Informasi

Glukosa 6-fosfat dehidrogenase: mekanisme reaksi

Glukosa 6-fosfat dehidrogenase: mekanisme reaksi


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Saya telah mencari di internet untuk mekanisme reaksi G6PD tetapi tidak dapat menemukannya, jadi saya bertanya apakah ada orang di sini yang mengetahui mekanismenya dan apakah mereka dapat merekomendasikan beberapa sumber yang memberikan info terperinci tentang mekanisme enzim secara umum.

Saya akan berterima kasih untuk ini karena tampaknya sulit untuk menemukan mekanisme enzim di internet.


Penafian

Saya bukan ahli enzim dan jawaban ini didasarkan pada karya yang diterbitkan pada tahun 1998, dan makalah terbaru yang saya konsultasikan adalah tahun 2000. Oleh karena itu, saya tidak dapat mengesampingkan kemungkinan bahwa karya yang lebih baru telah memodifikasi model yang ditampilkan di sini.

Pendekatan Umum

Pendekatan umum untuk menjelaskan mekanisme kerja enzim adalah sebagai berikut.

Secara historis, dan sebelum struktur tersedia (atau ada):

  1. Hipotesis kemungkinan jenis mekanisme akan dibuat berdasarkan mekanisme yang diketahui dari reaksi kimia non-enzim.
  2. Eksperimen dengan inhibitor mungkin menyarankan kelas residu enzim apa yang mungkin berpartisipasi dalam reaksi.
  3. Eksperimen akan dilakukan untuk mendapatkan bukti tidak langsung untuk residu yang terlibat, mis. dengan memeriksa pengaruh pH dalam kaitannya dengan pKa.

Baru-baru ini, dengan penentuan struktur yang lebih mudah dan lebih umum:

  1. Struktur akan ditentukan dan upaya untuk mengidentifikasi situs aktif dibuat berdasarkan posisi substrat atau inhibitor pseudo-terikat.
  2. Residu di dekat substrat yang mungkin berpartisipasi dalam reaksi akan diidentifikasi.
  3. Sebuah hipotesis tentang peran residu ini akan dibuat dalam kaitannya dengan kimia yang diketahui (seperti dalam sejarah 2, di atas).
  4. Eksperimen akan dilakukan untuk menguji partisipasi residu - seringkali dengan memodifikasinya - dan peran yang diusulkan.

Mekanisme yang Diusulkan untuk Glukosa 6-fosfat dehidrogenase

Struktur glukosa 6-fosfat dehidrogenase (G6PD) diterbitkan pada tahun 1994 oleh Rowland dkk. di dalam Struktur 2:1073-1087. Untuk menguji hipotesis mekanisme mereka, Cosgrove dan rekan kerja yang dibangun melakukan mutagenesis terarah-situs pada G6PD dan menentukan struktur protein yang bermutasi. Atas dasar ini mereka menerbitkan sebuah makalah di Biochemistry 1998 37:2759-67 di mana mereka mengusulkan mekanisme reaksi yang ditunjukkan di bawah ini.

Atom Nδ1 dari His-240 adalah hidrogen yang terikat pada atom Oδ1 dari Asp-177, membentuk angka dua katalitik. Nε2 dari His-240 siap untuk bertindak sebagai basa umum dengan mengabstraksikan proton dari C1-OH dari G6P, memungkinkan transfer C1-hidrida ke posisi C4 dari cincin nikotinamida NAD(P)+.

Mereka merangkumnya sebagai berikut:

“Hasilnya mendukung mekanisme di mana His-240 bertindak sebagai basa umum yang mengabstraksi proton dari gugus C1-hidroksil glukosa 6-fosfat, dan gugus karboksilat Asp-177 menstabilkan muatan positif yang terbentuk pada His-240. dalam keadaan transisi. Hasilnya juga mengkonfirmasi peran yang didalilkan dari His-178 dalam mengikat bagian fosfat dari glukosa 6-fosfat.

Pendekatan membaca dan pencarian yang disarankan

Teks klasik tentang mekanisme enzim adalah karya Alan Fersht Struktur dan Mekanisme Enzim diterbitkan pada tahun 1984. Ini jelas didasarkan pada rentang enzim yang terbatas, jadi pentingnya bukan untuk menemukan mekanisme enzim tertentu, tetapi untuk memahami prinsip-prinsip yang terlibat. (Anda dapat mengambil salinan bekas dengan sangat murah). Fersht memiliki buku (2017) yang lebih baru di area yang sama - Struktur dan Mekanisme dalam Ilmu Protein tapi ini jauh lebih mahal. Anda dapat melihat konten di Amazon.

Saran lain disambut sebagai komentar.

Pendekatan saya untuk mencari jawaban di sini layak disebutkan karena pertanyaannya menunjukkan bahwa poster itu gagal dalam usahanya. Pertama saya baru saja melakukan pencarian Google "mekanisme reaksi, glukosa 6-fosfat dehidrogenase". Ini tidak terlalu berguna, tetapi mengingatkan saya pada fakta bahwa Google memprioritaskan halaman yang terkait dengan defisiensi G6PD, suatu kondisi klinis yang telah banyak ditulis. Untuk menghindari ini, saya memutuskan untuk fokus secara khusus pada struktur, dengan asumsi bahwa beberapa makalah akan mengusulkan mekanisme. Saya mencoba tiga dari empat pendekatan berikut (sambil menunggu program komputer berjalan).

