معلومة

سؤال الإنزيم التعاوني


أنا حاليا أدرس في MCATs. بعد إجراء بعض أسئلة ممارسة الكيمياء الحيوية ، وجدت سؤالًا أعتقد أنه قد يتم طرحه بشكل غير صحيح. كنت أتساءل ما إذا كنت محقًا في قول هذا أم لا.

السؤال هو: "إنزيم تعاوني معين له أربع وحدات فرعية ، اثنتان منها مرتبطتان بالركيزة. أي من العبارات التالية يمكن إجراؤها؟"

الإجابة الصحيحة هي "تقارب إنزيم الركيزة أكبر من تقارب ركيزة واحدة."

يكمن ارتباكي في حقيقة أن السؤال لم يحدد أبدًا ما إذا كان هذا الإنزيم التعاوني له معامل هيل إيجابيًا أم سلبيًا. عند الاقتراب من أسئلة مستقبلية مثل هذه ، هل يجب أن أفترض معامل هيل إيجابيًا؟


سؤال الإنزيم التعاوني - علم الأحياء

أي من الرسوم البيانية التالية يوضح نتائج معدل التفاعل مقابل تركيز الركيزة لإنزيم خيفي في غياب ووجود مثبط خيفي؟

إنزيمات خيفي

ربط المؤثرات بالوحدات الفرعية التنظيمية

قد تحتوي الإنزيمات الخيفية أيضًا على وحدات فرعية تنظيمية تربط إما المنشطات أو المثبطات. المنشطات والمثبطات تسمى "المؤثرات". تتسبب المثبطات في أن يتخذ الإنزيم الخيفي الشكل غير النشط. المنشطات تعزز الشكل النشط.

يوجد توازن بين الأشكال النشطة وغير النشطة. تعتمد كمية الإنزيم النشط وغير النشط على التركيزات النسبية للركيزة والمثبط ، كما هو مقترح في الرسم التخطيطي:

يؤدي ارتباط مثبط خيفي إلى اعتماد الإنزيم للتشكيل غير النشط ، ويعزز الارتباط التعاوني للمثبط الثاني.

يمكن للفائض من الركيزة التغلب على تأثير المانع. يتسبب ارتباط الركيزة في أن يتخذ الإنزيم الشكل النشط ، ويعزز الارتباط التعاوني للركيزة الإضافية ، مما يؤدي إلى تكوين المنتج.


نظرية اللعبة تستدعي التعاون موضع تساؤل

عندما عبرت المخطوطة مكتبه ، أثار اهتمام جوشوا بلوتكين ، عالم الأحياء النظرية بجامعة بنسلفانيا ، على الفور. وجد الفيزيائي فريمان دايسون وعالم الكمبيوتر ويليام بريس ، وكلاهما بارع للغاية في مجالهما ، حلاً جديدًا لسيناريو نظرية لعبة مشهور منذ عقود يسمى معضلة السجين و rsquos ، حيث يجب على اللاعبين أن يقرروا ما إذا كانوا سيغشون أو يتعاونون مع شريك. لطالما استخدمت معضلة السجين و rsquos للمساعدة في شرح كيف يمكن أن يستمر التعاون في الطبيعة. بعد كل شيء ، فإن الانتقاء الطبيعي يحكمه بقاء الأصلح ، لذلك قد يتوقع المرء أن الاستراتيجيات الأنانية التي تفيد الفرد ستستمر على الأرجح. لكن الدراسة المتأنية لمعضلة السجين و rsquos كشفت أن الكائنات الحية يمكن أن تعمل بالكامل من أجل مصلحتها الذاتية ولا تزال تنشئ مجتمعًا تعاونيًا.

لكن حل Press و Dyson & rsquos الجديد للمشكلة ألقى بهذا المنظور الوردي موضع تساؤل. وأشارت إلى أن أفضل الاستراتيجيات كانت الأنانية التي أدت إلى الابتزاز وليس التعاون.

وجد بلوتكين أن الثنائي و rsquos رياضيات رائعان في أناقته. لكن النتيجة أزعجه. تتضمن الطبيعة أمثلة عديدة للسلوك التعاوني. على سبيل المثال ، تتبرع الخفافيش مصاصة الدماء ببعض وجبات الدم لأفراد المجتمع الذين يفشلون في العثور على فريسة. تساعد بعض أنواع الطيور والحشرات الاجتماعية بشكل روتيني في تربية حضنة أخرى. حتى البكتيريا يمكنها أن تتعاون ، فتلتصق ببعضها البعض حتى ينجو البعض من السم. إذا ساد الابتزاز ، فما الذي يدفع هذه الأعمال وغيرها من نكران الذات؟

بحثت ورقة Press and Dyson & rsquos في سيناريو نظرية اللعبة الكلاسيكية وزوج مدشا من اللاعبين ينخرطون في مواجهة متكررة. أراد بلوتكين معرفة ما إذا كان من الممكن إحياء الكرم إذا تم تطبيق نفس الرياضيات على موقف أقرب إلى الطبيعة. لذلك أعاد صياغة نهجهم في مجموعة سكانية ، مما سمح للأفراد بلعب سلسلة من الألعاب مع كل عضو آخر في مجموعتهم. وكانت نتيجة تجاربه التي نُشر آخرها في ديسمبر في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، يشير إلى أن الكرم والأنانية يسيران في خط محفوف بالمخاطر. في بعض الحالات ، ينتصر التعاون. لكن قم بتحويل متغير واحد فقط ، والابتزاز يأخذ مكانه مرة أخرى. قال بلوتكين ، الذي أجرى البحث مع زميله ألكسندر ستيوارت ، "لدينا الآن تفسير عام للغاية بشأن متى يتوقع أو لا يتوقع أن يتطور التعاون بين السكان".

العمل نظري بالكامل في هذه المرحلة. ولكن يمكن أن يكون للنتائج آثار واسعة النطاق ، وتشرح الظواهر التي تتراوح من التعاون بين الكائنات الحية المعقدة إلى تطور تعددية الخلايا وشكل مدشا من التعاون بين الخلايا الفردية.

يقول بلوتكين وآخرون إن عمل Press و Dyson & rsquos يمكن أن يوفر إطارًا جديدًا لدراسة تطور التعاون باستخدام نظرية الألعاب ، مما يسمح للباحثين باستنباط المعايير التي تسمح بوجود التعاون. قال مارتن نوفاك ، عالم الأحياء والرياضيات في جامعة هارفارد ، إنه أعاد إحياء هذا المجال بشكل أساسي.

حلمة بواحدة
تشتهر قرود الفرفت بمكالمات التنبيه. سيصرخ القرد لتحذير جيرانه عندما يكون حيوان مفترس قريبًا. لكن بفعلها ذلك ، فإنها تلفت الانتباه بشكل خطير إلى نفسها. كافح العلماء الذين عادوا إلى داروين لشرح كيفية تطور هذا النوع من السلوك الإيثاري. إذا تم التقاط نسبة عالية بما يكفي من القرود الصراخ من قبل الحيوانات المفترسة ، فمن المتوقع أن يقضي الانتقاء الطبيعي على الصراخ في تجمع الجينات. ومع ذلك ، لم يحدث ذلك ، وقد أدت التكهنات حول السبب إلى عقود من النقاش (المحتدم في بعض الأحيان).

اقترح الباحثون آليات مختلفة ممكنة لشرح التعاون. يشير اختيار الأقارب إلى أن مساعدة أفراد الأسرة تساعد الفرد في النهاية. يقترح اختيار المجموعة أن المجموعات المتعاونة قد تكون أكثر عرضة للبقاء على قيد الحياة من المجموعات غير المتعاونة. وتفترض المعاملة بالمثل أن الأفراد يستفيدون من مساعدة شخص ساعدهم في الماضي.

تساعد معضلة السجين و rsquos الباحثين على فهم الاستراتيجيات البسيطة ، مثل التعاون مع أفراد المجتمع السخي وخداع الغشاشين ، والتي يمكن أن تخلق مجتمعًا تعاونيًا في ظل الظروف المناسبة. تم وصف معضلة السجين و rsquos لأول مرة في الخمسينيات من القرن الماضي ، وهي تنطوي على زوج من المجرمين الذين تم القبض عليهم ووضعهم في غرف منفصلة. كل شخص لديه خيار: الاعتراف أو البقاء صامتًا. في أفضل النتائج ، كلاهما لا يقول شيئًا ويطلق سراحه. لكن بما أنه لا يعرف أي منهما ما سيفعله الآخر ، فإن التزام الصمت أمر محفوف بالمخاطر. إذا كان أحدهم واش والآخر بقي صامتًا ، فإن الجرذ يحصل على عقوبة أخف بينما يعاني الشريك الهادئ.

