Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Химическая специфика является способностью белка «S сайта связывания для связывания специфических лигандов . Чем меньше лигандов может связывать белок, тем выше его специфичность.

Специфичность описывает силу связывания между данным белком и лигандом. Эта взаимосвязь может быть описана константой диссоциации , которая характеризует баланс между связанными и несвязанными состояниями для системы белок-лиганд. [1] 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 к ферменту , чтобы катализировать данную реакцию, с лигандом в качестве субстрата [1]

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 молекулами.

Пример белок-лиганд пары , чья активность связывания может быть описана как высоко специфичен является антитело - антиген системы. [2] И наоборот, примером системы белок-лиганд, которая может связывать субстраты и эффективно катализировать множественные реакции, является система цитохрома P450 , которую можно рассматривать как неразборчивый фермент из-за его широкой специфичности в отношении множества лигандов.

Основа [ править ]

Привязка [ править ]

Взаимодействия между белком и лигандом существенно влияют на специфичность между двумя объектами. Электростатические взаимодействия и гидрофобные взаимодействия, как известно, наиболее влиятельны в отношении того, откуда происходит специфичность между двумя молекулами. [1] Сила этих взаимодействий между белком и лигандом положительно коррелирует с их специфичностью друг к другу.

Катализ [ править ]

Ферментная 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 [ править ]

Ферменты различаются по специфичности субстратов, с которыми они связываются, чтобы выполнять определенные физиологические функции. Некоторые ферменты могут быть менее специфичными и, следовательно, могут связываться с многочисленными субстратами, 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 [ править ]

Абсолютную специфичность можно рассматривать как исключительную, когда фермент действует на один конкретный субстрат. [3] 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 , фермент, участвующий в фосфорилировании глюкозы до глюкозо-6-фосфата. Он в первую очередь активен в печени и является основным изоферментом гексокиназы . [4] Его абсолютная специфичность связана с тем, что глюкоза является единственной гексозой, которая может быть его субстратом, в отличие от гексокиназы, которая вмещает множество гексоз в качестве субстрата.

Специфика группы [ править ]

Групповая специфичность возникает, когда фермент будет реагировать только с молекулами, имеющими определенные функциональные группы, такие как ароматические структуры, фосфатные группы и метилы. [5] Одним из примеров является пепсин, фермент, который играет решающую роль в переваривании продуктов, попадающих в нашу диету, 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). [6] 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.

Специфика облигации [ править ]

Реакция, которая иллюстрирует, как фермент расщепляет определенную связь реагента с образованием двух продуктов.

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

Стереохимическая специфичность [ править ]

Сахара, содержащие альфа-гликозидные связи

Этот тип специфичности чувствителен к оптической активности ориентации 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, фермент амилаза присутствует в слюне млекопитающих, которая стереоспецифична для альфа-связей, поэтому млекопитающие могут эффективно использовать крахмал и гликоген в качестве форм энергии, но не целлюлозу (потому что это бета-связь).

Определение [ править ]

kd, известна 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

к-1

kd будет эквивалентно k-1 / k1, где k1 и k-1 - скорости прямой и обратной реакции, соответственно, при превращении отдельных E и S в комплекс ферментного субстрата.

Приложение к кинетике ферментов [ править ]

Химическая специфичность фермента для конкретного субстрата может быть найдена с использованием двух переменных, которые выводятся из уравнения Михаэлиса-Ментен. km аппроксимирует константу диссоциации комплексов фермент-субстрат. kcat представляет скорость оборота или количество реакций, катализируемых ферментом, по сравнению с количеством фермента. kcat на км известен 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.

Значение [ править ]

Актуальность медицинских исследований [ править ]

Ферментативная специфичность дает полезное представление о структуре фермента , которая в конечном итоге определяет физиологические функции и играет роль в них. [7] Исследования специфичности также могут предоставить информацию о каталитическом механизме.

Специфичность важна для открытия новых лекарств и области клинических исследований, при этом новые лекарства тестируются на его 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. [1]Открытие новых лекарств прогрессирует с экспериментами с использованием высокоспецифичных соединений. 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. [8]

Приложения [ править ]

Научные методы, такие как иммуноокрашивание, зависят от химической специфичности. Иммуноокрашивание использует химическую специфичность антител для обнаружения интересующего белка на клеточном уровне. [9] Другой метод, основанный на химической специфичности, - это вестерн-блоттинг, который используется для обнаружения в ткани определенного белка, представляющего интерес. Этот метод включает гель-электрофорез с последующим переносом образца на мембрану, окрашенную антителами. Антитела специфичны к интересующему белку-мишени и будут содержать флуоресцентную метку, сигнализирующую о присутствии интересующего исследователя белка. [10]

См. Также [ править ]

  • Ферментная распущенность
  • Субстрат (химия)

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Итон, Брюс Э .; Золото, Ларри; Зичи, Доминик А. (1995-10-01). «Давайте конкретизируем: взаимосвязь между специфичностью и сходством» . Химия и биология . 2 (10): 633–638. DOI : 10.1016 / 1074-5521 (95) 90023-3 . PMID  9383468 .
  2. ^ Танфорд, Чарльз (1968). «Химическая основа разнообразия и специфичности антител». Счета химических исследований . 1 (6): 161–167. DOI : 10.1021 / ar50006a001 .
  3. ^ «Специфичность ферментов» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 08.05.2016.
  4. ^ «Глюкокиназа GCK [Homo sapiens (человек)] - Ген - NCBI» . www.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 12 июня 2016 .
  5. ^ "MSOE Центр Биомолекулярная Моделирование -Protein структуры Jmol учебники">» . Cbm.msoe.edu Retrieved. 2016-05-19 .
  6. ^ Сенер, А; Giroix, MH; Дюфран, ИП; Malaisse, WJ (1 сентября 1985 г.). «Аномерная специфичность активности гексокиназы и глюкокиназы в печени и инсулин-продуцирующих клетках» . Биохимический журнал . 230 (2): 345–351. DOI : 10.1042 / bj2300345 . ISSN 0264-6021 . PMC 1152624 . PMID 3902008 .   
  7. ^ Пи, Na; Лири, Джули А. (2004-02-01). «Определение констант специфичности фермента / субстрата с использованием множественного субстратного анализа ESI-MS» . Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 15 (2): 233–243. DOI : 10.1016 / j.jasms.2003.10.009 . PMID 14766290 . 
  8. ^ "Drug_receptor_theory [TUSOM | Pharmwiki]" . tmedweb.tulane.edu . Проверено 11 июня 2016 .
  9. ^ Мэйти, Бисванат; Шефф, Дэвид; Фишер, Рори А. (1 января 2013 г.). Иммуноокрашивание: определение местоположения сигнального белка в тканях, клетках и субклеточных компартментах . Методы клеточной биологии . 113 . С. 81–105. DOI : 10.1016 / B978-0-12-407239-8.00005-7 . ISBN 9780124072398. ISSN  0091-679X . PMID  23317899 .
  10. ^ Басс, JJ; Уилкинсон, диджей; Ранкин, Д .; Филлипс, BE; Шевчик, штат Нью-Джерси; Smith, K .; Атертон, П.Дж. (05.06.2016). «Обзор технических аспектов применения Вестерн-блоттинга в физиологических исследованиях» . Скандинавский журнал медицины и науки о спорте . 27 (1): 4–25. DOI : 10.1111 / sms.12702 . ISSN 1600-0838 . PMC 5138151 . PMID 27263489 .