  1. Google cari di "glukosa 6-fosfat dehidrogenase, struktur". Ini tampaknya tidak memberi saya pukulan langsung, tetapi memunculkan tiga sumber lain yang terus saya coba.
  2. NS Wikipedia masuknya glukosa 6-fosfat dehidrogenase. Setengah jalan ke bawah halaman adalah bagian pada struktur dengan diagram situs pengikatan substrat, jadi saya tahu saya berada di jalurnya. Referensi pada halaman ini tidak terlalu berguna, tetapi diagram menunjukkan strukturnya adalah PDB 2BHL.
  3. Pencarian Google juga memunculkan Protopedia halaman, yang sebenarnya saya cari secara langsung. Pada awalnya saya kecewa dengan kurangnya informasi selain struktur, tetapi referensi ketiga dari tiga adalah makalah Cosgrove dari tahun 2000 yang memuat kata-kata "catalytic diad" dalam judulnya. Saya melakukannya, dan itu membawa saya kembali ke makalah mereka tahun 1998.
  4. Saya bisa mencoba Bank Data Protein dan mencari 2BHL (atau hanya untuk enzim). 2BHL akan membawa saya ke makalah selanjutnya di Acta Crystallographica, yang menyebutkan makalah Cosgrove 2000 dalam pengantarnya.

Pengujian Titik Perawatan Glukosa Perawatan Kritis

8.2 Metode GDH

GDH mengkatalisis oksidasi glukosa dengan adanya kofaktor seperti nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), FAD, atau pyrroloquinoline quinone (PQQ). GDH menggunakan NAD sebagai kofaktor menghasilkan NADH yang dapat diukur secara amperometrik, koulometri, atau dengan metode kromogenik. Penggunaan mediator dengan FAD dan PQQ memungkinkan penggunaan strip sensor. Reaksi GDH-PQQ melibatkan oksidasi glukosa dengan reduksi PQQ-GDH, dan kemudian kofaktor PQQ tereduksi dioksidasi dengan ferricyanide atau mediator redoks lainnya. Oksidasi mediator tereduksi ini pada elektroda memberikan sinyal arus yang berbanding lurus dengan konsentrasi glukosa [62]. GHD-NAD dan GDH-FAD tidak menunjukkan gangguan dari reaksi silang dengan gula lain, sedangkan GDH-PQQ bereaksi dengan gula lain seperti maltosa, galaktosa, xilosa, dll.

Metode amperometrik atau koulometrik:


Jalur Pentosa Fosfat: Reaksi dan Signifikansi

Mari kita membuat studi mendalam tentang jalur pentosa fosfat. Setelah membaca artikel ini Anda akan belajar tentang 1. Reaksi Jalur Pentosa Fosfat dan 2. Signifikansi Pentosa-Fosfat-Jalur.

Jalur Pentosa Fosfat (Jalur Warburg-Dicken’s):

Ini melibatkan oksidasi Glukosa-6-Fosfat menjadi asam 6-Fosfoglukonat yang pada gilirannya diubah menjadi pentosa fosfat. Pada jalur ini glukosa-6-fosfat langsung dioksidasi tanpa memasuki glikolisis, oleh karena itu disebut juga Jalur Oksidasi Langsung atau Shunt Heksosa Monofosfat.

Reaksi Jalur Pentosa Fosfat:

Mulai dari 6-molekul glukosa-6-fosfat, berbagai reaksi jalur ini (Gbr. 16.18) dapat diringkas sebagai berikut:

(1) 6 molekul glukosa-6-fosfat dengan adanya koenzim NADP diubah (dioksidasi) menjadi 6 molekul 6-fosfoglukonolakton oleh enzim glukosa-6-fosfat dehidrogenase. 6 molekul NADP direduksi dalam reaksi yang reversibel.

(2) 6-Phosphogluconolactone dihidrolisis oleh enzim Lactonase untuk menghasilkan 6 molekul asam 6-phosphogluconic.

(3) Asam 6-fosfoglukonat didekarboksilasi secara oksidatif oleh enzim dehidrogenase asam 6-fosfoglukonat. 6 molekul NADP direduksi, 6 molekul CO2 dilepaskan dan 6 mol, Ribulose-5-Phosphate diproduksi.

(4) 6 mol. dari Ribulosa-5-P isomerisasi menjadi 4 mol. dari XyIuIose-5-Phosphate dan 2 mol. Ribosa-5-Fosfat dengan adanya Ribulosa fosfat-3-epimerase dan Pentosa fosfat isomerase masing-masing.

(5) 2 mol. dari xylulose-5-Phosphate dan 2 mol. Ribose-5-fosfat bergabung dengan adanya Transketolase untuk membentuk 2 mol. dari Sedoheptulose-7-Phosphate dan 2 mol. dari 3- Fosfogliseraldehida.

(6) 2 mol. dari Sedoheptulose-7-Phosphate dan 2 mol. 3-Phosphoglyceraldehyde bergabung dengan adanya Transaldolase untuk membentuk 2 mol. Fruktosa-6-Fosfat dan 2 mol. dari Erythrose-4-Phosphate (gula atom 4-karbon).

(7) 2 mol. Erythose-4-Phosphate bereaksi dengan sisa dua mol. dari xylulose-5-Phosphate (lihat reaksi No. 4 dan 5) dengan adanya Transketolase untuk membentuk 2 mol. Fruktosa-6-Fosfat dan 2 mol 3-Fosfogliseraldehida.