حتى الكائنات الحية البسيطة ، مثل الميكروبات ، تشارك في هذه الأنواع من الألعاب. تنتج بعض الكائنات الحية الدقيقة البحرية جزيئات تساعدها على جمع الحديد ، وهو عنصر غذائي حيوي. غالبًا ما تحتوي المستعمرات الميكروبية على منتجين وغشاشين وميكروبات لا تصنع المركب بنفسها ، ولكنها تستغل جيرانها وجزيئاتهم.

في حالة واحدة من معضلة السجين و rsquos ، فإن أفضل استراتيجية هي الانشقاق و mdashsqueal على شريكك وستحصل أنت & rsquoll على وقت أقل. ولكن إذا تكررت اللعبة مرارًا وتكرارًا ، فستتغير الإستراتيجية المثلى. في مواجهة واحدة ، يكون قرد الفرفت الذي يكتشف وجود مفترس أكثر أمانًا إذا ظل صامتًا. لكن على مدار حياته ، من المرجح أن يبقى القرد على قيد الحياة إذا حذر جيرانه من خطر وشيك وفعلوا الشيء نفسه. قال بلوتكين: & ldquo لكل لاعب حافز للانشقاق ، لكن بشكل عام سيكون أداؤه أفضل إذا تعاون. & ldquoIt & rsquos مشكلة كلاسيكية لكيفية ظهور التعاون. & rdquo

في سبعينيات القرن الماضي ، أطلق روبرت أكسلرود ، وهو عالم سياسي في جامعة ميتشيغان ، بطولة تدور حول استراتيجيات مختلفة. لمفاجأة العديد من المتنافسين ، فاز النهج الأبسط. ما عليك سوى محاكاة الحركة السابقة للاعب الآخر و rsquos ، وهي استراتيجية تسمى tit for tat ، انتصرت على برامج أكثر تعقيدًا.

يمكن العثور على استراتيجيات المعاملة بالمثل في جميع أنحاء العالم البيولوجي. أزواج من أسماك أبو شوكة ، على سبيل المثال ، تستكشف الحيوانات المفترسة القريبة في نوع من ثنائي واحد بواحدة. إذا قامت إحدى الأسماك بخطوة محفوفة بالمخاطر في الاندفاع للأمام ، فإن الأخرى ترد بالمثل بفعل شجاع مماثل. إذا تراجع أحدهم ، على أمل السماح لشريكه بالمخاطرة ، يتراجع الشريك أيضًا.

على مدار الثلاثين عامًا الماضية ، اكتشف العلماء نسخًا تطورية أكثر واقعية لمعضلة السجين و rsquos من نسخة أكسلرود البسيطة. يبدأ اللاعبون في دورة مستديرة كبيرة بمجموعة متنوعة من الاستراتيجيات و [مدشثينك] أن هذا هو لياقتهم المحددة وراثيا. لتقليد البقاء للأصلح ، يولد الفائز في كل تفاعل المزيد من الأبناء ، الذين يرثون نفس الإستراتيجية مثل الوالدين. وبالتالي تزداد شعبية الاستراتيجيات الأكثر نجاحًا بمرور الوقت.

يعتمد أسلوب الفوز على مجموعة متنوعة من العوامل ، بما في ذلك حجم المجموعة والاستراتيجيات الموجودة في البداية وعدد المرات التي يرتكب فيها اللاعبون الأخطاء. في الواقع ، فإن إضافة الضوضاء إلى اللعبة وتغيير عشوائي في الإستراتيجية التي تعمل كبديل للطفرة الجينية و [مدش] في عهد tit for tat. في ظل هذه الظروف ، فإن البديل المعروف باسم "السخي" tit for tat ، والذي يتضمن أحيانًا التسامح مع خيانة الآخرين و rsquos ، ينتصر.

النكهة العامة لهذه المحاكاة متفائلة و [مدشكايندنس] يؤتي ثماره. & ldquo إن أكثر الاستراتيجيات نجاحًا غالبًا ما تكون تلك التي لا تحاول الاستفادة من شخص آخر ، & rdquo قال نواك.

أدخل Press و Dyson بجرعة داكنة من اليأس.

حدد بريس ودايسون طريقة ، يطلق عليها اسم الابتزاز ، حيث يمكن للاعب واحد دائمًا الفوز باختيار الانشقاق وفقًا لمجموعة محددة من الاحتمالات. تعتبر إستراتيجية Press and Dyson & rsquos رائعة من حيث أنها تسمح للاعب واحد بالتحكم في نتيجة اللعبة. يقول كريستيان هيلب ، الباحث في مجموعة Nowak & rsquos في جامعة هارفارد ، إن الابتكار الرئيسي هو حساب عدد المرات التي يمكنك فيها الخلل دون إعاقة اللاعب المشارك الخاص بك تمامًا. علاوة على ذلك ، يحتاج اللاعب الفائز فقط إلى تذكر حركة واحدة سابقة ، لكن الاستراتيجية تعمل تمامًا مثل تلك التي تتضمن العديد من جولات اللعب السابقة.

يضطر اللاعب الثاني إلى التعاون مع المبتز لأن ذلك & rsquos هو الخيار الذي يوفر أفضل عائد. & ldquoI إذا كنت & rsquom مبتزًا ، فأنا بين الحين والآخر عيبت على الرغم من تعاوننا ، بنسبة كافية بدقة أنه بغض النظر عن ما تفعله ، فأنا أحظى بمكافأة أعلى منك ، & rdquo قال بلوتكين. يذكرنا الوضع بمشروع جماعي في المدرسة الإعدادية. إذا توقف أحد أعضاء الفريق عن العمل ، فلن يكون أمام الطلاب الواعين من خيار سوى العمل بجدية أكبر من أجل الحصول على درجة جيدة.

تم وضع ورقة Press and Dyson & rsquos الأصلية في سياق نظرية اللعبة الكلاسيكية وسلسلة مدشا من التفاعلات بين زوج واحد من اللاعبين. لكن بلوتكين وستيوارت أرادوا معرفة ما سيحدث إذا طبقوا نفس النهج الرياضي على مجموعة متطورة ، مثل قرود الفرفت أو الخفافيش مصاصة الدماء ، التي تتكاثر وتعيش على أساس لياقتها الفردية. لقد استكشفوا الفئة الأوسع من الاستراتيجيات الناجحة ، والتي تسمى استراتيجيات تحديد الصفر ، والتي حددها بريس ودايسون.

تتضمن هذه الفئة من الاستراتيجيات النقيض الأخلاقي للابتزاز: الكرم. بشكل عام ، اللاعب الذي يستخدم استراتيجية سخية سيتعاون دائمًا عندما يتعاون خصمه. إذا عيب الخصم ، فسيظل اللاعب الأول يتعاون مع احتمال معين في محاولة لإقناع الخصم بالعودة إلى الكرم.

بالنسبة إلى Plotkin و Stewart & rsquos ، كانت الاستراتيجيات السخية بدلاً من تلك الابتزازية هي الأكثر نجاحًا عند تطبيقها على المجموعات السكانية المتطورة. & ldquo وجدنا صورة أكثر وردية ، & rdquo قال بلوتكين ، الذي نشر النتائج في عام 2013 في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم. تعتبر الاستراتيجيات الأكثر قوة ، التي يمكن استبدالها باستراتيجيات أخرى ، كريمة. & rdquo

الحدس الأساسي بسيط. وقال بلوتكين إن الاستبعاد يعمل بشكل جيد مع خصم واحد. & ldquo ولكن في عدد كبير من السكان ، سوف يقترن المبتز في النهاية مع ابتزاز آخر. & rdquo ثم ينشق كلاهما ، ويحصل على مكافأة أقل. & ldquoPlotkin قام بتحسين نموذجنا بقلبه رأسًا على عقب ، وقال دايسون. & ldquo إذا كنت تريد أن يتعاون معك أحد ، فمن الأفضل رشوة الشخص بمزايا قصيرة المدى بدلاً من معاقبته على الفور.

أكد هيلبي هذه النتائج في سيناريو من العالم الحقيقي ، حيث وضع اللاعبين البشريين ضد أجهزة الكمبيوتر باستخدام استراتيجيات سخية أو ابتزازية. كما هو متوقع ، ربح الناس دفعات أكبر عند اللعب ضد أجهزة كمبيوتر سخية مقارنة بأجهزة الكمبيوتر الأنانية. لكن الناس يميلون أيضًا إلى معاقبة المعارضين المبتزين ، ورفض التعاون على الرغم من أن ذلك سيكون في مصلحتهم الفضلى. وهذا بدوره قلل من المردود لكل من اللاعب البشري والكمبيوتر. في النهاية ، حصل الكمبيوتر السخي على تعويضات أكبر من الكمبيوتر الابتزازي.

الانتقام المبتز و rsquos
بالنظر إلى هذه النتائج ، كان بلوتكين يأمل في أن يتم إبعاد المبتزين. لكن هذا التفاؤل لم يدم طويلاً. بعد دراسته لعام 2013 ، غيّر بلوتكين المكافآت التي يمكن كسبها من خلال التعاون أو الانشقاق. قام اللاعبون بتمرير إستراتيجيتهم والمكافآت الإستراتيجية إلى ذريتهم ، وقد تعاني كلتا الكميتين من طفرات عشوائية.

