إنزيم منظم

الإنزيمات التفارغية

وعلى صعيد آخر، هذا النوع من الانزيمات يحتوي على اثنين من مواقع الربط  وهم: موقع خاص بالمادة الهدف للإنزيم والاخر  للمستجيبات. المستجيبات هي جزيئات صغيرة التي تعدل نشاط الإنزيم؛ فهي تعمل من خلال عكسها  عن طريق رابطة غير تساهمية تربط المستجيب والإنزيم في موقع من مواقع الربط ويسمى موقع تفارغي وهو ليس موقع التنشط الخاص بالمادة الهدف. عند الارتباط، هذه المركبات (المستجيب) لا تشارك في التحفيز مباشرة، ولكنها لا تزال ضرورية: فأنها تؤدي إلى تغير متعلق ببنية الإنزيم. وهذ التغيير بدوره يؤثر على بنيه الموقع النشط الخاص بالمادة الهدف والذي يؤدي إلى تغير نشاط التفاعل والسماح لهم بالارتباط لإكمال التفاعل .

الانزيمات المعدلة تساهميا

ومن ناحية أخرى، هنا، يتم تغيير الشكل النشط وغير النشط للإنزيم بسبب التعديلات التساهمية لهياكلها التي تحفز عن طريق إنزيمات أخرى. هذا النوع من التنظيم يتكون من إضافة أو التخلص من بعض الجزيئات التي يمكن أن ترتبط ب الإنزيم. أهم المجموعات التي تعمل كمعدلات هي فوسفات، ميثيل، أوريدين، أدينين وأدينوسين ثنائي فوسفات ريبوسيل. هذه المجموعات تنضم أو تزال من البروتين عن طريق إنزيمات أخرى. و تعتبر أبرز التعديلات التساهمية هي  الفسفرة. ومن الأحماض الأمينية  الشائعة التي تشارك في التعديلات التساهمية وتستعمل للسيطرة على الأنشطة التحفيزية للإنزيم هي: سيرين، التربتوفان والتيروزين. و يعتير إنزيمات الكايناز و الفسفاتازات من الإنزيمات المعروفة التي تؤثر على هذه التعديلات، مما ينتج عنه تغيرات متعلقة بحالة الشكل التكويني للإنزيم وتؤثر على مدى انجذابه للمادة الهدف (substrate).

التحلل البروتيني

علاوةً على ذلك، بعض الإنزيمات تحتاج إلى المرور خلال عملية النضوج لتصبح فعالة. بريكورسر

precursor (حالة غير نشطة، والمعروفة ب

من جهة ثانية، zymogen) يتم تصنيعه أولا، ومن ثم، عن طريق قطع بعض روابط ببتيديه محددة (الحفز الأنزيمي من قبل الانقسام الانتقائي التحللي)، يتم تعديل التشكيل  ثلاثي الأبعاد 3D إلى حد كبير في حالة التخفيز الوظيفي، والحصول على الانزيم النشط.

ومن ناحية أخرى، يتم تنشيط الكثير من أنواع مختلفة من البروتينات مع أدوار مختلفة في عملية التمثيل الغذائي عن طريق التحلل البروتيني لأسباب كبيرة:

وفي هذا السياق، يجب أن تكون بعض الاستجابات النهائية فورية حتى الإنزيمات التي تحفز تلك التفاعلات تحتاج إلى أن تكون مستعدة ولكن ليست نشطة، لهذا السبب يتم تصنيع  zymogene وتبقى مستعدة للتنشيط السريع. ويستند استجابة التخثر على الأنزيمية المتتالية التحلل البروتيني الناضج (enzymatic cascade proteolysis maturation). لذلك، من خلال تفعيل أول إنزيم محفز يتم تنشيط كمية كبيرة من الانزيمات التالية وكمية المنتج المطلوب يتم تحقيقها كما هو مطلوب.

وفي هذا السياق، إنزيمات هيدرولية قوية، مثلًا، إنزيمات الجهاز الهضمي، يتم تنشيطها عن طريق التحلل البروتيني حتى نتمكن من ضمان أنها غير قادرة على تحليل أي بروتين غير راغب حتى الوصول إلى المكان الصحيح: البروتينات المحللة ل zymogens يتم بنائها في البنكرياس وتتراكم في الحويصلات حيث أنها لا تزال غير ضاره. عندما يكون هناك حاجة إليها، بعض التحفيز الهرموني أو العصبي يؤدي إفرازzymogens  إلى الأمعاء ويتم تنشيطها.

ومن ناحية أخرى، التحلل البروتيني لا رجعة فيه، مما يعني الحاجة إلى عملية تثبيط الإنزيم . هناك مثبطات محددة مماثلة للمادة الهدف يمكنها أن تنضم بشدة للإنزيم وتحجب المادة الهدف من للانضمام إلى الإنزيم. وهذا الاتحاد قد يستمر لعدة أشهر.