(8) Satu mol. dari 3-fosfogliseraldehida isomerisasi menjadi dihidroksiaseton fosfat. Enzim tersebut adalah fosfotriosa isomerase.

(9) Sisa satu mol, dari 3-fosfogliseraldehida bergabung dengan dihidroksiaseton fosfat dan aldolase untuk membentuk satu mol. dari Fruktosa 1, 6-bifosfat. Yang terakhir, dengan adanya Fosfatase membentuk satu mol. dari Fruktosa 6-Fosfat.

(10) 5 molekul Fruktosa-6-fosfat yang dihasilkan dalam reaksi 6, 7 dan 9, isomerisasi menjadi 5 mol. glukosa-6-P dengan adanya fosfoheksosa isomerase.

Singkatnya, 6 mol. Glukosa-6-P yang masuk ke jalur ini setelah oksidasi menghasilkan 6 mol. dari CO2 (Reaksi No. 3. CO2 berasal dari C-No. 1 molekul glukosa) dan 12 mol. koenzim tereduksi NADPH2 (reaksi 1 dan 3) sedangkan 5 mol Glukosa-6-Fosfat diregenerasi (Reaksi No. 10).

6 (Glukosa-6-P) + 12 NADP + → 5 (Glukosa-6-P) + 12 (NADPH + H + ) + 6 CO2

Dengan kata lain satu mol. Glukosa-6-P setelah oksidasi menghasilkan 6-mol. dari CO2 dan 12 (NADPH + H + ) molekul.

Semua enzim jalur pentosa fosfat hadir dalam sitosol.

Signifikansi Pentosa-Fosfat-Jalur:

(i) Ini menyediakan rute alternatif untuk pemecahan karbohidrat.

(ii) Menghasilkan molekul NADPH yang digunakan sebagai reduktor dalam proses biosintesis dalam kondisi ketika molekul NADPH tidak dihasilkan oleh fotosintesis. Oleh karena itu, sangat penting dalam jaringan non-fotosintetik seperti dalam jaringan yang berdiferensiasi, benih yang berkecambah & bersinar dan selama periode kegelapan. Produksi NADPH tidak terkait dengan pembentukan ATP dalam jalur pentosa fosfat.

(iii) Ini menyediakan gula Ribosa untuk sintesis asam nukleat.

(iv) Ini memainkan peran penting dalam fiksasi CO2 dalam fotosintesis melalui Ribulosa-5-Fosfat. (Ribulosa 1, 5-bifosfat yang berasal dari Ribulosa-5-Fosfat adalah akseptor utama CO2 dalam fotosintesis).

(v) Ini menyediakan Erythrose-4-phosphate yang diperlukan untuk sintesis asam shikimat. Yang terakhir adalah prekursor senyawa cincin aromatik.

(Selain jalur oksidasi karbohidrat di atas, masih ada jalur lain yang telah diidentifikasi dalam beberapa mikroorganisme dan sistem enzim yang ditemukan. Dalam semua kasus tersebut, langkah awal oksidasi glukosa berbeda dari glikolisis tetapi pada akhirnya asam piruvat dihasilkan.

Pada jalur alternatif tersebut adalah Jalur Entner Doudoroff yang ditunjukkan pada Gambar 16-19. Dalam jalur ini gugus karboksilat asam piruvat diturunkan dari karbon No. 1 molekul glukosa (dalam glikolisis diturunkan dari C-No. 3 atau 4.).


20.5.1. Defisiensi Dehidrogenase Glukosa 6-fosfat Menyebabkan Anemia Hemolitik yang Diinduksi Obat

Saat diperkenalkan pada tahun 1926, obat antimalaria, pamaquine, dikaitkan dengan munculnya penyakit parah dan misterius. Kebanyakan pasien mentoleransi obat dengan baik, tetapi beberapa mengembangkan gejala parah dalam beberapa hari setelah terapi dimulai. Urin menjadi hitam, penyakit kuning berkembang, dan kandungan hemoglobin darah turun tajam. Dalam beberapa kasus, penghancuran besar-besaran sel darah merah menyebabkan kematian.

Anemia hemolitik yang diinduksi obat ini terbukti 30 tahun kemudian disebabkan oleh a defisiensi glukosa 6-fosfat dehidrogenase, enzim yang mengkatalisis langkah pertama dalam cabang oksidatif dari jalur pentosa fosfat. Cacat ini, yang diturunkan pada kromosom X, adalah enzimopati yang paling umum, mempengaruhi ratusan juta orang. Peran utama NADPH dalam sel darah merah adalah mereduksi bentuk disulfida glutathione menjadi bentuk sulfhidril. Enzim yang mengkatalisis regenerasi glutathione tereduksi, flavoprotein glutation reduktase, dimer subunit 50-kd, homolog dengan ferredoxin-NADP + reduktase, yang kami temui dalam fotosintesis (Bagian 19.3.4). Bentuk tereduksi dari glutathione berfungsi sebagai penyangga sulfhidril yang mempertahankan residu sistein dari hemoglobin dan protein sel darah merah lainnya dalam keadaan tereduksi. Biasanya, rasio bentuk glutathione tereduksi menjadi teroksidasi dalam sel darah merah adalah 500.

Bagaimana GSH diregenerasi dari GSSG dan NADPH oleh glutathione reduktase? Elektron dari NADPH tidak langsung ditransfer ke ikatan disulfida di glutathione teroksidasi. Sebaliknya, mereka ditransfer dari NADPH ke flavin adenine dinucleotide (FAD) yang terikat erat pada reduktase, kemudian ke jembatan disulfida antara dua residu sistein dalam subunit enzim, dan akhirnya ke glutathione teroksidasi.