مع هذا التغيير في النظام ، والذي قد يتوافق مع تغير في الظروف البيئية ، عادت النتيجة إلى الجانب المظلم. لم يعد الكرم هو الحل المفضل. & quot ؛ نظرًا لأن الطفرات التي تزيد من إغراء الانشقاق تكتسح المجموعة ، يصل السكان إلى نقطة تحول ، & rdquo قال بلوتكين. & ldquo والإغراء عارم ، والانشقاق يحكم اليوم.

قال بلوتكين إن النتيجة كانت غير متوقعة. & ldquoIt's مفاجأة لأنها & rsquos في نفس الإطار ونظرية mdashgame و mdasht التي استخدمها الناس لشرح التعاون ، & rdquo قال. & ldquo أعتقد أنه حتى لو سمحت للعبة بالتطور ، فسيظل التعاون سائدًا. & rdquo

الخلاصة هي أن التعديلات الصغيرة على الظروف يمكن أن يكون لها تأثير كبير على انتصار التعاون أو الابتزاز. قال جيف جور ، عالم الفيزياء الحيوية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، والذي لم يشارك في الدراسة ، إنه أمر رائع تمامًا أن نرى أن هذا يؤدي إلى نتائج مختلفة نوعياً. & ldquo اعتمادًا على القيود ، يمكنك تطوير أنواع مختلفة نوعيًا من الألعاب. & rdquo

يؤكد كريس آدمي ، عالم الأحياء الحسابية في جامعة ولاية ميتشيغان ، أنه لا يوجد شيء مثل الاستراتيجية المثلى وأن الفائز يعتمد على الظروف.

في الواقع ، من غير المرجح أن تكون دراسة Plotkin & rsquos نهاية القصة. & ldquoI & rsquom متأكد من أنه سيكون هناك أشخاص ينظرون إلى كيف تعتمد النتيجة على الافتراضات ، & rdquo قال هيلبي. & ldquo ربما يمكن إنقاذ التعاون بطريقة ما. & rdquo

مستقبل السجين و rsquos
من الواضح أن معضلة السجين و rsquos هي نسخة مبسطة للغاية من التفاعلات الحقيقية.

إذن ما مدى جودة النموذج لدراسة تطور التعاون؟ دايسون ليس متفائلاً. إنه يحب دراسات Plotkin & rsquos و Hilbe & rsquos ، ولكن في الغالب لأنها تنطوي على رياضيات مثيرة للاهتمام. قال دايسون إنه وصف للعوالم المحتملة بالتأكيد مثير للاهتمام ، لكنه لا يبدو لي مثل عالم الأحياء.

قال إيثان أكين ، عالم الرياضيات الذي اكتشف استراتيجيات مشابهة لـ Press و Dyson & rsquos ، إنه يعتقد أن النتائج قابلة للتطبيق على صنع القرار الاجتماعي أكثر من تطور التعاون.

لكن بعض علماء الأحياء التجريبية لا يوافقون ، قائلين إن معضلة السجين و rsquos ونظرية اللعبة على نطاق أوسع كان لها تأثير عميق على مجالهم. & ldquo أعتقد أن مساهمة نظرية الألعاب في التعاون الميكروبي ضخم ، كما قال ويل راتكليف ، عالم الأحياء التطوري في معهد جورجيا للتكنولوجيا.

على سبيل المثال ، يستخدم العلماء الذين يدرسون مقاومة المضادات الحيوية سيناريو نظرية اللعبة يسمى لعبة snowdrift ، حيث يستفيد اللاعب دائمًا من التعاون. (إذا كنت عالقًا في مبنى شقتك بعد عاصفة ثلجية ، فستستفيد من تجريف الممر ، ولكن أيضًا يفعل أي شخص آخر يعيش هناك ولا يوجد به مجرفة.) يمكن لبعض البكتيريا أن تنتج وتفرز إنزيمًا قادرًا على تعطيل عقاقير المضادات الحيوية. إن إنتاج الإنزيم مكلف ، ويمكن للبكتيريا الكسولة التي لا تجعله أن تستفيد من استخدام الإنزيمات التي ينتجها جيرانها الأكثر كادحًا. في سيناريو معضلة السجين و rsquos الصارمة ، سيقتل المتهربون في نهاية المطاف المنتجين ، مما يؤذي السكان بالكامل. ولكن في لعبة الانجراف الثلجي ، يتمتع المنتجون بقدرة أكبر على الوصول إلى الإنزيم ، وبالتالي تحسين لياقتهم البدنية ، ويمكن أن يتعايش نوعا البكتيريا.

يمكن أن تحاكي الميكروبات في المختبر سيناريوهات نظرية الألعاب ، ولكن ما إذا كانت هذه البيئات الخاضعة للرقابة تعكس بدقة ما يحدث في الطبيعة أم لا ، فهذه قصة أخرى. & ldquo وضعنا ديناميكيات اللعبة بافتراض نوع معين من البيئة ، وقال ردقوو راتكليف. لكن هذه المعلمات قد لا تعكس الميكروب و rsquos الموائل الطبيعية. & ldquo لإثبات أن ديناميكيات التجربة تتوافق مع معضلة السجناء و rsquos أو غيرها من الألعاب لا يعني بالضرورة أن هذه الآليات تدفعهم في الطبيعة ، كما قال راتكليف.

في معضلة السجين و rsquos المتكررة ، يتنافس لاعبان ضد بعضهما البعض في سلسلة من الجولات. يمكن للباحثين بعد ذلك تحديد الإستراتيجية الأكثر نجاحًا على المدى الطويل. أدناه ، يستخدم اللاعب الموجود في العمود الأيسر إستراتيجية سخية ، في محاولة لإغراء خصمه بالمساعدة من خلال المساعدة أحيانًا حتى عندما يعيب الخصم. يميل اللاعب الأناني الموجود على اليمين إلى الانشقاق ، ويساعد فقط في كثير من الأحيان بما يكفي لمنع خصمه من الانشقاق الدائم. يتم تسجيل كل جولة باستخدام مصفوفة مثل مثال الخفافيش أعلاه:

في مباراة وجهاً لوجه ، تهزم الإستراتيجية الأنانية الاستراتيجية السخية. ومع ذلك ، فإن نفس الاستراتيجيات لها نتائج مختلفة عند تطبيقها على بيئة أكثر واقعية من الناحية التطورية. في الفيديو أدناه ، يشارك عدد كبير من اللاعبين في سلسلة من المواجهات المباشرة التي تشبه إلى حد كبير بطولة الدوري. اللاعب الذي & ldquowins & rdquo في كل لقاء يولد المزيد من الأبناء الذين يستخدمون استراتيجيات مماثلة. هنا ، يميل اللاعب الفردي الذي يستخدم استراتيجية سخية إلى نشر استراتيجيته بين السكان:

الائتمان: مجاملة جوشوا بلوتكين

في نهاية المطاف ، يتحول جميع السكان من أنانية إلى استراتيجيات سخية. يستخدم علماء الأحياء نماذج مثل هذه لشرح كيفية استمرار السلوك التعاوني في البرية.


محتويات

عندما ترتبط الركيزة بوحدة فرعية إنزيمية ، يتم تحفيز باقي الوحدات الفرعية وتصبح نشطة. يمكن أن يكون للروابط إما تعاون إيجابي أو تعاون سلبي أو عدم تعاون. [2] [1]

مثال على التعاون الإيجابي هو ارتباط الأكسجين بالهيموغلوبين. يمكن لجزيء الأكسجين أن يرتبط بالحديد الحديدي لجزيء الهيم في كل من السلاسل الأربع لجزيء الهيموجلوبين. يحتوي Deoxy-hemoglobin على ألفة منخفضة نسبيًا للأكسجين ، ولكن عندما يرتبط جزيء واحد بهيم واحد ، يزداد تقارب الأكسجين ، مما يسمح للجزيء الثاني بالارتباط بسهولة أكبر ، والثالث والرابع بسهولة أكبر. تقارب الأكسجين لـ 3-أوكسي-الهيموغلوبين هو

300 مرة أكبر من الديوكسي الهيموجلوبين. يؤدي هذا السلوك إلى أن يكون منحنى تقارب الهيموجلوبين سينيًا ، وليس زائديًا كما هو الحال مع الميوغلوبين الأحادي. من خلال نفس العملية ، تزداد قدرة الهيموجلوبين على فقد الأكسجين مع ارتباط عدد أقل من جزيئات الأكسجين. [3] انظر أيضًا منحنى تفكك الأكسجين والهيموجلوبين.