علاوةً على ذلك، التحلل البروتيني لا رجعة فيه وعادة غير محددة. فضلًا عن ذلك فإن نفس المنشط يمكن له تعديل إنزيمات تنظيمية مختلفة: ماإن يتم تنشيط التربسين  ، فإنه ينشط الكثير من إنزيمات التحلل الأخرى. التحلل البروتيني يمكن كذلك أن يكون سريع وبسيط وبالتالي يمكن لتحلل رابطة ببتيدية واحدة أن يكون كافيا لتغيير تشكيل البروتين وبناء المنطقة النشطة، مما يتيح التفاعل بين الإنزيم والمادة الهدف، مثلًا، تنشيط كيموتربسين (كما هو مبين في الصور).

وعلى صعيد آخر، بروتينات الأنسجة الضامة  مثل الكولاجين (zymogen: procolagen), الهرمونات مثل الأنسولين (zymogen: proinsulin) والبروتينات المشاركة في عمليات التنمية وموت الخلايا المبرمج (موت الخلايا المبرمج) يتم تفعيلها من خلال التحلل البروتيني كذلك.

الفسفرة

وفي هذا السياق، الفسفرة وإزالة الفسفرة  قد تحدث كاستجابة لإشارات تحذر من تغيير في الخلية. وهذا يعني أن بعض المسارات حيث الإنزيمات التنظيمية المشاركة تنظمها الفسفرة بعد إشارة محددة في الخلية.

وفي السياق ذاته، الفسفرة تغير مدى انجذاب الإنزيم إلى المادة الهدف (مثال على ذلك: فإن فسفرة  نازعة هيدروجين الإيزوسيترات (isocitrate dehydrogenase) يخلق التنافر الكهربائي الذي يمنع اتحاد المادة الهدف إلى المركز النشط). الفسفرة يمكن أن تحدث في المركز النشط  للإنزيم. فإنه يمكن تغيير تشكيل  هذا المركز النشط، وبالتالي يمكن التعرف على المادة الهدف أو لا. كذلك، يمكن للفوسفات المتأينة جذب بعض أجزاء المادة الهدف، والتي يمكن أن تنضم إلى الإنزيم.

كذلك، بعض الإنزيمات يمكن فسفرتها في مواقع متعددة. وجود مجموعة الفسفوريل في جزء من البروتين قد تعتمد على طي الإنزيم (والتي يمكن أن تجعل من البروتين أكثر أو أقل قابلية للوصل من قبل بروتينات الكيناز) وعلى قرب من مجموعات فسفوريل الأخرى.

علاوةً على ذلك، إضافة مجموعة الفسفوريل إلى الإنزيم تحفز بواسطة إنزيمات الكيناز، في حين أن التخلص من هذه المجموعة  تحفزه أنزيمات الفوسفاتيز. تردد عملية الفسفرة كآلية تنظيمية يرجع إلى سهولة التغيير من شكل مفسفر إلى شكل غير مفسفر.

إضافةً إلى ذلك، الفسفرة تغير تشكيل الانزيم إلى طريقة أكثر نشاطا أو غير نشطة (مثل تنظيم الجليكوجين فسفوريلاز). كل مجموعة فوسفات تحتوي على إثنين من الشحنات السالبة، وبالتالي فإن إضافة هذه المجموعة يمكن أن يسبب تغييرا هاما في تشكيل الإنزيم. يمكن لمجموعة الفوسفات أن تجذب الأحماض الأمينية ذات الشحنة الموجبة أو إنشاء تفاعل تنافري مع الأحماض الأمينية ذات الشحنة السالبة. هذه التفاعلات يمكن لها أن تغير التشكيل ووظيفة الإنزيم. عندما يزيل إنزيم الفوسفاتيز مجموعات الفوسفات، يعود هذا الإنزيم إلى التشكيل الأولي.

وفي هذا الصدد، الفسفرة أو إزالة الفسفرة  تجعل وظيفة الإنزيم فعالة  في وقت احتياج الخلية لحدوث هذا التفاعل. و يمكن تقسيم الآثار الناتجة عن إضافة مجموعات الفسفوريل التي تنظم حركية التفاعل إلى مجموعتين:

كذلك، الفسفرة هو إضافة مجموعات الفوسفات للبروتينات، والتي هي آلية التعديل التنظيمي الأكثر شيوعا في خلايانا. هذه العملية تحدث في الخلايا بدائية النواة والخلايا حقيقية النواة (نصف أو ثلث بروينات هذا النوع من الخلايا تخضع لعملية الفسفرة). بسبب شيوع هذه العملية، فإن الفسفرة لها أهمية كبيرة في تنظيم المسارات في الخلايا.