Glutathione tereduksi sangat penting untuk mempertahankan struktur normal sel darah merah dan untuk menjaga hemoglobin dalam keadaan besi. Bentuk tereduksi juga berperan dalam detoksifikasi dengan bereaksi dengan hidrogen peroksida dan peroksida organik.

Angka

Vicia faba. Tanaman Mediterania Vicia faba adalah sumber kacang fava yang mengandung vicine glikosida purin. [Inga Spence/ Visual Tidak Terbatas.]

Sel dengan tingkat glutathione tereduksi yang lebih rendah lebih rentan terhadap hemolisis. Bagaimana kita bisa menjelaskan fenomena ini secara biokimia? Kehadiran pamaquine, glikosida purin dari kacang fava, atau agen oksidatif nonenzimatik lainnya mengarah pada pembentukan peroksida, spesies oksigen reaktif yang dapat merusak membran serta biomolekul lainnya. Peroksida biasanya dihilangkan oleh glutathione peroksidase dengan penggunaan glutathione sebagai zat pereduksi (Bagian 24.4). Selain itu, tanpa adanya enzim, gugus sulfhidril hemoglobin tidak dapat lagi dipertahankan dalam bentuk tereduksi dan molekul hemoglobin kemudian berikatan silang satu sama lain untuk membentuk agregat yang disebut tubuh Heinz pada membran sel (Gambar 20.25). Membran yang rusak oleh badan Heinz dan spesies oksigen reaktif menjadi cacat dan sel kemungkinan akan mengalami lisis. Dengan tidak adanya stres oksidatif, bagaimanapun, kekurangannya cukup jinak. Terjadinya defisiensi dehidrogenase ini juga dengan jelas menunjukkan bahwa reaksi atipikal terhadap obat mungkin memiliki dasar genetik.

Gambar 20.25

Sel Darah Merah dengan Badan Heinz. Mikrograf cahaya menunjukkan sel darah merah yang diperoleh dari seseorang yang kekurangan glukosa 6-fosfat dehidrogenase. Partikel gelap, yang disebut badan Heinz, di dalam sel adalah gumpalan protein terdenaturasi yang melekat (lebih. )


Jalur Pentosa Fosfat (PPP) | Pernafasan

Jalur utama untuk respirasi aerobik glukosa adalah melalui glikolisis dan siklus Krebs, namun jalur alternatif ada di banyak organisme. Jalur ini, yang membutuhkan kehadiran oksigen, disebut jalur pentosa fosfat (PPP) atau heksosa monofosfat shunt (HMS).

Seperti yang ditunjukkan pada gambar bahwa NADP tereduksi terbentuk dalam reaksi yang membentuk asam 6-fosfoglukonat dan ribulosa-5-R Jika setara dengan molekul glukosa dioksidasi menjadi CO2 dan Hp melalui jalur siklik ini (enam putaran siklus), maka akan terbentuk 12 molekul NADP tereduksi. Dengan adanya enzim transhidrogenase, hidrogen dari NADPH dapat ditransfer ke NAD untuk membentuk NADH.

Oleh karena itu pembentukan 12 molekul NADP tereduksi melalui pirau heksosa monofosfat akhirnya dapat menyebabkan sintesis 36 molekul ATP. Jadi, penangkapan energi yang dilepaskan dalam oksidasi glukosa melalui jalur ini (pirau heksosa monofosfat) sama efektifnya dengan jalur siklus glikolitik-Krebs.

Jalur ini (PPP) juga dikenal sebagai siklus Warburg-Limpam-Dlckens dan shunt fosfoglukonat. Ini pertama kali dipelajari oleh Warburg (1935) dan Dickens (1938). Jalur ini terjadi di dalam sitosol, di mana semua enzim jalur pentosa fosfat (PPP) hadir.

Reaksi Jalur Pentosa Fosfat (PPP):

Mulai dari 6 molekul glukosa 6-fosfat, berbagai reaksi PPP adalah sebagai berikut:

A. 6 molekul glukosa-6-fosfat dengan adanya koenzim NADP dioksidasi menjadi 6 molekul 6-fosfoglukonolakton oleh enzim glukosa-6-fosfat dehidrogenase. 6 molekul NADP direduksi dalam reaksi yang reversibel.

B. 6-fosfoglukonolakton dihidrolisis oleh enzim laktonase untuk menghasilkan 6 molekul asam 6-fosfoglukonat.

C. Asam fosfoglukonat didekarboksilasi secara oksidatif oleh enzim 6-asam fosfoglukonat dehidrogenase. 6 molekul NADP tereduksi, 6 molekul CO2 dilepaskan, dan 6 molekul ribulosa-5-fosfat diproduksi.

D. 6 molekul ob ribulosa-5-fosfat isomerisasi menjadi 4 molekul xilulosa-5-fosfat dan 2 molekul ribosa-5-fosfat dengan adanya enzim ribulosa fosfat-3-epimerase dan pentosa fosfat isomer, masing-masing.

e. 2 molekul xilulosa-5-fosfat dan 2 molekul ribosa-5-fosfat bergabung Dengan adanya enzim transketolase membentuk 2 molekul sedoheptulosa-7-fosfat dan 2 molekul fosfogliseraldehida.