يعني التعاون السلبي أن العكس سيكون صحيحًا حيث ترتبط الروابط بالبروتين ، وستنخفض ألفة البروتين للرابط ، أي أنه من غير المرجح أن يرتبط الارتباط بالبروتين. مثال على حدوث ذلك هو العلاقة بين glyceraldehyde-3-phosphate وإنزيم glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase.

يشير التعاون المتماثل إلى حقيقة أن الجزيء الذي يسبب التعاون هو الذي سيتأثر به. التعاون غير المتجانسة هو المكان الذي تسبب فيه مادة تابعة لطرف ثالث التغيير في التقارب. يمكن أن يكون التعاون المتماثل أو غير المتجانسة من كلا النوعين الإيجابيين والسلبيين يعتمدان على ما إذا كان يدعم أو يعارض الارتباط الإضافي لجزيئات ligand بالأنزيمات. [5]

التعاونية ليست مجرد ظاهرة لربط الترابط ، ولكنها تنطبق أيضًا في أي وقت تجعل التفاعلات النشطة من الأسهل أو الأكثر صعوبة حدوث شيء يتضمن وحدات متعددة بدلاً من الوحدات الفردية. (أي أسهل أو أكثر صعوبة مقارنة بما هو متوقع عند احتساب إضافة وحدات متعددة فقط). على سبيل المثال ، يتضمن تفكيك الحمض النووي التعاون: يجب فك أجزاء من الحمض النووي حتى يقوم الحمض النووي بالنسخ والنسخ وإعادة التركيب. يجعل التعاون الإيجابي بين نيوكليوتيدات الحمض النووي المجاورة من السهل فك مجموعة كاملة من النيوكليوتيدات المجاورة بدلاً من فك نفس العدد من النيوكليوتيدات المنتشرة على طول سلسلة الحمض النووي. حجم الوحدة التعاونية هو عدد القواعد المجاورة التي تميل إلى الاسترخاء كوحدة واحدة بسبب تأثيرات التعاون الإيجابي. تنطبق هذه الظاهرة أيضًا على أنواع أخرى من جزيئات السلسلة ، مثل طي البروتينات وتكشفها وفي "ذوبان" سلاسل الفسفوليبيد التي تشكل أغشية الخلايا. يتم قياس تعاون الوحدة الفرعية على المقياس النسبي المعروف باسم ثابت هيل.

النموذج البسيط والمستخدم على نطاق واسع للتفاعلات الجزيئية هو معادلة هيل ، والتي توفر طريقة لتحديد الارتباط التعاوني من خلال وصف جزء من مواقع ربط الترابط المشبع كدالة لتركيز الترابط.

معامل التل هو مقياس للحساسية الفائقة (أي مدى انحدار منحنى الاستجابة).

من وجهة نظر تشغيلية ، يمكن حساب معامل هيل على النحو التالي:

مقياس الحساسية العالمي مثل معامل هيل لا يميز السلوكيات المحلية للمنحنيات على شكل حرف S. بدلاً من ذلك ، يتم التقاط هذه الميزات جيدًا بواسطة مقياس معامل الاستجابة [6] المحدد على النحو التالي:

ألتسزيلر وآخرون. أظهر (2017) أن مقاييس الحساسية الفائقة هذه يمكن ربطها بالمعادلة التالية: [7]

ضع في اعتبارك وحدتين متقاربتين فائق الحساسية ، متجاهلين تأثيرات عزل المكونات الجزيئية بين الطبقات. في هذه الحالة ، ينتج التعبير الخاص بمنحنى الاستجابة للجرعة للنظام ، F ، من التركيب الرياضي للوظائف ، f i < displaystyle f_> ، التي تصف علاقة الإدخال / الإخراج للوحدات النمطية المعزولة i = 1 ، 2 < displaystyle i = 1،2>:

براون وآخرون. (1997) [8] [7] أظهر أن الحساسية المفرطة المحلية للطبقات المختلفة تتحد بشكل مضاعف:

فيما يتعلق بهذه النتيجة ، Ferrell et al. (1997) [9] أظهر ، بالنسبة للوحدات النمطية من نوع Hill ، أن الحساسية الفائقة الشاملة للتسلسل العالمي يجب أن تكون أقل من أو تساوي ناتج تقديرات الحساسية الفائقة العالمية لكل طبقة من طبقات التتالي ، [7]

ألتسزيلر وآخرون. أظهر (2017) [7] أن الحساسية الفائقة العالمية للتتالي يمكن حسابها بشكل تحليلي:

بالنسبة للحالة الأكثر عمومية لسلسلة وحدات N ، يمكن التعبير عن معامل Hill على النحو التالي:


سؤال الإنزيم التعاوني - علم الأحياء

أوافق على أنه على مستوى ميكانيكي بسيط ، يظهر التثبيط غير التنافسي والخيفي كما هو. ومع ذلك ، هناك العديد من الاختلافات. يعمل التثبيط الخيفي بشكل عام عن طريق تبديل الإنزيم بين حالتين بديلتين ، شكل نشط وشكل غير نشط. عادة ما يعمل عن طريق الارتباط بمواقع في وحدة فرعية متخصصة من بروتين مغير ، وبالتالي يرتبط في عدة مواقع. كلما زاد المانع الذي يرتبط ، كلما زاد الارتباط ، والعكس بالعكس مع الركيزة. وبالتالي ، فإن الخواص الحركية معقدة ، كونها تعاونية ، وغير ميكايليس مينتون ، وهي خارج نطاق هذه الدورة. لذا فإن الفهم النوعي هو كل ما هو مطلوب هنا. تم تصميم تثبيط خيفي في البروتينات ويمثل عملية فسيولوجية مهمة.
المانع غير التنافسي هو أكثر من عامل للتثبيط غير الفسيولوجي الذي لا يتنافس مع الركيزة لربط الركيزة بالإنزيم. في ذلك ، يتم تعريفه (وتسميته) من وجهة نظر سلبية. كما هو موصوف في نصوصك ، قد يرتبط المانع غير التنافسي بموقع غير ركيزة على بروتين ويشوهه إلى درجة عدم الوظيفة ، وإضافة المزيد من الركيزة لن يخفف من هذا التثبيط. أو ، كما في المثال الذي استخدمته في المحاضرة ، قد يقوم ببساطة بحظر موقع محفز دون التدخل في ارتباط الركيزة ، وهو مثال أكثر تميزًا عن التثبيط الخيفي.


أسئلة ممارسة علم الأحياء AP

السؤال رقم 1
درس الباحثون نشاط ميفالونات كيناز ، وهو إنزيم قد يكون مهمًا لإنتاج الوقود الحيوي. يوضح الرسم البياني أدناه معدل التفاعل حيث يزداد تركيز ATP بينما يظل تركيز الركيزة ثابتًا. تمثل الدوائر المفتوحة نقاط البيانات التي تم جمعها عند 30 درجة مئوية وتمثل الدوائر المغلقة نقاط البيانات التي تم جمعها عند 37 درجة مئوية.


A. عند 30 درجة مئوية ، جزيئات الركيزة لديها طاقة حركية أقل من 37 درجة مئوية. هذا يقلل من معدل الاصطدامات العشوائية وبالتالي معدل التفاعل.
عند درجة حرارة 30 درجة مئوية ، تمتلك جزيئات الركيزة طاقة حركية أكبر من تلك الموجودة عند 37 درجة مئوية. تجعل الطاقة الحركية الزائدة من الصعب على الركيزة الارتباط بالإنزيم.
ج. عند 37 درجة مئوية ، شكلت الإنزيمات الشكل الصحيح لتعظيم معدل التفاعل. عند 30 درجة مئوية ، تغيرت طبيعة الإنزيمات بسبب الحرارة الزائدة وتواجه الركائز صعوبة أكبر في الارتباط بالموقع النشط.
D. عند 37 درجة مئوية ، يكون تركيز الركائز أعلى من 30 درجة مئوية. هذا يسمح لرد الفعل بالاستمرار بسرعة أكبر.

أ: هناك حاجة إلى قدر معين من الطاقة (طاقة التنشيط) لحدوث التفاعل. في درجات الحرارة المرتفعة ، يكون هناك المزيد من الطاقة الحركية ويزيد معدل الاصطدام العشوائي بين الجزيئات من احتمالية اصطدامها بالطريقة الصحيحة للتفاعل. وهكذا ، يميز (أ) هذه العلاقة بشكل صحيح. (B) غير صحيح لأن هناك المزيد من الطاقة الحركية في درجات حرارة أعلى ، وليس في درجات حرارة منخفضة ، ولأن زيادة الطاقة الحركية تزيد في الواقع من احتمال ارتباط الركيزة بالإنزيم. (C) غير صحيح لأن 30 درجة مئوية هي في الواقع درجة حرارة أعلى من 37 درجة مئوية ، لذلك ليس من المنطقي أن نقول إن البروتين "تغير طبيعته بسبب الحرارة الزائدة". (D) غير صحيح لأن تركيز الركيزة يظل ثابتًا ، وفقًا لساق السؤال.

