicele de sensibilitate ( S ) este un indice al cooperativității aparente a cascadelor enzimatice.
Pentru valorile> 1 indică o activare a procesului de către efector, pentru valorile 1 <indică un proces de inhibare, pentru 1 indică un răspuns hiperbolic.
Consumul de energie
Modificarea enzimelor produce molecule de energie mai mare.
Să luăm de exemplu cazul în care enzima suferă o fosforilare . În această etapă este exploatată reacția exergonică a hidrolizei ATP , prin urmare există un consum de o moleculă de ATP în fiecare ciclu. Trecerea de la ATP la ADP este echivalentă cu consumul de energie. Cu cât interconversia are loc mai repede, cu atât sunt consumate mai multe molecule de ATP .
Este posibil să se stabilească cicluri inutile care consumă energie, dar permit un răspuns foarte rapid la stimuli și recunoașterea variațiilor minime ale concentrațiilor efectorilor.
Integrare între cascade
O cascadă de enzime poate fi sensibilă la diferite semnale prin legarea căilor metabolice aparent neconectate și lanțuri diferite pot fi sensibile la același semnal de interacțiune.
Bibliografie
- David L. Nelson, Michael M. Cox, Principiile de biochimie ale lui Lehninger , ediția a III-a, Bologna, Zanichelli , februarie 2002, ISBN 88-08-09035-3 .
- Umberto Mura, Antonella Del Corso; Marcella Camici, Cascade enzymatic systems , editat de L. Bolognani, seria: Quaderni di Biochimica (n ° 44), Piccin-Nuova Libraria, 1990, ISBN 88-299-0871-1 .
- Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko; Lubert Stryer, Biochimie , ediția a V-a, Bologna, Zanichelli , octombrie 2003, ISBN 88-08-07893-0 .