F. 2 molekul sedoheptulosa-7-fosfat dan 2 molekul 3-fosfogliseraldehid bergabung dengan adanya enzim transketolase untuk membentuk 2 molekul fruktosa-6-fosfat dan 2 molekul eritrosa-4-fosfat.

G. 2 molekul eritrosa-4-fosfat bereaksi dengan sisa 2 molekul xilulosa-5-fosfat ( reaksi 4 dan 5) Dengan adanya transketolase untuk membentuk 2 molekul fruktosa-6-fosfat dan 2 molekul 3-fosfogliseraldehida.

H. Satu molekul fosfogliseraldehida diisomerisasi menjadi dihidroksiaseton fosfat, dengan adanya enzim fosfotriosa isomerase.

Saya. Sisa satu molekul 3-fosfogliseraldehida bergabung dengan dihidroksiaseton fosfat Dalam enzim aldolase untuk membentuk satu molekul fruktosa 1, 6-difosfat, yang dengan adanya fosfatase membentuk satu molekul fruktosa-6-fosfat.

J. 5molekul fruktosa-6-fosfat yang dihasilkan pada reaksi 6, 7 dan 9, diisomerisasi menjadi molekul glukosa-6-fosfat dengan adanya enzim fosfoheksosa isomerase.

Ringkasnya, 6 molekul glukosa-6-fosfat yang masuk ke jalur ini, menghasilkan 6 molekul CO2, setelah oksidasi, dan 12 molekul koenzim tereduksi NADPH2, sedangkan 5 molekul glukosa-6-fosfat diregenerasi.

6 glukosa-6-fosfat + 12 NADP + → 5-glukosa-6-fosfat + 12 NADPH2 + 6 CO2

Oksidasi sempurna satu molekul glukosa menghasilkan 12 molekul NADPH2, yang sama dengan 36 molekul ATP. Penangkapan energi yang dilepaskan dalam oksidasi glukosa melalui jalur ini (PPP) sama efektifnya dengan jalur siklus glikolitik-Krebs, di mana 38 molekul ATP per molekul glukosa diproduksi.

Signifikansi Jalur Pentosa Fosfat (PPP):

A. Jalur ini menyediakan jalur alternatif untuk degradasi karbohidrat.

B. Jalur ini (PPP) menghasilkan molekul NADPH 2 yang digunakan sebagai reduktor dalam proses biosintesis dalam kondisi ketika molekul NADPH tidak dihasilkan oleh fotosintesis Fruktosa-6-p. Oleh karena itu, penting dalam jaringan non-fotosintetik, seperti jaringan diferensiasi, biji berkecambah dan selama periode kegelapan.

Produksi NADPH tidak terkait dengan pembentukan ATP dalam jalur pentosa fosfat (PPP).

C. Ini menghasilkan gula ribosa untuk sintesis asam nukleat.

D. Ini memainkan peran penting dalam fiksasi CO2 dalam fotosintesis melalui ribulosa-5- fosfat ribulosa 1, 5-fosfat yang berasal dari ribulosa-5-fosfat adalah akseptor utama CO2 dalam fotosintesis.

e. Ini menyediakan erythrose-4-phosphate, yang diperlukan untuk sintesis asam shikimat. Yang terakhir adalah prekursor senyawa cincin aromatik.

F. Ini menghasilkan sejumlah tetrosa dan pentosa untuk sintesis nukleosida, nukleotida, asam nukleat, antosianin dan senyawa lainnya.


Penyebab Penyebab

Defisiensi glukosa-6-fosfat dehidrogenase (G6PD) disebabkan oleh mutasi pada G6PD gen. Gen ini memberi instruksi tubuh untuk membuat enzim yang disebut G6PD, yang terlibat dalam pemrosesan karbohidrat. Enzim ini juga melindungi sel darah merah dari molekul yang berpotensi berbahaya yang disebut spesies oksigen reaktif. Reaksi kimia yang melibatkan G6PD menghasilkan senyawa yang mencegah spesies oksigen reaktif dari membangun ke tingkat toksik dalam sel darah merah. [2]

Mutasi di G6PD gen menurunkan jumlah G6PD atau mengubah strukturnya, mengurangi kemampuannya untuk memainkan peran protektifnya. Akibatnya, spesies oksigen reaktif dapat menumpuk dan merusak sel darah merah. Faktor-faktor seperti infeksi, obat-obatan tertentu, atau makan kacang fava dapat meningkatkan kadar spesies oksigen reaktif, menyebabkan sel darah merah dihancurkan lebih cepat daripada yang dapat digantikan oleh tubuh. Pengurangan sel darah merah ini menyebabkan tanda dan gejala anemia hemolitik pada orang dengan defisiensi G6PD. [2]


Biologi 171

Pada akhir bagian ini, Anda akan dapat melakukan hal berikut:

  • Jelaskan bagaimana penghambatan umpan balik akan mempengaruhi produksi zat antara atau produk dalam suatu jalur
  • Identifikasi mekanisme yang mengontrol laju transpor elektron melalui rantai transpor elektron

Respirasi seluler harus diatur untuk menyediakan jumlah energi yang seimbang dalam bentuk ATP. Sel juga harus menghasilkan sejumlah senyawa antara yang digunakan dalam anabolisme dan katabolisme makromolekul. Tanpa kontrol, reaksi metabolisme dengan cepat akan terhenti saat reaksi maju dan reaksi mundur mencapai keadaan setimbang. Sumber daya akan digunakan secara tidak tepat. Sebuah sel tidak membutuhkan jumlah maksimum ATP yang dapat dibuat sepanjang waktu: Kadang-kadang, sel perlu melangsir beberapa intermediet ke jalur untuk produksi asam amino, protein, glikogen, lipid, dan asam nukleat. Singkatnya, sel perlu mengontrol metabolismenya.

Mekanisme Regulasi

Berbagai mekanisme digunakan untuk mengontrol respirasi seluler. Beberapa jenis kontrol ada pada setiap tahap metabolisme glukosa. Akses glukosa ke sel dapat diatur menggunakan protein GLUT (glucose transporter) yang mengangkut glukosa ((Gambar)). Berbagai bentuk protein GLUT mengontrol pasase glukosa ke dalam sel-sel jaringan tertentu.


Beberapa reaksi dikendalikan dengan memiliki dua enzim yang berbeda—masing-masing satu untuk dua arah reaksi reversibel. Reaksi yang dikatalisis oleh hanya satu enzim dapat mencapai kesetimbangan, menghentikan reaksi. Sebaliknya, jika dua enzim yang berbeda (masing-masing spesifik untuk arah tertentu) diperlukan untuk reaksi reversibel, kesempatan untuk mengontrol laju reaksi meningkat, dan kesetimbangan tidak tercapai.

Sejumlah enzim yang terlibat dalam masing-masing jalur—khususnya, enzim yang mengkatalisis reaksi komitmen pertama dari jalur—dikendalikan oleh perlekatan molekul ke situs alosterik pada protein. Molekul yang paling umum digunakan dalam kapasitas ini adalah nukleotida ATP, ADP, AMP, NAD +, dan NADH. Regulator ini—efektor alosterik—dapat meningkatkan atau menurunkan aktivitas enzim, tergantung pada kondisi yang ada. Efektor alosterik mengubah struktur sterik enzim, biasanya mempengaruhi konfigurasi situs aktif. Perubahan struktur protein (enzim) ini meningkatkan atau menurunkan afinitasnya terhadap substratnya, dengan efek meningkatkan atau menurunkan laju reaksi. Sinyal lampiran ke enzim. Pengikatan ini dapat meningkatkan atau menurunkan aktivitas enzim, menyediakan mekanisme umpan balik. Jenis kontrol umpan balik ini efektif selama bahan kimia yang mempengaruhinya melekat pada enzim. Setelah konsentrasi keseluruhan bahan kimia menurun, ia akan berdifusi menjauh dari protein, dan kontrol menjadi rileks.

Kontrol Jalur Katabolik

Enzim, protein, pembawa elektron, dan pompa yang berperan dalam glikolisis, siklus asam sitrat, dan rantai transpor elektron cenderung mengkatalisis reaksi nonreversibel. Dengan kata lain, jika reaksi awal terjadi, jalur berkomitmen untuk melanjutkan reaksi yang tersisa. Apakah aktivitas enzim tertentu dilepaskan tergantung pada kebutuhan energi sel (seperti yang dicerminkan oleh tingkat ATP, ADP, dan AMP).

Glikolisis

Kontrol glikolisis dimulai dengan enzim pertama di jalur, heksokinase ((Gambar)). Enzim ini mengkatalisis fosforilasi glukosa, yang membantu mempersiapkan senyawa untuk pembelahan pada langkah selanjutnya. Kehadiran fosfat bermuatan negatif dalam molekul juga mencegah gula meninggalkan sel. Ketika heksokinase dihambat, glukosa berdifusi keluar dari sel dan tidak menjadi substrat untuk jalur respirasi di jaringan itu. Produk dari reaksi heksokinase adalah glukosa-6-fosfat, yang terakumulasi ketika enzim selanjutnya, fosfofruktokinase, dihambat.


Fosfofruktokinase adalah enzim utama yang dikendalikan dalam glikolisis. Tingkat ATP atau sitrat yang tinggi atau pH yang lebih rendah dan lebih asam menurunkan aktivitas enzim. Peningkatan konsentrasi sitrat dapat terjadi karena adanya penyumbatan pada siklus asam sitrat. Fermentasi, dengan produksi asam organik seperti asam laktat, sering menyebabkan peningkatan keasaman dalam sel, namun produk fermentasi biasanya tidak terakumulasi dalam sel.

Langkah terakhir dalam glikolisis dikatalisis oleh piruvat kinase. Piruvat yang dihasilkan dapat dilanjutkan untuk dikatabolisme atau diubah menjadi asam amino alanin. Jika tidak ada lagi energi yang dibutuhkan dan alanin dalam pasokan yang memadai, enzim dihambat. Aktivitas enzim meningkat ketika kadar fruktosa-1,6-bifosfat meningkat. (Ingat bahwa fruktosa-1,6-bifosfat adalah zat antara pada paruh pertama glikolisis.) Regulasi piruvat kinase melibatkan fosforilasi oleh kinase (piruvat kinase), menghasilkan enzim yang kurang aktif. Defosforilasi oleh fosfatase mengaktifkannya kembali. Piruvat kinase juga diatur oleh ATP (efek alosterik negatif).

Jika lebih banyak energi dibutuhkan, lebih banyak piruvat akan diubah menjadi asetil KoA melalui aksi piruvat dehidrogenase. Jika salah satu gugus asetil atau NADH terakumulasi, kebutuhan untuk reaksi berkurang, dan laju reaksi menurun. Piruvat dehidrogenase juga diatur oleh fosforilasi: kinase memfosforilasinya untuk membentuk enzim yang tidak aktif, dan fosfatase mengaktifkannya kembali. Kinase dan fosfatase juga diatur.