السؤال 2
يمكن استخدام Dichlorophenolindophenol (DPIP) ، وهو متقبل للإلكترون يتغير من اللون الأزرق إلى اللون الشفاف عند تقليله ، لتحديد معدل التمثيل الضوئي بصريًا. في تجربة ، تم تقسيم محلول من البلاستيدات الخضراء المحتوية على DPIP على 4 أنابيب. ثم تم تعريض العينات للضوء (1500 لومن) و / أو الحرارة (85 درجة مئوية) ، وتم قياس نفاذية الضوء بمرور الوقت باستخدام مقياس الطيف الضوئي. ترتبط النفاذية العالية بلون أفتح. يتم توفير نتائج التجربة.

أي مما يلي يمكن استنتاجه بشكل معقول من النتائج التجريبية؟
تظهر بداية عملية التمثيل الضوئي عندما يتأكسد DPIP ويتغير من اللون الشفاف إلى اللون الأزرق.
تعرضت البلاستيدات الخضراء المعرضة للحرارة لأعلى معدل من التمثيل الضوئي.
يتم تحفيز التمثيل الضوئي عندما تتعرض البلاستيدات الخضراء للضوء فقط.
D. كان الحل في جميع الأنابيب الأربعة واضحًا في الوقت 0.

ج: يعمل DPIP كبديل لـ NADP + في عملية التمثيل الضوئي. أثناء عملية التمثيل الضوئي ، يتم تقليل DPIP ويصبح عديم اللون ، مما يؤدي إلى زيادة نفاذية الضوء. وفقًا للبيانات ، تم العثور على زيادة في نفاذية الضوء بمرور الوقت للأنبوب المعرض للضوء فقط. الاجابة الصحيحة هي رقم ج). الخيار A غير صحيح لأن DPIP يتغير من اللون الأزرق إلى اللون النظيف عند تقليله أثناء عملية التمثيل الضوئي. الخيار B غير صحيح لأن الأنبوب المعرض للضوء كان له فقط أعلى معدل من التمثيل الضوئي (زيادة نسبة النفاذية). الخيار D غير صحيح لأن المحلول في جميع الأنابيب الأربعة كان أزرق في الوقت 0.

في حالات الطوارئ ، يمكن للطبيب استبدال بلازما دم المريض بمحلول من 5٪ ألبومين بشري و 0.9٪ كلوريد الصوديوم. لا يوجد لدى الصيدلي محلول ألبومين جاهز بنسبة 5٪ وقرر استخدام محلول الألبومين بنسبة 25٪ بدلاً منه. قام بخلط جزء واحد من محلول 25٪ مع 4 أجزاء من الماء المقطر المعقم.

تسبب إعطاء المحلول في أضرار جسيمة للمريض. كيف يمكن تفسير نتيجة إعطاء بديل للبلازما؟

ج: كان التخفيف غير صحيح ، مما أدى إلى زيادة تركيز الألبومين الذي أدى إلى ذبول خلايا الدم الحمراء.
ب. كان التخفيف غير صحيح ، مما أدى إلى نقص تركيز الألبومين الذي أدى إلى انفجار خلايا الدم الحمراء.
ج. أدى تخفيف الزلال في الماء المقطر إلى انفجار خلايا الدم الحمراء لأن المحلول كان منخفض التوتر لخلايا الدم الحمراء.
د- أدى تخفيف الألبومين في الماء المقطر إلى ذبول خلايا الدم الحمراء لأن المحلول كان مفرط التوتر لخلايا الدم الحمراء.

ج: كان التخفيف الذي استخدمه الصيدلي للألبومين صحيحًا: فعند تخفيف محلول يحتوي على 25٪ من الألبومين ليحتوي على خمسة أضعاف كمية الماء ، فإنه سيحتوي على خمس التركيز الأصلي ، أو 5٪ من الألبومين. ومع ذلك ، كان يجب على الصيدلي استخدام محلول ملحي معقم بدلاً من الماء المقطر ، للتأكد من وجود تركيز كافٍ من كلوريد الصوديوم. لأن المحلول الناتج كان ناقص التوتر بالنسبة لخلايا الدم الحمراء ، فإن الماء من المحلول يتناضح في الخلايا ، مما يؤدي إلى انفجارها ، كما في (C). (أ) و (ب) غير صحيحين لأن الصيدلي لم يخطئ في تخفيفه للألبومين. (D) غير صحيح لأن المحلول ناقص التوتر لخلايا الدم الحمراء ، وليس مفرط التوتر.

تم تصنيف سلالات تخمير اللاكتوز من العقدية الرئوية على أنها lac + ، في حين تم تصنيف السلالات التي تعاني من نقص في تخمر اللاكتوز على أنها lac-. يتم تحضين المستخلصات من خلايا lac + بشكل منفصل بثلاثة إنزيمات مختلفة: استخراج A بالبروتياز K (الذي يهضم البروتينات) ، واستخراج B مع DNases (الذي يهضم الحمض النووي) ، واستخراج C مع RNase H (الذي يهضم RNA). بعد العلاج بالأنزيمات ، يتم تحضين كل مستخلص بخلايا لاكوية حية وتنمو على وسط يحتوي على مؤشر. تشير المستعمرات الزرقاء إلى أنه يتم تخمير اللاكتوز. تشير المستعمرات عديمة اللون إلى أن الخلايا لا تستطيع تخمير اللاكتوز.

أي مما يلي من المرجح ملاحظته بعد زراعة الثقافات؟

تظهر المستعمرات عديمة اللون فقط من الخلايا المحتضنة بالمستخلص أ.
تظهر المستعمرات عديمة اللون فقط من الخلايا المحتضنة بالمستخلص B.
تظهر المستعمرات عديمة اللون فقط من الخلايا المحتضنة بالمستخلص C.
D. تظهر المستعمرات الزرقاء من الخلايا المزروعة بالمستخلصات الثلاثة.

ب: لأن الخلايا اللاكوية تحتوي على كل ما هو ضروري لبناء الإنزيمات التي يمكن أن تخمر اللاكتوز باستثناء الحمض النووي مع جينات اللاكتوز ، فإن الخلايا الوحيدة التي ستتأثر سلبًا هي تلك المحتضنة بالمستخلص B ، الذي يفقد تلك الجينات بسبب عمل ال. DNases. لأن هذه الخلايا لن تكون قادرة على تخمير اللاكتوز ، فإنها ستظهر على أنها عديمة اللون. وبالتالي (ب) هو الصحيح. (A) is incorrect because the lac− cells contain all the proteins and amino acids necessary to construct lactose-fermenting enzymes, provided they have the proper genes (which they can get from extract A), so they would appear blue. (C) is incorrect because the lac− cells contain all the RNA molecules and nucleotides necessary to transcribe and translate the lactose-fermenting enzymes, provided they have the proper genes (which they can get from extract C), so they would also appear blue. (D) is incorrect because the cells incubated with extract B will appear colorless, as explained above.

Question 5
In a respiration experiment, transgenic mice (those possessing a particular genetic mutation) were compared to wild type (normal) mice. The ADP levels in the transgenic mice were found to be higher than those in the wild type. Which of the following is the most plausible explanation for this finding?
A. The rate of oxygen consumption in mitochondria was higher in transgenic mice.
B. The transgenic mice are unable to utilize ATP in the cytoplasm for metabolism.
C. The transgenic mice have impaired mitochondria, decreasing their cells’ ability to convert ADP to ATP.
D. The rate of carbon dioxide consumption in cells was lower in transgenic mice.

ج: Aerobic phases of cellular respiration in eukaryotes occur in mitochondria, which synthesize ATP from ADP. Higher than normal levels of ADP suggest that the transgenic mice are unable to convert ADP to ATP as efficiently because the mutation has impaired their mitochondria. الاجابة الصحيحة هي رقم ج). Choice A is incorrect because a higher rate of oxygen consumption in mitochondria would decrease ADP levels (electrons are transferred to oxygen when ADP is phosphorylated to make ATP). Choice B is incorrect because ADP levels would be greater when ATP is utilized (ATP → ADP + Pi). Choice D is incorrect because carbon dioxide is released, not consumed, in cellular respiration.


Types of Enzymes

Cofactors are molecules that attach to an enzyme during chemical reactions. In general, all compounds that help enzymes are called cofactors. However, cofactors can be broken down into three subgroups based on chemical makeup and function:

Coenzymes

These are reusable non-protein molecules that contain carbon (organic). They bind loosely to an enzyme at the active site to help catalyze reactions. Most are vitamins, vitamin derivatives, or form from nucleotides.

Cofactors

These can be organic vitamins, sugars, lipids, or inorganic metal ions. However, unlike coenzymes or cofactors, these groups bind very tightly or covalently to an enzyme to aid in catalyzing reactions. These groups are often used in cellular respiration and photosynthesis.


Enoch P. Baldwin, Ph.D.

