Химическая специфичность

редактировать

Химическая специфичность - это способность сайта связывания белка для связывания конкретных лигандов. Чем меньше лигандов может связывать белок, тем выше его специфичность.

Специфичность описывает силу связывания между данным белком и лигандом. Это соотношение можно описать с помощью константы диссоциации, которая характеризует баланс между связанным и несвязанным состояниями для системы белок-лиганд. В контексте одного фермента и пары связывающих молекул два лиганда можно сравнить как более сильные или более слабые лиганды (для фермента) на основе их констант диссоциации. (Более низкое значение соответствует более сильному связыванию.)

Специфичность для набора лигандов не связана со способностью фермента катализировать данную реакцию с лиганд в качестве субстрата

Если данный фермент имеет высокую химическую специфичность, это означает, что набор лигандов, с которыми он связывается, ограничен, так что ни события связывания, ни катализ не могут происходить с заметной скоростью с дополнительными молекулы.

Примером пары белок-лиганд, связывающая активность которой может быть описана как высокоспецифичная, является система антитело - антиген. И наоборот, примером системы белок-лиганд, которая может связывать субстраты и эффективно катализировать множественные реакции, является система цитохрома P450, которую можно рассматривать как беспорядочный фермент из-за его широкой специфичности в отношении множественные лиганды.

Содержание

  • 1 Основа
    • 1.1 Связывание
    • 1.2 Катализ
  • 2 Типы
    • 2.1 Абсолютная специфичность
    • 2.2 Групповая специфичность
    • 2.3 Специфичность связывания
    • 2.4 Стереохимическая специфичность
  • 3 Определение
    • 3.1 Применение к кинетике ферментов
  • 4 Значимость
    • 4.1 Актуальность для медицинских исследований
  • 5 Приложения
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки

Основа

Связывание

Взаимодействия между белком и лигандом существенно влияют на специфичность между двумя объектами. Электростатические взаимодействия и Гидрофобные взаимодействия известны как наиболее влиятельные в отношении того, откуда происходит специфичность между двумя молекулами. Сила этих взаимодействий между белком и лигандом положительно коррелирует с их специфичностью друг к другу.

Катализ

Ферментативная специфичность относится к взаимодействиям между любым конкретным ферментом и его соответствующим субстратом. Помимо специфичности связывания субстратов, правильная близость и ориентация, а также связывание в переходном состоянии обеспечивают дополнительный уровень специфичности фермента.

Типы

Ферменты различаются по специфичности субстратов, с которыми они связываются, чтобы выполнять определенные физиологические функции. Некоторые ферменты, возможно, должны быть менее специфичными и, следовательно, могут связываться с множеством субстратов, чтобы катализировать реакцию. С другой стороны, определенные физиологические функции требуют крайней специфичности фермента для одного специфического субстрата, чтобы иметь место надлежащая реакция и физиологический фенотип. Различные типы категоризации различаются в зависимости от их специфичности для субстратов. Чаще всего их делят на четыре группы: абсолютная, групповая, сцепленная и стереохимическая специфичность.

Абсолютная специфичность

Абсолютная специфичность может рассматриваться как исключительная, когда фермент действует на один конкретный субстрат. Абсолютно специфические ферменты будут катализировать только одну реакцию со своим специфическим субстратом. Например, лактаза - это фермент, специфичный для расщепления лактозы на два моносахарида сахара, глюкозу и галактозу. Другой пример - глюкокиназа, которая представляет собой фермент, участвующий в фосфорилировании глюкозы до глюкозо-6-фосфата. Он в первую очередь активен в печени и является основным изоферментом гексокиназы. Его абсолютная специфичность относится к глюкозе, являющейся единственной гексозой, которая может быть его субстратом, в отличие от гексокиназы, которая вмещает множество гексоз в качестве субстрата.

Групповая специфичность

Групповая специфичность возникает, когда фермент будет реагировать только с молекулами, имеющими определенные функциональные группы, такие как ароматические структуры, фосфатные группы и метилы. Одним из примеров является пепсин, фермент, который имеет решающее значение в переваривании продуктов, потребляемых с пищей, который гидролизует пептидные связи между гидрофобными аминокислотами с распознаванием ароматических боковых цепей, таких как фенилаланин, триптофан и тирозин. Другой пример - гексокиназа, фермент, участвующий в гликолизе, который фосфорилирует глюкозу с образованием глюкозо-6-фосфата. Этот фермент проявляет групповую специфичность, позволяя использовать в качестве субстрата несколько гексоз (6 углеродных сахаров). Глюкоза является одним из наиболее важных субстратов в метаболических путях с участием гексокиназы из-за ее роли в гликолизе, но это не единственный субстрат, с которым гексокиназа может катализировать реакцию.