Siklus Asam Sitrat

Siklus asam sitrat dikendalikan melalui enzim yang mengkatalisis reaksi yang membuat dua molekul pertama NADH (Ulasan). Enzim-enzim ini adalah isositrat dehidrogenase dan α-ketoglutarat dehidrogenase. Ketika tingkat ATP dan NADH yang memadai tersedia, laju reaksi ini menurun. Ketika lebih banyak ATP dibutuhkan, seperti yang tercermin dalam peningkatan level ADP, kecepatannya meningkat. Alfa-ketoglutarat dehidrogenase juga akan dipengaruhi oleh kadar suksinil KoA—zat antara berikutnya dalam siklus—yang menyebabkan penurunan aktivitas. Penurunan laju operasi jalur pada titik ini tidak selalu negatif, karena peningkatan level α-ketoglutarat tidak digunakan oleh siklus asam sitrat dapat digunakan oleh sel untuk sintesis asam amino (glutamat).

Rantai Transpor Elektron

Enzim spesifik dari rantai transpor elektron tidak dipengaruhi oleh inhibisi umpan balik, tetapi kecepatan transpor elektron melalui jalur tersebut dipengaruhi oleh tingkat ADP dan ATP. Konsumsi ATP yang lebih besar oleh sel ditunjukkan oleh penumpukan ADP. Saat penggunaan ATP menurun, konsentrasi ADP menurun, dan sekarang, ATP mulai menumpuk di dalam sel. Perubahan konsentrasi relatif ADP terhadap ATP ini memicu sel untuk memperlambat rantai transpor elektron.

Lihat lebih lanjut tentang rantai transpor elektron dan sintesis ATP dengan menonton Rantai Transpor Elektron: The Movie (Flash interaktif, video)

Untuk ringkasan kontrol umpan balik dalam respirasi seluler, lihat (Gambar).

Ringkasan Kontrol Umpan Balik dalam Respirasi Seluler
Jalan Enzim terpengaruh Peningkatan level efektor Efek pada aktivitas jalur
glikolisis heksokinase glukosa-6-fosfat mengurangi
fosfofruktokinase muatan energi rendah (ATP, AMP), fruktosa-6-fosfat melalui fruktosa-2,6-bifosfat meningkatkan
muatan energi tinggi (ATP, AMP), sitrat, pH asam mengurangi
piruvat kinase fruktosa-1,6-bifosfat meningkatkan
muatan energi tinggi (ATP, AMP), alanin mengurangi
konversi piruvat menjadi asetil KoA piruvat dehidrogenase ADP, piruvat meningkatkan
asetil KoA, ATP, NADH mengurangi
siklus asam sitrat isositrat dehidrogenase ADP meningkatkan
ATP, NADH mengurangi
α-ketoglutarat dehidrogenase ion kalsium, ADP meningkatkan
ATP, NADH, suksinil KoA mengurangi
rantai transpor elektron ADP meningkatkan
ATP mengurangi

Ringkasan Bagian

Respirasi sel dikendalikan oleh berbagai cara. Masuknya glukosa ke dalam sel dikendalikan oleh protein transpor yang membantu glukosa melewati membran sel. Sebagian besar kontrol proses respirasi dicapai melalui kontrol enzim spesifik di jalur. Ini adalah jenis mekanisme umpan balik negatif, mematikan enzim. Enzim paling sering merespon tingkat nukleosida yang tersedia ATP, ADP, AMP, NAD +, dan FAD. Perantara lain dari jalur juga mempengaruhi enzim tertentu dalam sistem.

Respons Gratis

Bagaimana sitrat dari siklus asam sitrat mempengaruhi glikolisis?

Sitrat dapat menghambat fosfofruktokinase melalui regulasi umpan balik.

Mengapa mekanisme umpan balik negatif lebih umum daripada mekanisme umpan balik positif dalam sel hidup?

Mekanisme umpan balik negatif sebenarnya mengontrol proses yang dapat mematikannya, sedangkan umpan balik positif mempercepat proses, sehingga sel tidak dapat mengontrolnya. Umpan balik negatif secara alami mempertahankan homeostasis, sedangkan umpan balik positif mendorong sistem menjauh dari keseimbangan.

Glosarium


Abstrak

Mekanisme katalitik glukosa 6-fosfat dehidrogenase dari Leuconostocmesenteroides diselidiki dengan mengganti tiga asam amino, His-240, Asp-177, dan His 178, dengan asparagin, menggunakan mutagenesis terarah-situs. Masing-masing enzim mutan dimurnikan untuk homogenitas dan dicirikan oleh studi pengikatan substrat dan analisis kinetik keadaan tunak. Struktur tiga dimensi dari glukosa 6-fosfat dehidrogenase H240N ditentukan pada resolusi 2,5 . Hasil mendukung mekanisme di mana His-240 bertindak sebagai basa umum yang mengabstraksi proton dari gugus C1-hidroksil glukosa 6-fosfat, dan gugus karboksilat Asp-177 menstabilkan muatan positif yang terbentuk pada His-240 di keadaan transisi. Hasilnya juga mengkonfirmasi peran yang didalilkan dari His-178 dalam mengikat bagian fosfat dari glukosa 6-fosfat.

Didukung oleh Grant MCB-9513814 dari National Science Foundation.

