Biến đổi enzyme cộng hóa trị

Biến đổi enzyme cộng hóa trị là quá trình điều hòa hoạt động của enzyme thông qua sự hình thành hoặc phá vỡ các liên kết cộng hóa trị trên enzyme, chẳng hạn như gắn các nhóm hóa học hoặc cắt chuỗi polypeptide. Không giống như liên kết không cộng hóa trị của các chất điều hòa dị lập thể, những thay đổi này được thực hiện và đảo ngược bởi các enzyme khác và có thể duy trì cho đến khi chúng được chủ động hoàn tác, tạo ra một lớp kiểm soát bền vững.

Definition

Biến đổi enzyme cộng hóa trị là sự điều hòa một enzyme thông qua sự hình thành hoặc cắt đứt các liên kết cộng hóa trị trên chính enzyme, được xúc tác bởi enzyme, bao gồm việc bổ sung thuận nghịch các nhóm hóa học, liên hợp các chất biến đổi polypeptide như ubiquitin, và cắt đứt phân giải protein không thuận nghịch của các tiền chất không hoạt động.

Scope

Mục này bao gồm các dạng chính của kiểm soát cộng hóa trị: chuyển nhóm thuận nghịch như phosphoryl hóa, gắn các chất biến đổi lớn hơn như ubiquitin, và hoạt hóa phân giải protein không thuận nghịch của zymogen. Nó coi đây là các cơ chế điều hòa trong enzym học và không đưa ra hướng dẫn lâm sàng hoặc dược lý.

Core questions

• Biến đổi cộng hóa trị khác với kiểm soát dị lập thể không cộng hóa trị như thế nào?
• Những biến đổi nào là thuận nghịch và những biến đổi nào về cơ bản là một chiều?
• Sự cắt đứt phân giải protein biến đổi một zymogen không hoạt động thành một enzyme hoạt động như thế nào?
• Việc gắn thẻ enzyme bằng ubiquitin kiểm soát hoạt động và tuổi thọ của nó như thế nào?

Key concepts

• Chuyển nhóm thuận nghịch (ví dụ: phosphoryl hóa, acetyl hóa)
• Các dạng enzyme có thể chuyển đổi lẫn nhau
• Ubiquitination và các chất biến đổi polypeptide khác
• Hoạt hóa phân giải protein của zymogen
• Biến đổi không thuận nghịch so với thuận nghịch
• Phân hủy protein được điều hòa

Mechanisms

Kiểm soát cộng hóa trị hoạt động thông qua một số phản ứng hóa học khác nhau. Chuyển nhóm thuận nghịch, trong đó phosphoryl hóa là nguyên mẫu, thêm các nhóm hóa học nhỏ có thể được loại bỏ bởi một enzyme đối lập, cho phép cùng một protein luân chuyển giữa các dạng hoạt động và không hoạt động. Các chất biến đổi lớn hơn cũng có thể được liên hợp: ubiquitin được gắn vào các protein đích thông qua một chuỗi các enzyme hoạt hóa, liên hợp và nối, đánh dấu đích để thay đổi hoạt động, vị trí hoặc phân hủy bởi proteasome. Một chế độ riêng biệt, về cơ bản là không thuận nghịch, là hoạt hóa phân giải protein, trong đó một tiền chất không hoạt động (zymogen) được cắt ở các vị trí cụ thể để tạo ra enzyme hoạt động; vì liên kết bị phá vỡ, công tắc này là một chiều và được sử dụng khi cần hoạt hóa quyết định, cam kết, như trong các enzyme tiêu hóa và đông máu. Cùng với nhau, các cơ chế cộng hóa trị này cung cấp cho tế bào các kiểm soát từ thuận nghịch nhanh chóng đến vĩnh viễn.

Clinical relevance

Các biến đổi cộng hóa trị như ubiquitination và hoạt hóa zymogen là trung tâm của các quá trình bao gồm chuyển hóa protein, tiêu hóa và đông máu, làm cho chủ đề này trở thành nền tảng cho hóa sinh trong y học. Mục này mô tả các cơ chế này để tham khảo và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc đưa ra quyết định điều trị.

History

Ý tưởng rằng các enzyme tồn tại dưới dạng biến đổi cộng hóa trị có thể chuyển đổi lẫn nhau đã phát triển từ việc khám phá phosphoryl hóa thuận nghịch của Krebs và Fischer và được khái quát hóa trong bài đánh giá năm 1979 của Krebs và Beavo. Song song đó, việc làm sáng tỏ hệ thống ubiquitin-proteasome vào cuối thế kỷ XX đã tiết lộ một cơ chế gắn thẻ cộng hóa trị riêng biệt, được Pickart và sau đó là Zheng và Shabek xem xét, kiểm soát sự phong phú của enzyme thông qua sự phân hủy được điều hòa. Hoạt hóa phân giải protein của zymogen đã được công nhận sớm hơn trong nghiên cứu về các enzyme tiêu hóa và đông máu, hoàn thiện bức tranh về kiểm soát cộng hóa trị.

Key figures

• Edwin Krebs
• Edmond Fischer
• Cecile Pickart
• Aaron Ciechanover
• Avram Hershko

Seminal works

• krebs-beavo-1979
• pickart-2001
• zheng-shabek-2017

Frequently asked questions

Biến đổi enzyme cộng hóa trị luôn thuận nghịch phải không?

Không. Chuyển nhóm như phosphoryl hóa là thuận nghịch, nhưng hoạt hóa phân giải protein của zymogen phá vỡ liên kết peptide và về cơ bản là không thuận nghịch.

Zymogen là gì?

Zymogen là một tiền chất enzyme không hoạt động chỉ trở nên hoạt động sau khi cắt đứt cộng hóa trị đặc hiệu một phần chuỗi polypeptide của nó.