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¿Enzima con tubo largo que conduce al sitio activo?

¿Enzima con tubo largo que conduce al sitio activo?



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¿Existe alguna enzima que fuerce a uno o más de sus sustratos a viajar una distancia relativamente larga a través de una pequeña abertura / tubo a través de la enzima y hasta el sitio activo? (no es una proteína de transporte)


En primer lugar, como mencionaste, hay muchas proteínas de membrana / transporte con túneles muy agradables y bien definidos. Pero busca una enzima soluble / citosólica.

Algunas enzimas dependientes de oxígeno tienen túneles bastante largos que utiliza el oxígeno. Por ejemplo, este: http://www.jbc.org/content/283/36/24738.short o este: http://europepmc.org/articles/PMC2698890

Luego hay algunas enzimas con solo sitios activos profundos, creo que la p450 BM3 es bastante conocida por eso, pero cualquier enzima con una especificidad razonable (y especialmente aquellas que tienen cofactores muy reactivos) tendrá un "túnel".

También puede encontrar largos "túneles" en enzimas que aceptan sustratos largos. Me gusta este ejemplo de escualeno sintasa: http://science.sciencemag.org/content/277/5333/1811.full. El sustrato primero tiene que profundizar en la enzima para encontrar el protón que necesita para iniciar una reacción bastante interesante.

Si desea encontrar nuevos túneles en su enzima, también hay herramientas disponibles, como CAVER: http://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1002708 Si mira los artículos que citan En esta herramienta también puede encontrar algunas caries.


Los organismos vivos sostienen las actividades de la vida llevando a cabo miles de reacciones químicas cada minuto. Estas reacciones no ocurren al azar, sino que están controladas por catalizadores biológicos llamados enzimas. Las enzimas aceleran la velocidad de las reacciones químicas al reducir la energía de activación necesario para desencadenar la reacción. Sin enzimas, las reacciones químicas no ocurrirían lo suficientemente rápido como para mantener la vida. Las enzimas son típicamente proteínas y cada una está compuesta por una secuencia específica de aminoácidos. Los enlaces de hidrógeno se forman entre aminoácidos específicos y ayudan a crear la forma tridimensional que es única para cada enzima. La forma de una enzima, particularmente su sitio activo, dicta especificidad catalítica de una enzima en particular. Cada enzima solo se unirá a moléculas específicas, ya que estas moléculas deben encajar con el sitio activo de la enzima como un candado y una llave.

Una molécula que se une a una enzima y sufre un reordenamiento químico se llama sustrato. La enzima & ldquoE & rdquo se combina con la (s) molécula (s) de sustrato & ldquoS & rdquo en el sitio activo y forma un temporal sustrato enzimático complejo & ldquoES & rdquo, donde ocurre la reacción específica. La molécula de sustrato modificada es el producto y ldquoP & rdquo de la reacción. El producto se separa de la enzima y luego es utilizado por la célula o el cuerpo. La enzima no es consumida ni alterada por la reacción y puede usarse en otras reacciones catalíticas siempre que haya moléculas de sustrato adicionales disponibles.

Una molécula de enzima individual puede facilitar varios miles de reacciones catalíticas por segundo y, por lo tanto, solo se necesita una pequeña cantidad de enzima para transformar grandes cantidades de moléculas de sustrato en producto. La cantidad de una enzima particular que se encuentra en una célula en un momento dado es relativa a la velocidad a la que se sintetiza la enzima en comparación con la velocidad a la que se degrada. Si no hay enzima presente, la reacción química catalizada por esa enzima no ocurrirá a una velocidad funcional. Sin embargo, cuando aumenta la concentración de la enzima, la velocidad de la reacción catalítica aumentará siempre que las moléculas de sustrato sean accesibles.

Varios factores pueden inactivar o desnaturalizar enzimas alterando su forma tridimensional e inhibiendo su eficiencia de unión al sustrato. Muchas enzimas funcionan mejor dentro de un rango estrecho de temperatura y pH, ya que los cambios sustanciales en la temperatura o el pH interrumpen sus enlaces de hidrógeno y alteran su forma. El cambio en la forma de la enzima altera típicamente la forma del sitio activo y afecta su capacidad para unirse con las moléculas del sustrato. Es el patrón de unión estructural único de una enzima lo que determina su sensibilidad a los cambios de temperatura y pH.

En el siguiente ejercicio, explorará los efectos del pH y la temperatura sobre la actividad de la enzima amilasa. La amilasa se encuentra en la saliva de los seres humanos y otros animales que consumen almidón como parte de su dieta. El almidón es un polisacárido vegetal compuesto por muchas moléculas de glucosa unidas entre sí. La amilasa controla la digestión inicial del almidón descomponiéndolo en moléculas de disacárido maltosa. La maltosa finalmente se descompone en moléculas de glucosa en el intestino delgado cuando se utilizan otras enzimas.

Figura 1: Estructura ramificada del almidón.

La velocidad a la que el almidón se digiere en maltosa es una medida cuantitativa de la reacción enzimática. La tasa de degradación del almidón es relativa a la tasa a la que se produce la maltosa; sin embargo, es más fácil probar la presencia de almidón que medir la tasa de producción de maltosa. I2El KI se utilizará como indicador de la presencia de almidón. Cuando hay almidón, yo2KI se vuelve de color azul-negro. En presencia de maltosa,2KI no reacciona y sigue siendo de color ámbar.