Structural Biochemistry, Enzymology and Protein Engineering of Protein-nucleic acid Interactions. My lab uses X-ray crystallography, biochemistry and molecular genetics to dissect and engineer mechanisms of enzymes involved in nucleic acid metabolism. Ourprimary focus is on the mechanism and regulation of Cytidine Triphosphate Synthetases, the ultimate enzymes for pyrimidine biosynthesis, and targets for anti-cancer and anti-parasitic drugs. CTP Synthetases from all kingdoms form micron-scale intracellular filaments but the effects of polymerization and inputs that induce it differ. We are particularly interested filament responses to metabolites, small-molecule ligands, post-translational modifications and upstream and downstream interactors, and the logic of this regulation.

الاهتمامات البحثية

Structural Biochemistry, Enzymology, Regulation and Cellular Biology of Protein-nucleic acid Interactions

X-ray crystallography, protein and DNA structure and function, and protein engineering, focusing on enzymology, regulation, and molecular recognition. Model systems include nucleotide binding enzymes.

RESEARCH TARGETS:

1) Mechanism and regulation of E. coli Cytidine Triphosphate Synthetase

2) Regulation and dynamic localization of human CTP synthetases

Grad Group Affiliations

  • Biochemistry, Molecular, Cellular and Developmental Biology
  • الفيزياء الحيوية
  • علم الاحياء المجهري

Specialties / Focus

  • الكيمياء الحيوية
  • Biochemistry and Molecular Recognition
  • بيولوجيا الخلية
  • علم الأحياء الإنشائي
  • Structural Biology, Membranes and Macromolecular Assembly

Courses

  • MCB 211 Macromolecular Interactions, Fall
  • MCB 124 Macromolecular Structure and Function, Fall
  • MCB 220L Adv Biochem Lab Rotation, Fall, Winter
  • BIS 102 Structure and Function of Biomolecules, Summer
  • Baldwin Lab http://www-crystal.ucdavis.edu/baldwinlab/baldwinpubs.html
    • Shelley Martin (1997-2007), Kathy Gelato (2001-2007), Hanseong Kim (2001-2005), Dr. James Endrizzi (2002-2006), Lesley Steinman (2004-2007), Roger Jessinghaus (2008-), Ria Suri (2013-2014), Bryan Teefy (2014-15), Robert Ovadia (2010-2012), Chris Habrian (2012-2014), Kenny Harary (2013-2015), Adithi Chandrasekhara (2013-2014), Jacob Dinis (2013-2016), Karim Omar (2014-2015), Christina Bui (2014-2016), Bita Shahrvini (2014-2018), Marysol Velazquez (2015-2018), Kevin Hinojosa (2016-2018), Khoa Doan (2018-), Madeleine Beans (2019-), Jan Wignall (2019-), Yaniel Ramirez (2019-)

    Honors and Awards

    • 2006, "Teacher of the Year", Biochemistry and Molecular Biology Graduate Group
    • 2015, "Teacher of the Year", BMCDB Graduate Group

    الجمعيات المهنية

    Degrees

    • 1982 BA Chemistry State University of New York, Purchase
    • 1989 PhD Chemistry University of California, Berkeley
    • 1997 Post-doctoral X-ray Crystallography IMB, University of Oregon

    المنشورات

    Lynch EM, Hicks DR, Shepherd M, Endrizzi JA, Maker A, Hansen JM, Barry RM, Gitai Z, Baldwin EP, Kollman JM. (2017) Human CTP synthase filament structure reveals the active enzyme conformation. Nature structural & molecular biology 24(6):507-514.

    Habrian, C, Chandrasekhara, A, Shahrvini, B, Hua, BH, Lee, J, Jessinghaus, R, Barry, R, Gitai, Z, Kollman, J, and Baldwin, EP. 2016. Inhibition of E. coli CTP synthetase by NADH and other nicotinamides, and their mutual interactions with CTP and GTP. Biochemistry 55, 5554-65.

    Barry RM, Bitbol A-F, Lorestani A, Charles EJ, Habrian CH, Hansen JM, Li H-J, Baldwin EP, Wingreen NS, Kollman JM, and Gitai Z. 2014. Large-scale filament formation inhibits the activity of CTP synthetase. eLIFE 3 , e03638.

    Ozes, A, Feoktistova, K, Avanzino, B, Baldwin, E and Fraser C. 2014. Real-time fluorescence assays to monitor duplex unwinding and ATPase activities of helicase proteins. Nature Protocols 9, 1645-61.

    Meckler JF, Bhakta MS, Kim M-S, Ovadia R, Habrian CH, Zykovich A, Yu A, Lockwood SH, Morbitzer R, Elsäesser J, Lahaye T, Segal DJ, and Baldwin EP. 2013. Quantitative Analysis of TALE-DNA Interactions Suggests Polarity Effects. الدقة الأحماض النووية. 41, 4118-28.

    Gaidenko, TA, Bei, X, Baldwin, EP and Price, CW. 2012. Two Surfaces of a Conserved Interdomain Linker Differentially Affect Output from the RST Sensing Module of the Bacillus subtilis Stressosome. J. Bacteriology 194, 3913-3921.

    Gaidenko TA, Bei X, Baldwin EP and Price CW. 2011. Substitutions in the Presumed Sensing Domain of the Bacillus subtilis Stressosome Affect Its Basal Output But Not Response to Environmental Signals. J. Bacteriology 193, 3558-3597.

    Gelato, K.A, Martin, S.S, Liu, P.H., Saunders, A.A., and E.P. Baldwin. 2008. Spatially-Directed Assembly of a Heterotetrameric Cre-Lox Synpase Restricts Recombination Specificity. J. Mol Biol. 385, 653-665.

    Chang, Y.F., Martin, S.S., Baldwin, E.P., & Carman, G.M. 2007. Phosphorylation of Human CTP Synthetase 1 by Protein Kinase C: Identification of Ser462 and Thr455 as major sites of phosphorylation. J. بيول. تشيم. 282, 17613-22.

    Gelato, K.A., Martin, S.S., Wong, S., and Baldwin, E.P. 2006. Mulitple Levels of Affinity-Dependent DNA Discrimination in Cre-LoxP Recombination. Biochemistry 45, 12216-26.

    Gelato, K.A., Martin, S.S., Baldwin, E.P. 2005. Reversed DNA Strand Cleavage Specificity in Initiation of Cre-LoxP Recombination Induced by the His289Ala Active Site Substitution. جيه مول. بيول. 354, 233-45.

    Endrizzi, J.A., Kim, H., Anderson, P.M., Baldwin, E.P. 2005. Mechanisms of product feedback regulation and drug resistance in cytidine triphosphate synthetases from the structure of a CTP-inhibited complex. Biochemistry 44, 13491-9.

    Han, G.-S. , Sreenivas, A., Choi, M.-G. , Chang, Y.-F., Martin, S.S. , Baldwin, E.P., and G. M. Carman. 2005. Expression of Human CTP Synthetase in Saccharomyces cerevisiae Reveals Phosphorylation by Protein Kinase A, J. Biol. تشيم. 280, 38328-36.

    Endrizzi, J.A., Kim, H., Anderson, P.M., Baldwin, E.P. 2004. Crystal Structure of Escherichia coli Cytidine Triphosphate Synthetase, a Nucleotide-Regulated Glutamine Amidotransferase/ATP-Dependent Amidoligase Fusion Protein and Homologue of Anticancer and Antiparasitic Drug Targets. Biochemistry 43, 6447-63.

    Friddle, RW, Klare, JE, Martin, SS, Corzett, M, Balhorn, R, Baldwin, EP, Baskin, RJ, and A Noy. 2004. Mechanism of DNA compaction by yeast mitochondria protein ABF2p. Biophysical J. 86, 1632-9.

    Baldwin EP, Martin SS, Abel J, Gelato KA, Kim H, Schultz PG, and SS Santoro. 2003. A specificity switch in selected Cre recombinase variants is mediated by macromolecular plasticity and water. تشيم. بيول. 110, 1085-93.

    Martin SS, Wachi S, and EP Baldwin. 2003. Vanadate-based transition-state analog inhibitors of Cre-LoxP recombination. بيوتشيم. Biophys Res. بالاتصالات 308: 529-34.

    Brewer, LR, Friddle, R, Noy, A, Baldwin, E, Martin, SS, Corzett, M, Balhorn, R and RJ Baskin. 2003. Packaging of Single DNA Molecules by the Yeast Mitochondrial Protein ABF2p. Biophysical J. 85, 2519-24.

    Martin SS, Chu VC, and EP Baldwin. 2003. Modulation of active complex assembly and turnover rate by protein-DN Interactions in Cre-LoxP recombination. Biochemistry 42: 6814-6826.

    Martin SS, Pulido E, Chu, VC, Lechner TS, and EP Baldwin. 2002. The order of strand exchanges in Cre-LoxP recombination and its basis suggested by the crystal structure of a Cre-LoxP Holliday junction complex. جيه مول. بيول. 319: 107-127.