Специфичность связывания

Реакция, которая иллюстрирует фермент, расщепляющий определенную связь реагента с целью создания двух продуктов.

Специфичность связывания, в отличие от групповой специфичности, распознает определенные типы химической связи. Это отличается от групповой специфичности, поскольку не зависит от присутствия конкретных функциональных групп для того, чтобы катализировать конкретную реакцию, а скорее от определенного типа связи (например, пептидной связи).

Стереохимическая специфичность

Сахара, содержащие альфа-гликозидные связи

Этот тип специфичности чувствителен к оптической ориентационной активности субстрата. Стереохимические молекулы различаются по способу вращения плоскополяризованного света или ориентации связей (см. Альфа-, бета-гликозидные связи). Ферменты, которые являются стереохимически специфичными, будут связывать субстраты с этими специфическими свойствами. Например, бета-гликозидаза будет реагировать только с бета-гликозидными связями, которые присутствуют в целлюлозе, но не присутствуют в крахмале и гликогене, которые содержат альфа-гликозидные связи. Это имеет отношение к тому, как млекопитающие могут переваривать пищу. Например, в слюне млекопитающих присутствует фермент Амилаза, который стереоспецифичен для альфа-связей, поэтому млекопитающие могут эффективно использовать крахмал и гликоген в качестве форм энергии, но не целлюлозу (потому что это бета-связь).

Определение

kd, известно как удельная константа равновесной диссоциации для образования комплекса фермент-субстрат. kd используется как мера сродства, причем более высокие значения указывают на более низкое сродство.

Для данного уравнения (E = фермент, S = субстрат, P = продукт)

k1 k2

E + S <-->ES <-->E + P

k-1

kd было бы эквивалентно k-1 / k1, где k1 и k-1 - скорости прямой и обратной реакции, соответственно, в превращении отдельных E и S к ферментному субстратному комплексу.

Применение к кинетике фермента

Химическая специфичность фермента для конкретного субстрата может быть найдена с использованием двух переменных, которые выводятся из уравнения Михаэлиса-Ментен. km приближается к константе диссоциации комплексов фермент-субстрат. kcat представляет скорость оборота или количество реакций, катализируемых ферментом, по сравнению с количеством фермента. kcat на км известна как константа специфичности, которая дает меру сродства субстрата к определенному ферменту. Эта взаимосвязь, также известная как эффективность фермента, показывает предпочтение ферментом определенного субстрата. Чем выше константа специфичности фермента, тем выше его предпочтение.

Значимость

Актуальность для медицинских исследований

Ферментативная специфичность дает полезное представление о структуре фермента, которая в конечном итоге определяет и играет роль в физиологических функциях. Исследования специфичности также могут предоставить информацию о каталитическом механизме.

Специфичность важна для открытия новых лекарств и области клинических исследований, когда новые лекарства тестируются на их специфичность по отношению к молекуле-мишени в различных раундах клинических испытаний. Лекарства должны содержать как можно более специфические структуры, чтобы свести к минимуму возможность нецелевого воздействия, которое могло бы вызвать неблагоприятные симптомы у пациента. Лекарства зависят от специфичности разработанных молекул и составов для ингибирования определенных молекулярных мишеней. Открытие новых лекарств прогрессирует с экспериментами с очень специфическими соединениями. Например, должно быть доказано, что лекарство успешно действует, как способность связывать целевой рецептор в физиологической среде с высокой специфичностью, так и его способность передавать сигнал для получения благоприятного биологического эффекта против болезни или заболевания, которое препарат предназначен для нейтрализации.

Применение

Научные методы, такие как иммуноокрашивание, зависят от химической специфичности. Иммуноокрашивание использует химическую специфичность антител для обнаружения интересующего белка на клеточном уровне. Другой метод, основанный на химической специфичности, - это вестерн-блоттинг, который используется для обнаружения определенного интересующего белка в ткани. Этот метод включает гель-электрофорез с последующим переносом образца на мембрану, окрашенную антителами. Антитела специфичны к целевому белку, представляющему интерес, и будут содержать флуоресцентную метку, сигнализирующую о присутствии исследуемого белка, представляющего интерес.

См. Также

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-14 09:32:48
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте