Τι είναι η αλλοστερική ρύθμιση:Ορισμός και σύντομη εξήγηση

Ένα υπόστρωμα μετατρέπεται σε προϊόν μέσω της αλληλεπίδρασής του με ένα ένζυμο. Αυτό το προϊόν θα γίνει συχνά το υπόστρωμα για την επόμενη αντίδραση σε έναν μεταβολικό κύκλο ή μονοπάτι, που θα απαιτήσει διαφορετικό τύπο ενζύμου.

Έχετε κρύψει ποτέ το αγαπημένο σας πρόχειρο φαγητό πίσω από κάτι άλλο στο ντουλάπι, ως ένα είδος «αμυντικού μηχανισμού» ενάντια στον εαυτό σας; Ή ίσως έχετε θέσει όρια για τον εαυτό σας, δημιουργήσατε έναν μηνιαίο προϋπολογισμό δαπανών ή έχετε οργανώσει ένα άκαμπτο πρόγραμμα για το πώς ξοδεύετε τον χρόνο σας. Αυτά τα εργαλεία είναι ένα μέσο ελέγχου της συμπεριφοράς σας, είτε ενεργοποιώντας θετικές αλλαγές είτε αναστέλλοντας τις αρνητικές. Αυτή είναι μια σημαντική μορφή συνειδητού, ενεργού ελέγχου στη μακροκοσμική κλίμακα.

Όπως συμβαίνει συχνά στη φύση, η μικροσκοπική κλίμακα λειτουργεί ομοίως σε ένα ρυθμιστικό σύστημα ενεργοποίησης και αναστολής συγκεκριμένων ενζύμων. αυτή η συλλογή διεργασιών είναι γνωστή ως αλλοστερική ρύθμιση. Πριν εμβαθύνουμε στις λεπτομέρειες της αλλοστερικής ρύθμισης, είναι σημαντικό να κάνουμε μια γρήγορη ανανέωση των ενζύμων, δηλαδή τον κρίσιμο ρόλο τους στο σώμα μας.

Ένζυμα

Κατά τον πιο βασικό ορισμό, τα ένζυμα είναι εξειδικευμένες πρωτεΐνες που ξεκινούν αλλαγές στο σώμα. Στα τρισεκατομμύρια βιοχημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στα κύτταρά μας κάθε λεπτό, τα ένζυμα παίζουν τον βασικό ρόλο στην κατάλυση αυτών των αντιδράσεων. Αυτό δεν σημαίνει ότι αυτές οι αντιδράσεις δεν θα συμβαίνουν κανονικά, αλλά τα ένζυμα επιταχύνουν τον ρυθμό αυτών των διεργασιών. Τα ένζυμα είναι επαναχρησιμοποιήσιμες πρωτεΐνες που είναι προσαρμοσμένες για έναν συγκεκριμένο τύπο αντίδρασης σε μια σειρά ή έναν κύκλο αντιδράσεων. Ένα υπόστρωμα μετατρέπεται σε προϊόν μέσω της αλληλεπίδρασής του με ένα ένζυμο. Αυτό το προϊόν θα γίνει συχνά το υπόστρωμα για την επόμενη αντίδραση σε έναν μεταβολικό κύκλο ή μονοπάτι, που θα απαιτήσει διαφορετικό τύπο ενζύμου.

Η λεπτή αλληλεπίδραση των ενζύμων και των περίτεχνων μεταβολικών οδών είναι αυτό που συντηρεί κρίσιμες διαδικασίες που χρειαζόμαστε για να επιβιώσουμε, από τη δημιουργία χρησιμοποιήσιμης ενέργειας έως την αντιγραφή του DNA. Υπάρχουν περίπου 3.000 διαφορετικά ένζυμα που βρίσκονται στο σώμα, το καθένα εξυπηρετεί έναν μοναδικό και πολύτιμο σκοπό για τα κύτταρα, τους ιστούς και τα όργανά μας!

Ορισμός αλλοστερικού κανονισμού

Τα ένζυμα είναι αποτελεσματικά και επαναχρησιμοποιήσιμα και θα συνεχίσουν ορισμένες χημικές διεργασίες εάν υπάρχει επιπλέον υπόστρωμα για εργασία. Για το λόγο αυτό, απαιτείται κάποια ρύθμιση για να διασφαλιστεί η αποτελεσματικότητα και να αποτραπεί η σπατάλη πλεονάζοντος πόρων. Για παράδειγμα, φανταστείτε αν είχατε ένα αρτοποιείο και ένας από τους νέους υπαλλήλους σας χρησιμοποίησε όλο το αλεύρι, τη ζάχαρη και τη σοκολάτα φτιάχνοντας μάφιν όλη μέρα, αλλά δεν κατάφερε να φτιάξει μπισκότα, κέικ, πίτες ή μπράουνις. Πρέπει να υπάρχει κάποια μορφή ρύθμισης ή ελέγχου για να διασφαλιστεί ότι όλα από τις σημαντικές συνταγές (διαδικασίες) πραγματοποιούνται. Σε ενζυματικό, μικροσκοπικό επίπεδο, αυτός ο μηχανισμός ελέγχου ονομάζεται αλλοστερική ρύθμιση.