[Almidón + I_2KI rightarrow text sin número]

[Maltosa + I_2KI rightarrow text sin número]

Su grupo será asignado para realizar una o más de las siguientes actividades (en parte o en su totalidad):

I. El efecto del pH sobre la actividad de la amilasa

II. El efecto de la temperatura sobre la actividad de la amilasa.

Los resultados de cada ejercicio se presentarán a la clase y los estudiantes serán responsables de la información y los resultados de todos los ejercicios.


Introducción

El diseño eficiente de enzimas computacionales de novo ha sido un objetivo de larga data de los ingenieros de proteínas y permitiría que el poder catalítico de las enzimas se dirija hacia una variedad de reacciones químicas de importancia industrial y médica. Los estudios han demostrado que aunque el diseño de novo es posible, los diseños imperfectos a menudo requieren optimización a través de la evolución del laboratorio 1,2. Nuestra capacidad para diseñar enzimas se basa en nuestra comprensión fundamental de la catálisis enzimática, sin embargo, la base biofísica y química de su eficacia catalítica sigue siendo un tema de debate 3,4,5. Existe evidencia de contribuciones a la catálisis de la estabilización del estado de transición electrostática (TS), cambios conformacionales y tunelización cuántica 6,7,8. Se ha demostrado que el muestreo conformacional permite que las enzimas adopten configuraciones específicas que se adapten a diferentes pasos en su ciclo catalítico y trabajos recientes han demostrado cómo las mutaciones remotas pueden alterar el panorama conformacional para aumentar el muestreo de ciertos subestados conformacionales 7,9. También se ha sugerido que los movimientos vibratorios contribuyen al paso químico de la catálisis al alterar la probabilidad de transmisión a través de la barrera TS en algunas enzimas por efecto de túnel de hidrógeno de la mecánica cuántica 8,10.

La eliminación de Kemp (eliminación de protones de 5-nitrobenzisoxazol Fig.1) se ha utilizado ampliamente como un sistema modelo en el diseño de enzimas debido a la simplicidad de la reacción de apertura del anillo catalizada por una base 11 y la ausencia de eliminasas naturales de Kemp 1, aunque algunas enzimas han Se ha demostrado que cataliza la eliminación de Kemp de manera promiscua 12,13. El diseño computacional de KE07 implicó la construcción de una teozima para catalizar la reacción química, que luego se injertó en el andamio de imidazol glicerol fosfato sintasa (HisF) de Thermotoga maritima 1. Los residuos catalíticamente esenciales del diseño inicial incluyen una base (Glu101) que facilita la escisión del enlace C-H, un donante de enlace H (Lys222) para estabilizar el intermedio de fenóxido y un residuo de apilamiento π (Trp50), que fue diseñado para estabilizar el estado de transición y favorece la unión del sustrato a través de interacciones con el anillo aromático del sustrato. Este diseño inicial de KE07 (Ronda 1 R1) cataliza la escisión de 5-nitrobenzisoxazol (1), con una aceleración de 10 3 veces mayor que la reacción no catalizada y una tasa de rotación (kgato) de 0,018 s −1. Luego, siete generaciones de evolución dirigida mejoraron esta tasa de rotación en más de 100 veces 1.

Esquema de reacción para la eliminación de Kemp de 5-nitrobenzisoxazol. El átomo de oxígeno nucleófilo de la base (B) dona electrones al 3′-H electrófilo del 5-nitrobenzisoxazol y el átomo de oxígeno electronegativo del grupo isoxazol forma un enlace de hidrógeno con un ácido (A) (1), formando un estado de transición en el que los enlaces C − H y N − O se debilitan (2). La eliminación del 3′-H del sustrato conduce a un intermedio fenóxido aniónico, que luego se protona, formando el producto final (3)

Aunque las mejoras de KE07 se han racionalizado parcialmente a través de la caracterización experimental y computacional de las proteínas mutantes 14,15,16,17, tener en cuenta los efectos de mutaciones remotas en rondas posteriores ha sido un desafío. KE07 no es la más eficiente de las varias eliminasas de Kemp ahora diseñadas 18,19,20, pero en el contexto de comprender cómo la actividad enzimática puede mejorarse gradualmente a través de mutaciones escalonadas, su baja eficiencia lo convierte en un sistema modelo ideal para estudiar los mecanismos por qué evolución o ingeniería puede mejorar un punto de partida ineficiente.

En este estudio utilizamos una combinación de cristalografía de proteínas, cinética enzimática y enfoques computacionales para investigar la estructura, función y dinámica de una serie de variantes mejoradas de la serie KE07. Al remojar cristales de varias variantes de KE07 con sustrato, capturamos las enzimas con una serie de configuraciones de sitios activos diferentes. Usando simulaciones de dinámica molecular para investigar el muestreo de los diferentes subestados conformacionales, mostramos que la mejora evolutiva de KE07 implica la selección conformacional de una configuración alternativa de sitio activo no diseñado.


Ver el vídeo: Enzyme Aktualisiert (Agosto 2022).