    Denison, MS, Pandini, A, Nagy, SR, Baldwin, EP, and Bonati, L. 2002. Ligand binding and activation of the Ah receptor. تشيم. بيول. يتفاعل. 141: 3-24.

    Woods KC, Martin SS, Chu VC and EP Baldwin. 2001. Quasi-equivalence in site-specific recombinase structure and function:crystal structure and activity of trimeric Cre recombinase bound to a three-way Lox DNA junction. جيه مول. السيرة الذاتية. 313:49-69


    6 د: إنزيمات أكثر تعقيدًا

    • بمساهمة هنري جاكوبوفسكي
    • أستاذ (كيمياء) بكلية القديس بنديكت / ش. جامعة جون
    • draw Cleland chemical reaction diagrams showing enzyme, substrate, and product interactions for multisubstrate and multiproduct sequential and ping-pong enzyme-catalyzed reactions
    • draw double reciprocal 1/v vs 1/A plots at different fixed B concentrations for sequential and ping-pong multisubstrate reactions
    • draw v vs S graphs in the presence and absence of allosteric inhibitors and activators for multi-subunit enzymes that display sigmoidal cooperative behavior (K systems) conforming to the MWC model
    • differentiate between K and V systems for allosterically regulated enzymes using the MWC model and explain shifts in graphs of v vs S in the presence of allosteric effectors

    في الواقع ، تحتوي العديد من الإنزيمات على أكثر من ركيزة واحدة (A ، B) وأكثر من منتج واحد (P ، Q). على سبيل المثال ، يحفز نازع هيدروجين إنزيم الكحول أكسدة الإيثانول باستخدام NAD (عامل مؤكسد بيولوجي) لتشكيل الأسيتالديهيد و NADH.


    Neet KE: Enzyme catalytic power minireview series. J بيول كيم. 1998, 273: 25527-25528. 10.1074/jbc.273.40.25527.

    Radzicka A, Wolfenden R: A Proficient Enzyme. علم. 1995, 267: 90-93.

    Kraut J: How Do Enzymes Work. علم. 1988, 242: 533-540.

    Knowles JR: Enzyme Catalysis - Not Different, Just Better. طبيعة سجية. 1991, 350: 121-124. 10.1038/350121a0.

    Fischer E: Ber Dtsch Chem Ges. 1894, 27: 3189-

    Haldane JBS: Enzymes. 1930, London, Longmans, Green

    Cannon WR, Benkovic SJ: Solvation, reorganization energy, and biological catalysis. J بيول كيم. 1998, 273: 26257-26260. 10.1074/jbc.273.41.26257.

    Agarwal PK, Billeter SR, Rajagopalan PTR, Benkovic SJ, Hammes-Schiffer S: Network of coupled promoting motions in enzyme catalysis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2002, 99: 2794-2799. 10.1073/pnas.052005999.

    Benkovic SJ, Hammes-Schiffer S: A perspective on enzyme catalysis. علم. 2003, 301: 1196-1202. 10.1126/science.1085515.

    Agarwal PK, Geist A, Gorin A: Protein dynamics and enzymatic catalysis: investigating the peptidyl-prolyl cis-trans isomerization activity of cyclophilin A. Biochemistry. 2004, 43: 10605-10618. 10.1021/bi0495228.

    Agarwal PK: Cis/trans isomerization in HIV-1 capsid protein catalyzed by cyclophilin A: insights from computational and theoretical studies. Proteins: Struct Func Bioinform. 2004, 56: 449-463. 10.1002/prot.20135.

    Agarwal PK: Role of protein dynamics in reaction rate enhancement by enzymes. شركة J Am Chem Soc. 2005, 127: 15248-15256. 10.1021/ja055251s.

    Schramm VL, Shi WX: Atomic motion in enzymatic reaction coordinates. Curr Opin Struct Biol. 2001, 11: 657-665. 10.1016/S0959-440X(01)00269-X.

    Heller WT: Influence of multiple well defined conformations on small-angle scattering of proteins in solution. Acta Crystallogr D. 2005, 61: 33-44. 10.1107/S0907444904025855.

    Eisenmesser EZ, Bosco DA, Akke M, Kern D: Enzyme dynamics during catalysis. علم. 2002, 295: 1520-1523. 10.1126/science.1066176.

    Bosco DA, Eisenmesser EZ, Pochapsky S, Sundquist WI, Kern D: Catalysis of cis/trans isomerization in native HIV-1 capsid by human cyclophilin A. Proc Natl Acad Sci U S A. 2002, 99: 5247-5252. 10.1073/pnas.082100499.

    Wand AJ: Dynamic activation of protein function: A view emerging from NMR spectroscopy. نات هيكل بيول. 2001, 8: 926-931. 10.1038/nsb1101-926.

    Zavodszky P, Kardos J, Svingor A, Petsko GA: Adjustment of conformational flexibility is a key event in the thermal adaptation of proteins. Proc Natl Acad Sci U S A. 1998, 95: 7406-7411. 10.1073/pnas.95.13.7406.

    Zaccai G: Biochemistry - How soft is a protein? A protein dynamics force constant measured by neutron scattering. علم. 2000, 288: 1604-1607. 10.1126/science.288.5471.1604.

    Osborne MJ, Schnell J, Benkovic SJ, Dyson HJ, Wright PE: Backbone dynamics in dihydrofolate reductase complexes: Role of loop flexibility in the catalytic mechanism. الكيمياء الحيوية. 2001, 40: 9846-9859. 10.1021/bi010621k.

    Cameron CE, Benkovic SJ: Evidence for a functional role of the dynamics of glycine-121 of Escherichia coli dihydrofolate reductase obtained from kinetic analysis of a site-directed mutant. الكيمياء الحيوية. 1997, 36: 15792-15800. 10.1021/bi9716231.

    Fenimore PW, Frauenfelder H, McMahon BH, Young RD: Bulk Solvent and hydration-shell fluctuations, similar to a- and b-fluctuations in glasses, control protein motions and functions. P Natl Acad Sci USA. 2004, 101: 14408-14413. 10.1073/pnas.0405573101.

    Frauenfelder H, Fenimore PW, McMahon BH: Hydration, slaving and protein function. Biophys Chem. 2002, 98: 35-48. 10.1016/S0301-4622(02)00083-2.

    Handschumacher RE, Harding MW, Rice J, Drugge RJ: Cyclophilin - a Specific Cytosolic Binding-Protein for Cyclosporin-A. علم. 1984, 226: 544-547.

    Takahashi N, Hayano T, Suzuki M: Peptidyl-Prolyl Cis-Trans Isomerase Is the Cyclosporin-a-Binding Protein Cyclophilin. طبيعة سجية. 1989, 337: 473-475. 10.1038/337473a0.

    Gothel SF, Marahiel MA: Peptidyl-prolyl cis-trans isomerases, a superfamily of ubiquitous folding catalysts. علوم الحياة مول الخلية. 1999, 55: 423-436. 10.1007/s000180050299.

    Rovira P, Mascarell L, Truffa-Bachi P: The impact of immunosuppressive drugs on the analysis of T-cell activation. Curr Med Chem. 2000, 7: 673-692.

    Fischer G: Chemical aspects of peptide bond isomerisation. Chem Soc Rev. 2000, 29: 119-127. 10.1039/a803742f.

    Zhao YD, Ke HM: Crystal structure implies that cyclophilin predominantly catalyzes the trans to cis isomerization. الكيمياء الحيوية. 1996, 35: 7356-7361. 10.1021/bi9602775.

    Zhao YD, Ke HM: Mechanistic implication of crystal structures of the cyclophilin-dipeptide complexes. الكيمياء الحيوية. 1996, 35: 7362-7368. 10.1021/bi960278x.

    Vajdos FE, Yoo SH, Houseweart M, Sundquist WI, Hill CP: Crystal structure of cyclophilin A complexed with a binding site peptide from the HIV-1 capsid protein. Protein Sci. 1997, 6: 2297-2307.

    Page AP, Kumar S, Carlow CKS: Parasite Cyclophilins and Antiparasite Activity of Cyclosporine-A. Parasitology Today. 1995, 11: 385-388. 10.1016/0169-4758(95)80007-7.

    Chappell LH, Wastling JM: Cyclosporine-a - Antiparasite Drug, Modulator of the Host-Parasite Relationship and Immunosuppressant. علم الطفيليات. 1992, 105: S25-S40.

    Gamble TR, Vajdos FF, Yoo SH, Worthylake DK, Houseweart M, Sundquist WI, Hill CP: Crystal structure of human cyclophilin A bound to the amino- terminal domain of HIV-1 capsid. زنزانة. 1996, 87: 1285-1294. 10.1016/S0092-8674(00)81823-1.