Koordinat atom enzim H240N dengan NAD + (2dpg), dan enzim H240N dengan NADP + (3dpg) telah disimpan di Brookhaven Protein Data Bank.

Penulis yang sesuai. Telepon: 315-443-3181. Faks: 315-443-2012 Email: [email protected]


Defisiensi glukosa-6-fosfat dehidrogenase terjadi akibat mutasi pada G6PD gen. Gen ini memberikan instruksi untuk membuat enzim yang disebut glukosa-6-fosfat dehidrogenase. Enzim ini terlibat dalam pemrosesan normal karbohidrat. Ini juga melindungi sel darah merah dari efek molekul yang berpotensi berbahaya yang disebut spesies oksigen reaktif, yang merupakan produk sampingan dari fungsi seluler normal. Reaksi kimia yang melibatkan glukosa-6-fosfat dehidrogenase menghasilkan senyawa yang mencegah spesies oksigen reaktif dari membangun ke tingkat toksik dalam sel darah merah.

Jika mutasi pada G6PD gen mengurangi jumlah dehidrogenase glukosa-6-fosfat atau mengubah strukturnya, enzim ini tidak dapat lagi memainkan peran protektifnya. Akibatnya, spesies oksigen reaktif dapat menumpuk dan merusak sel darah merah. Faktor-faktor seperti infeksi, obat-obatan tertentu, atau menelan kacang fava dapat meningkatkan kadar spesies oksigen reaktif, menyebabkan sel darah merah dihancurkan lebih cepat daripada yang dapat digantikan oleh tubuh. Penurunan jumlah sel darah merah menyebabkan tanda dan gejala anemia hemolitik.

Para peneliti percaya bahwa orang yang memiliki G6PD mutasi mungkin sebagian dilindungi terhadap malaria, penyakit menular yang dibawa oleh jenis nyamuk tertentu. Penurunan jumlah glukosa-6-fosfat dehidrogenase fungsional tampaknya membuat parasit ini lebih sulit untuk menyerang sel darah merah. Defisiensi glukosa-6-fosfat dehidrogenase paling sering terjadi di daerah-daerah di dunia di mana malaria sering terjadi.

Pelajari lebih lanjut tentang gen yang terkait dengan defisiensi Glucose-6-phosphate dehydrogenase


7.1. KONDISI
T = 25 °C, pH = 7,4, absorbansi pada 340 nm, Jalur cahaya = 1 cm

7.2. METODE
Penentuan Tingkat Spektrofotometri

7.3.1. 250 mM Glisilglisin (Penyangga)
Siapkan larutan 33 mg/mL dalam air murni menggunakan Glycylglycine, Free Base, Product No. G1002. Sesuaikan dengan pH 7,4 pada 25 °C dengan 1 M NaOH atau 1 M HCl.

7.3.2. 60 mM D-Glukosa 6-Fosfat Solusi (G-6-P)
Siapkan 17 mg/mL dalam air murni menggunakan D-Glukosa-6 Fosfat, Garam Monosodium, No. Produk G7879.

7.3.3. 20 mM -Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate Solution (β-NADP)
Siapkan 15,4 mg/mL dalam air murni menggunakan -Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate, Sodium Salt, No. Produk N0505.

7.3.4. 300 mM Larutan Magnesium Klorida (MgCl2)
Siapkan 0,3 mL/mL dalam air murni menggunakan Larutan Magnesium Klorida 1,0 M, No. Produk M1028.

7.3.5. Larutan Enzim Glukosa-6-Fosfat Dehidrogenase (Enzim)
Segera sebelum digunakan, siapkan 0,3-0,6 unit/mL dalam buffer dingin (Reagen 7.3.1).

7.4.1. Siapkan koktail reaksi dengan memipet (dalam mililiter) reagen berikut ke dalam wadah yang sesuai:

7.4.2. Campur dan seimbangkan hingga 25 ° C. Sesuaikan pH koktail reaksi menjadi 7,4 dengan 1 M NaOH atau 1 M HCl.

7.4.3. Pipet (dalam mililiter) reagen berikut ke dalam kuvet yang sesuai:

7.4.4. Setarakan dengan 25 ° C. Pantau A340nm sampai konstan, menggunakan spektrofotometer termostat yang sesuai. Kemudian tambahkan:

7.4.5. Segera campur dengan inversi dan catat peningkatan A340nm selama kurang lebih 10 menit. Dapatkan A340nm/menit menggunakan kecepatan linier maksimum untuk Tes dan Kosong menggunakan minimal 4 titik data selama interval waktu satu menit.

Di mana:
3 = Total volume (dalam mililiter) pengujian
df = Faktor pengenceran
6,22 = Koefisien pemadaman milimolar -NADPH pada 340 nm
0,1 = Volume (dalam mililiter) enzim yang digunakan

7.6. KONSENTRASI UJI AKHIR
Dalam campuran reaksi 3,00 mL, konsentrasi akhir adalah 50 mM glisilglisin, 2 mM D-glukosa-6-fosfat, 0,67 mM -nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, 10 mM magnesium klorida, dan 0,03 - 0,06 unit glukosa-6-fosfat dehidrogenase .



Komentar:

  1. Anakin

    Di sini benar -benar teater fairground apa itu

  2. Masud

    Sungguh luar biasa, pendapat yang lucu ini

  3. Boyd

    Saya setuju - jika dengan sensor :)

  4. Marilynn

    Good site, but more information needs to be added

  5. Cuchulain

    Thank you for your help in this matter. You have a wonderful forum.



Menulis pesan