نظرة عامة

من جهة ثانية، هناك الكثير من استراتيجيات تفعيل وتعطيل الإنزيمات التنظيمية. الإنزيمات التنظيمية تتطلب عملية تنشيط إضافية وتحتاج المرور ببعض التعديلات في أبعادها الثلاثية من أجل أن تصبح فعالة، مثلًا، تحفيز الإنزيمات (الإنزيمات التنظيمية). وهناك حاجة إلى تنظيم تفعيل هذه الإنزيمات المحفزة من أجل تنظيم سرعة التفاعل بأكمله، بحيث يمكن الحصول على كمية المنتج المطلوب في أي وقت، مما يجعل الإنزيمات التنظيمية لها أهمية بيولوجية. لذلك، فإن هناك نوعين من الإنزيمات التنظيمية بناءا على طريقة التحكم في التنشيط وهم: الإنزيمات التفارغية والإنزيمات المعدلة تساهميا. ولكن، فإنه يمكن لإنزيم ان يجمع بين كلا النوعين من التنظيم.

علاوةً على ذلك، بشكل عام، فإن البروتين ذات بنية القطعي الزائد  في الظروف  البيئة أو الوسط المحدد والمناسب تكون نشطة وعلى الإستعداد للقيام بمهمتها،  ولكن هناك بعض المثبطات، وهي المسؤولة عن تنظيم بعض مسارات التمثيل الغذائي. الإنزيمات التنظيمية هي عادة الإنزيم الأول في نظام متعدد الأنزيمات: المادة الناتجة من التفاعل المحفز بواسطة الإنزيم الأول هي المادة الهدف والمحفزه للإنزيم الثاني، وبالتالي فإن الخلية يمكنها التحكم في كمية المنتج الناتج عن طريق تنظيم نشاط الإنزيم الأول للمسار.

خصائص

من جهة ثانية، على أساس التعديلات أو التغيرات في الإنزيمات التفارغية، يمكن تصنيفها في مجموعتين:

كذلك، الإنزيمات التفارغيه هيتروتروبيك (Heterotropic): في هذه الحالة فقط المستجيب هو الذي يلعب دورا في تعديل بنيه الإنزيم.

وفي السياق ذاته، الإنزيمات التفارغية هوموتروبيك (Homotropic): في هذه الحالة، المادة الهدف والمستجيب يلعبون دورا في تعديل الإنزيم، مما يؤثر على النشاط التحفيزي للإنزيم.

وفي هذا السياق، فهذه الإنزيمات تقدم حركية خاصة: تغيرات التكوين في كل سلسلة من البروتين تعزز التغيرات في السلاسل الأخرى وهذا مايسمى بالتعاون. وتحدث هذه التغييرات على المستويين الثالث والرابع من التنظيم.

وفي هذا الصدد، الإنزيمات التفارغية هي عموما أكبر في الكتلة من الإنزيمات الأخرى. وتختلف في وجود وحده واحده للإنزيم، ففي هذه الحالة  الأنزيم التفارغي يتألف من عدة وحدات والتي تحتوي على مواقع الربط النشطة ومواقع الربط للجزيئات التنظيمية.

ردود الفعل المثبطة

علاوةً على ذلك، في بعض الأنظمة  لمتعدد الإنزيمات: يتم تثبيط الإنزيم عن طريق المادة الناتجة عن التفاعل وذلك عند ارتفاع تركيز الناتج النهائي للتفاعل عن التركيز اللازم لحاجة الخلية. لذا، فإنه يمكن التحكم في سرعة التفاعل عن طريق كمية المادة الناتجة والتي تحتاجها الخلية. وبالتالي كلما قل احتياج الخلية للمادة الناتجة من التفاعل، كلما بطأت سرعه التفاعل.

وفي هذا الصدد، ردود الفعل المثبطة هي واحدة من أهم الوظائف للبروتينات. بسبب ردود الفعل المثبطة، فإن الخلية قادرة على معرفة ما إذا كانت كمية المادة المنتجة كافية لعيشها أو هناك نقص في المادة المنتجة (أو هناك الكثير من المادة المنتجة). الخلية قادرة على الرد على هذا النوع من الأوضاع  بطريقة ميكانيكية وحل مشكلة كمية المادة المنتجة. مثال على ردود الفعل المثبطة في الخلايا البشرية هو البروتين أكونتيز (aconitase ) وهو عبارة عن إنزيم لتحفيز عملية التشاكل  (isomeration) لتحويل السيترات إلى الإيزوسيترات)، عملية التشاكل هي تحويل المركب إلى مركب اخر له نفس التركيب ولكن يختلف في الخواص. فإنه عندما تحتاج الخلية إلى الحديد، يفقد إنزيم أكونتيز جزيء الحديد وبالتالي يتغير شكله. عندما يحدث هذا،  يتم تحويل ال أكونتيز إلى IRPF1 ،  وهو عباره عن مثبط للترجمة أو يساعد على إستقرار mRNA , والذي بدوره يثبط تكوين البروتينات-ملزمة الحديد  ويفضل تكوين البروتينات التي تتمكن من الحصول على الحديد من الخلايا المتحفظة عليه