Πώς λειτουργεί η αλλοστερική ρύθμιση;

Τώρα, για να συμβεί οποιαδήποτε ενζυματική αντίδραση, το υπόστρωμα πρέπει να συνδεθεί με το ένζυμο σε μια ενεργή θέση. Αυτές οι θέσεις σε ένα ένζυμο περιλαμβάνουν μια θέση δέσμευσης και μια καταλυτική θέση, που συγκρατούν προσωρινά το υπόστρωμα στη θέση του και διευκολύνουν τη χημική αντίδραση, αντίστοιχα. Μόλις ολοκληρωθεί η ενζυματική αντίδραση, το προϊόν απελευθερώνεται από το ενεργό σημείο, αφήνοντάς το ανοιχτό για να συνδεθεί άλλο υπόστρωμα.

Ωστόσο, μόλις εμφανιστούν αρκετές ενζυματικές αντιδράσεις του ίδιου τύπου, που οδηγούν στη δημιουργία όσων προϊόντων είναι απαραίτητο, τα ένζυμα πρέπει να ρυθμιστούν. Ο τρόπος που γίνεται αυτό είναι μέσω της εμπλοκής μορίων τελεστών, συνήθως «μικρών μορίων», τα οποία ταξινομούνται με βάση τη δραστηριότητά τους και το μοριακό τους μέγεθος. Όταν αυτά τα μόρια συνδέονται σε μια αλλοστερική θέση (ρυθμιστική θέση), αντί για την ενεργό θέση ενός ενζύμου, η πρωτεΐνη αλλάζει ελαφρώς το σχήμα της. Αυτά τα δραστικά μόρια μπορούν να λειτουργήσουν ως ενεργοποιητές ή αναστολείς, πράγμα που σημαίνει ότι η αλλαγή στην πρωτεΐνη θα αυξήσει τον ρυθμό της αντίδρασης ή θα αποτρέψει την περαιτέρω δέσμευση των υποστρωμάτων στη δραστική θέση, αντίστοιχα. Εν ολίγοις, ένας ενεργοποιητής θα αυξήσει τον ρυθμό αντίδρασης, ενώ ένας αναστολέας θα μειώσει τον ρυθμό ή θα τον σταματήσει εντελώς.

(Φωτογραφία:Wikimedia Commons)

Η «απενεργοποίηση» μιας ενζυμικής αντίδρασης αποτρέπει το κύτταρο από τη σπατάλη πόρων και ενέργειας, ενώ η «υπερφόρτιση» μιας ενζυματικής αντίδρασης θα βοηθήσει τα κύτταρα/σώμα με άμεσες μεταβολικές απαιτήσεις. Η αλλοστερική ενεργοποίηση αυξάνει την έλξη ενεργών θέσεων και υποστρωμάτων, ενώ η αλλοστερική αναστολή μειώνει την έλξη μεταξύ των θέσεων δέσμευσης και των πιθανών υποστρωμάτων.

Αυτά τα μικρά μόρια-τελεστές έχουν έναν αριθμό διαφορετικών δυνητικών ρόλων στα κύτταρα και σε όλο το σώμα και μπορούν επίσης να έχουν αντίκτυπο στη σηματοδότηση των κυττάρων, στην έκφραση γονιδίων και στη μεταγραφή RNA, μεταξύ άλλων. Είναι επίσης σημαντικό να σημειωθεί ότι τέτοια μόρια τελεστών μπορεί να είναι είτε τεχνητά είτε φυσικά. Το σώμα μας χρησιμοποιεί τα διαθέσιμα μόρια για αλλοστερικό έλεγχο, όταν είναι απαραίτητο, αλλά οι άνθρωποι έχουν επίσης καταλάβει πώς να δημιουργήσουν λειτουργικά μόρια αλλοστερικής ρύθμισης. Ίσως να μην αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι πολλά από αυτά τα «μικρά μόρια» είναι στην πραγματικότητα φαρμακευτικά φάρμακα! Είναι λογικό ότι η φαρμακευτική αγωγή θα μπορούσε να παίξει τόσο σημαντικό ρόλο στην αλλοστερική ρύθμιση. Εάν ένας γιατρός θέλει να επιταχύνει ή να επιβραδύνει μια συγκεκριμένη μεταβολική διαδικασία στο σώμα, ίσως για να αποφύγει περαιτέρω συμπτώματα ή να διορθώσει μια ανεπάρκεια, η αλλοστερική ρύθμιση ή τροποποίηση είναι ένα αποτελεσματικό μέσο για να το κάνει.

Όπως αναφέρθηκε στην αρχή αυτού του άρθρου, υπάρχουν τρισεκατομμύρια ενζυματικές αντιδράσεις που συμβαίνουν κάθε λεπτό της ζωής μας και αυτές οι χημικές διεργασίες έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην υγεία. Η παροχή στο σώμα με μικρά μόρια (φαρμακευτικά) που μπορούν να αλλάξουν ή να ελέγξουν αυτές τις διαδικασίες είναι ένα πολύ σημαντικό εργαλείο στον ιατρικό τομέα.