Allosteric Regulatory Enzymes

همه آنزیم ها قابل توجه هستند زیرا توانایی افزایش سرعت یک واکنش شیمیایی، اغلب بیش از یک میلیارد برابر را دارند. آنزیم‌های آلوستریک حتی شگفت‌انگیزتر هستند زیرا توانایی بیشتری برای تغییر سرعت خود در پاسخ به فعال‌کننده‌ها یا مهارکننده‌های سلولی دارند. این آنها را قادر می سازد تا مسیری را که در آن آنزیم تنظیم کننده هستند کنترل کنند. از آنجایی که مولکول‌های عامل وضعیت فعلی سلول را برای یک مسیر متابولیک مشخص نشان می‌دهند، این منجر به حالت‌های متابولیکی بسیار پاسخگو و متعادل می‌شود و این امکان را برای سلول‌ها و ارگانیسم‌ها فراهم می‌کند که در یک محیط در حال تغییر به‌طور مناسبی پویا و پاسخگو باشند. این کتاب مقدمه‌ای منطقی برای محدودیت‌های عملکرد آنزیم‌ها که توسط عواملی که محدودیت‌های زندگی هستند، ارائه می‌کند. این کتاب شرح کاملی از تمام مکانیسم های مورد استفاده برای تغییر فعالیت آنزیم ارائه می دهد. هشت آنزیم به عنوان سیستم های مدل پس از مطالعه گسترده مکانیسم های آنها استفاده می شود. تا جایی که ممکن است، از شکل انسانی آنزیم برای نشان دادن ویژگی‌های تنظیمی استفاده می‌شود.

در حالی که نویسندگان اغلب بر تعداد معدودی آنزیم‌هایی تأکید می‌کنند که قابل توجه‌ترین نرخ‌های کاتالیزوری را دارند، این بررسی آنزیم‌ها منجر به قدردانی نویسنده از آنزیم‌ها شده است. برخی از نتایج مهم و کلی:

1. بیشتر آنزیم ها به طور استثنایی سریع نیستند. آنها همیشه برای مرحله کاتالیزوری خاص خود به اندازه کافی خوب هستند.

2. اگر چه آنزیم ها همیشه می توانند بسیار سریعتر باشند اگر آنها تغییر کنند تا بسترهای خود را ضعیف تر ببندند، آنزیم های واقعی باید بتوانند به نفع آنها تمایز قائل شوند. بستر ویژه، و بنابراین آنها سرعت را فدای به دست آوردن اتصال بهتر. این بدان معنی است که کنترل ویژه مراحل متابولیک فردی مهمتر از سرعت کلی است.

3. نتایج برای صدها آنزیم نشان می دهد که حد پایین تر برای یک فعالیت کاتالیزوری طبیعی 1 s-1 است. بیشتر آنزیم ها دارای نرخ کاتالیزوری بین 10 تا 300 s^-1 هستند.

4. تنظیم آلوستریک همیشه منجر به شانس میل آنزیم ها به سوبسترا می شود. حتی آنزیم‌های نوع V (که به دلیل شانس زیاد آنها در سرعت کاتالیزوری نامگذاری شده‌اند) همیشه یک تغییر مشابه در میل ترکیبی برای بستر خود دارند.

توماس ترات دارای دکترای زیست‌شناسی مولکولی است و دارای از سال 1974 به مطالعه آنزیم ها پرداخت. به عنوان استاد دانشگاه کارولینای شمالی در چپل هیل، او بر تنظیم آنزیم تمرکز کرده و آنزیم شناسی پیشرفته را به دانشجویان فارغ التحصیل آموزش داده است. یافته های مهم تحقیقات او به تعریف مکانیسم کنترل آلوستریک برای تجزیه آنزیم ها کمک کرد.

All enzymes are remarkable since they have the ability to increase the rate of a chemical reaction, often by more than a billion-fold. Allosteric enzymes are even more amazing because the have the additional ability to change their rate in response to cellular activators or inhibitors. This enables them to control the pathway in which they are the regulatory enzyme. Since the effector molecules represent the current status of the cell for a given metabolic pathway, this results in very responsive and balanced metabolic states, and makes it possible for cells and organisms to be appropriately dynamic, and responsive, in a changing environment. This book provides a logical introduction to the limits for enzyme function as dictated by the factors that are limits for life. This book presents a complete description of all the mechanisms used for changing enzyme acticity. Eight enzymes are used as model systems after extensive study of their mechanisms. Wherever possible, the human form of the enzyme is used to illustrate the regulatory features.

While authors often emphasize the few enzymes that have the most remarkable catalytic rates, this survery of enzymes has led to the author's appreciation of some important, general conclusions:

1. Most enzymes are not exceptionally fast; they are always good enough for their specific catalytic step.

2. Although enzymes could always be much faster if they changed so as to bind their substrates more weakly, actual enzymes must be able to discriminate in favor of their special substrate, and therefore they have sacrificed speed to obtain better binding. This means that specific control of individual metabolic steps is more important than overall speed.

3. Results for many hundreds of enzymes establish that a lower limit for a normal catalytic activity is 1 s-1. Most enzymes have a catalytic rate between 10 and 300 s^-1.

4. Allosteric regulation always results in a chance in the enzymes's affinity for its substrate. Even V-type enzymes (named for their large chance in catalytic velocity) always have a corresponding change in affinity for their substrate.

Thomas Traut has a PhD in molecular biology and has studied enzymes since 1974. As a professor at the University of North Carolina at Chapel Hill, he has focused on enzyme regulation and taught advanced enzymology to graduate students. Important findings from his research helped to define the mechanism of allosteric control for dissociating enzymes.