    Yoo SH, Myszka DG, Yeh CY, McMurray M, Hill CP, Sundquist WI: Molecular recognition in the HIV-1 capsid/cyclophilin a complex. J مول بيول. 1997, 269: 780-795. 10.1006/jmbi.1997.1051.

    Saphire ACS, Bobardt MD, Gallay PA: trans-complementation rescue of cyclophilin A-deficient viruses reveals that the requirement for cyclophilin A in human immunodeficiency virus type 1 replication is independent of its isomerase activity. ياء فيرول. 2002, 76: 2255-2262. 10.1128/jvi.76.5.2255-2262.2002.

    Howard BR, Vajdos FF, Li S, Sundquist WI, Hill CP: Structural insights into the catalytic mechanism of cyclophilin A. Nat Struct Biol. 2003, 10: 475-481. 10.1038/nsb927.

    Braaten D, Franke EK, Luban J: Cyclophilin A is required for an early step in the life cycle of human immunodeficiency virus type 1 before the initiation of reverse transcription. ياء فيرول. 1996, 70: 3551-3560.

    Wiegers K, Krausslich HG: Differential dependence of the infectivity of HIV-1 group O isolates on the cellular protein cyclophilin A. Virology. 2002, 294: 289-295. 10.1006/viro.2001.1347.

    Li G, Cui Q: What is so special about Arg 55 in the catalysis of cyclophilin A? insights from hybrid QM/MM simulations. شركة J Am Chem Soc. 2003, 125: 15028-15038. 10.1021/ja0367851.

    Garcia-Viloca M, Gao J, Karplus M, Truhlar DG: How enzymes work: Analysis by modern rate theory and computer simulations. علم. 2004, 303: 186-195. 10.1126/science.1088172.

    Torrie GM, Valleau JP: Non-Physical Sampling Distributions in Monte-Carlo Free-Energy Estimation - Umbrella Sampling. J كمبوت فيز. 1977, 23: 187-199. 10.1016/0021-9991(77)90121-8.

    Kumar S, Bouzida D, Swendsen RH, Kollman PA, Rosenberg JM: The Weighted Histogram Analysis Method for Free-Energy Calculations on Biomolecules .1. The Method. J Comput Chem. 1992, 13: 1011-1021. 10.1002/jcc.540130812.

    Levy RM, Karplus M, Kushick J, Perahia D: Evaluation of the Configurational Entropy for Proteins - Application to Molecular-Dynamics Simulations of an Alpha-Helix. Macromolecules. 1984, 17: 1370-1374. 10.1021/ma00137a013.

    Eisenmesser EZ, Millet O, Labeikovsky W, Korzhnev DM, Wolf-Watz M, Bosco DA, Skalicky JJ, Kay LE, Kern D: Intrinsic dynamics of an enzyme underlies catalysis. طبيعة سجية. 2005, 438: 117-121. 10.1038/nature04105.

    Bouvignies G, Bernado P, Meier S, Cho K, Grzesiek S, Bruschweiler R, Blackledge M: Identification of slow correlated motions in proteins using residual dipolar and hydrogen-bond scalar couplings. P Natl Acad Sci USA. 2005, 102: 13885-13890. 10.1073/pnas.0505129102.

    Tournier AL, Xu JC, Smith JC: Translational hydration water dynamics drives the protein glass transition. Biophys J. 2003, 85: 1871-1875.

    Tournier AL, Xu JC, Smith JC: Solvent caging of internal motions in myoglobin at low temperatures. Physchemcomm. 2003, 6-8. 10.1039/b209839c.

    Gerlt JA, Babbitt PC: Mechanistically diverse enzyme superfamilies: the importance of chemistry in the evolution of catalysis. Curr Opin Chem Biol. 1998, 2: 607-612. 10.1016/S1367-5931(98)80091-4.

    Babbitt PC, Gerlt JA: Understanding enzyme superfamilies - Chemistry as the fundamental determinant in the evolution of new catalytic activities. J بيول كيم. 1997, 272: 30591-30594. 10.1074/jbc.272.49.30591.

    Sawaya MR, Kraut J: Loop and subdomain movements in the mechanism of Escherichia coli dihydrofolate reductase: Crystallographic evidence. الكيمياء الحيوية. 1997, 36: 586-603. 10.1021/bi962337c.

    Agarwal PK, Billeter SR, Hammes-Schiffer S: Nuclear quantum effects and enzyme dynamics in dihydrofolate reductase catalysis. J Phys Chem B. 2002, 106: 3283-3293. 10.1021/jp020190v.

    Watney JB, Agarwal PK, Hammes-Schiffer S: Effect of mutation on enzyme motion in dihydrofolate reductase. شركة J Am Chem Soc. 2003, 125: 3745-3750. 10.1021/ja028487u.

    Schnell JR, Dyson HJ, Wright PE: Effect of cofactor binding and loop conformation on side chain methyl dynamics in dihydrofolate reductase. الكيمياء الحيوية. 2004, 43: 374-383. 10.1021/bi035464z.

    Garcia-Viloca M, Truhlar DG, Gao JL: Reaction-path energetics and kinetics of the hydride transfer reaction catalyzed by dihydrofolate reductase. الكيمياء الحيوية. 2003, 42: 13558-13575. 10.1021/bi034824f.

    Thorpe IF, Brooks CL: The coupling of structural fluctuations to hydride transfer in dihydrofolate reductase. Proteins: Struct Func Bioform. 2004, 57: 444-457. 10.1002/prot.20219.

    Rajagopalan PTR, Lutz S, Benkovic SJ: Coupling interactions of distal residues enhance dihydrofolate reductase catalysis: Mutational effects on hydride transfer rates. الكيمياء الحيوية. 2002, 41: 12618-12628. 10.1021/bi026369d.

    Bahnson BJ, Colby TD, Chin JK, Goldstein BM, Klinman JP: A link between protein structure and enzyme catalyzed hydrogen tunneling. Proc Natl Acad Sci U S A. 1997, 94: 12797-12802. 10.1073/pnas.94.24.12797.

    Colby TD, Bahnson BJ, Chin JK, Klinman JP, Goldstein BM: Active site modifications in a double mutant of liver alcohol dehydrogenase: Structural studies of two enzyme-ligand complexes. الكيمياء الحيوية. 1998, 37: 9295-9304. 10.1021/bi973184b.

    Agarwal PK, Webb SP, Hammes-Schiffer S: Computational studies of the mechanism for proton and hydride transfer in liver alcohol dehydrogenase. شركة J Am Chem Soc. 2000, 122: 4803-4812. 10.1021/ja994456w.

    Webb SP, Agarwal PK, Hammes-Schiffer S: Combining electronic structure methods with the calculation of hydrogen vibrational wavefunctions: Application to hydride transfer in liver alcohol dehydrogenase. J Phys Chem B. 2000, 104: 8884-8894. 10.1021/jp001635n.

    Billeter SR, Webb SP, Agarwal PK, Iordanov T, Hammes-Schiffer S: Hydride transfer in liver alcohol dehydrogenase: Quantum dynamics, kinetic isotope effects, and role of enzyme motion. شركة J Am Chem Soc. 2001, 123: 11262-11272. 10.1021/ja011384b.

    Billeter SR, Webb SP, Iordanov T, Agarwal PK, Hammes-Schiffer S: Hybrid approach for including electronic and nuclear quantum effects in molecular dynamics simulations of hydrogen transfer reactions in enzymes. J Chem Phys. 2001, 114: 6925-6936. 10.1063/1.1356441.

    Hammes GG: Multiple conformational changes in enzyme catalysis. الكيمياء الحيوية. 2002, 41: 8221-8228. 10.1021/bi0260839.

    Kohen A: Kinetic isotope effects as probes for hydrogen tunneling, coupled motion and dynamics contributions to enzyme catalysis. Prog React Kinet Mec. 2003, 28: 119-156.

    Tousignant A, Pelletier JN: Protein motions promote catalysis. Chem Biol. 2004, 11: 1037-1042. 10.1016/j.chembiol.2004.06.007.

    Lockless SW, Ranganathan R: Evolutionarily conserved pathways of energetic connectivity in protein families. علم. 1999, 286: 295-299. 10.1126/science.286.5438.295.

    Moritsugu K, Miyashita O, Kidera A: Vibrational energy transfer in a protein molecule. فيس القس ليت. 2000, 85: 3970-3973. 10.1103/PhysRevLett.85.3970.

    Moritsugu K, Miyashita O, Kidera A: Temperature dependence of vibrational energy transfer in a protein molecule. J Phys Chem B. 2003, 107: 3309-3317. 10.1021/jp027823q.

    Heyes DJ, Hunter CN, van Stokkum IHM, van Grondelle R, Groot ML: Ultrafast enzymatic reaction dynamics in protochlorophyllide oxidoreductase. نات هيكل بيول. 2003, 10: 491-492. 10.1038/nsb929.


    شاهد الفيديو: كل ما يجب ان تعرف عن الإنزيمات الهاضمة و أهميتها (كانون الثاني 2022).