Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Биомолекулалардың белгілі бір лигандтарды байланыстыру қабілеті
Ability of biomolecules to bind specific ligands
Химиялық ерекшелік – макромолекуланың (мысалы, ақуыздың) белгілі бір лигандтарды байланыстыру қабілеті. Ақуыз байланыстыра алатын лигандтардың саны неғұрлым аз болса, оның ерекшелігі соғұрлым жоғары болады. Ерекшелік белгілі бір ақуыз бен лиганд арасындағы байланыстың күшін сипаттайды. Бұл қатынасты диссоциация тұрақтысы арқылы сипаттауға болады, ол ақуыз-лиганд жүйесінде байланысқан және байланыспаған күйлер арасындағы тепе-теңдікті көрсетеді. Егер белгілі бір фермент жоғары химиялық ерекшелікке ие болса, онда оның байланыстыра алатын лигандтар жиынтығы шектеулі, сондықтан қосымша молекулалармен байланыс оқиғалары мен катализ айтарлықтай жылдамдықпен жүрмейді. Ақуыз-лиганд жұптарының мысалы ретінде антидене-антиген жүйесін келтіруге болады, мұнда байланыс белсенділігі жоғары ерекшелікке ие. Аффинитеттік жетілу әдетте өте ерекше өзара әрекеттесулерге алып келеді, ал бастапқы антиденелер кең спектрлі болып, көптеген лигандтарды байланыстырады. Керісінше, субстраттарды байланыстыра алатын және бірнеше реакцияларды тиімді катализдей алатын ақуыз-лиганд жүйесінің мысалы – цитохром P450 жүйесі, ол көптеген лигандтарға жоғары ерекшелігімен байланысты кең таралған фермент болып саналады. Протеаздар – кең ауқымды жарылу ерекшеліктерін көрсететін ферменттер тобы. Ас қорыту ферменттері ретінде кең таралған протеаздар пептидтерді бөлшектеп ыдыратады, ал жоғары ерекше протеаздар сигналдық каскадтарға қатысады.
Chemical specificity is the ability of binding site of a macromolecule (such as a protein) to bind specific ligands. The fewer ligands a protein can bind, the greater its specificity. Specificity describes the strength of binding between a given protein and ligand. This relationship can be described by a dissociation constant, which characterizes the balance between bound and unbound states for the protein ligand system. If a given enzyme has a high chemical specificity, this means that the set of ligands to which it binds is limited, such that neither binding events nor catalysis can occur at an appreciable rate with additional molecules. An example of a protein ligand pair whose binding activity can be highly specific is the antibody antigen system. Affinity maturation typically leads to highly specific interactions, whereas naive antibodies are promiscuous and bind a larger number of ligands. Conversely, an example of a protein ligand system that can bind substrates and catalyze multiple reactions effectively is the Cytochrome P450 system, which can be considered a promiscuous enzyme due to its broad specificity for multiple ligands. Proteases are a group of enzymes that show a broad range of cleavage specificities. Promiscuous proteases as digestive enzymes unspecifically degrade peptides, whereas highly specific proteases are involved in signaling cascades.
Міндетті
Белсенің және лигандтың өзара әрекеттесуі екі құраушының ерекшелігіне маңызды әсер етеді. Электростатикалық және гидрофобтық өзара әрекеттесулер екі молекула арасындағы ерекшеліктің қайнар көзі болып табылады. Белсенің және лигандтың арасындағы осы өзара әрекеттесулердің күші, көбінесе олардың бір-біріне қатысты ерекшелігімен тікелей байланысты. Байланыс процесінің ерекшелігі байланысқан серіктестердің икемділігіне күшті тәуелді. Қатты белсенің байланыс мүмкіндігі өте шектеулі. Икемді белсенің көптеген лигандтарға бейімделе алады, сондықтан ол көп түрлі болады. Байланыс процесі әдетте кешендегі екі байланысқан серіктестің қатаюына алып келеді, сондықтан икемді белсенің байланысы энтропиялық шығынмен бірге жүреді. Бұл байланысқандық қабілеті мен байланыс ерекшелігі арасындағы жиі кездесетін оң корреляцияның басты себебі. Антиденелерде қаттылық пен ерекшелік арасында мықты байланыс бар. Бұл корреляция антиденелердің паратопынан әрі асып түседі.
The interactions between the protein and ligand substantially affect the specificity between the two entities. Electrostatic interactions and Hydrophobic interactions are known to be the most influential in regards to where specificity between two molecules is derived from. The strength of these interactions between the protein and ligand often positively correlate with their specificity for one another. The specificity of a binding process is strongly dependent of the flexibility of the binding partners. A rigid protein is very restricted in its binding possibilities. A flexible protein can adapt its conformation to a larger number of ligands and thus is more promiscuous. As the binding process usually leads to a rigidification of both binding partners in the complex, binding of a flexible protein usually comes with an entropic penalty. This is the main reason for the frequently found positive correlation of binding affinity and binding specificity. Antibodies show a strong correlation between rigidity and specificity. This correlation extends far beyond the paratope of the antibodies
Катализа
Энзимдік ерекшелік – нақты фермент пен оған сәйкес келетін субстраттың өзара әрекеттесуін көрсетеді. Субстраттарды байланыстырудағы ерекшелікке қоса, дұрыс жақындық және бағдарлану, сондай-ақ, өту күйін байланыстыру фермент ерекшелігінің қосымша деңгейін қамтамасыз етеді.
Enzyme specificity refers to the interactions between any particular enzyme and its corresponding substrate. In addition to the specificity in binding its substrates, correct proximity and orientation as well as binding the transition state provide an additional layer of enzyme specificity.
Түрлері
Ферменттер олар байланысатын субстраттардың ерекшелігі бойынша әртүрлі болады, осы арқылы нақты физиологиялық функцияларды жүзеге асырады. Кейбір ферменттердің ерекшелігі төмен болуы мүмкін, сондықтан олар реакцияны катализдеу үшін көптеген субстраттармен байланысуы мүмкін. Ал, кейбір физиологиялық функциялар дұрыс реакция мен физиологиялық фенотиптің пайда болуы үшін ферменттің бір ғана нақты субстратқа өте жоғары ерекшелігін қажет етеді. Субстраттарға қатысты ерекшеліктеріне байланысты ферменттердің әртүрлі жіктелу түрлері бар. Ең жалпысы бойынша, олар төрт топқа бөлінеді: абсолюттік, топтық, байланыс және стереохимиялық ерекшелік.
Enzymes vary in the specificity of the substrates that they bind to, in order to carry out specific physiological functions. Some enzymes may need to be less specific and therefore may bind to numerous substrates to catalyze a reaction. On the other hand, certain physiological functions require extreme specificity of the enzyme for a single specific substrate in order for a proper reaction and physiological phenotype to occur. The different types of categorizations differ based on their specificity for substrates. Most generally, they are divided into four groups: absolute, group, linkage, and stereochemical specificity.
Абсолюттік ерекшелік
Абсолютті ерекшелік – бұл энзимнің бір ғана субстратқа ғана әсер етуімен сипатталатын қасиет. Абсолютті ерекшелікке ие ферменттер тек өздерінің белгілі бір субстратымен бір ғана реакцияны катализдейді. Мысалы, лактаза лактозаны глюкоза мен галактоза деген екі қант моносахаридына ыдыратуға арналған фермент. Тағы бір мысал – глюкокиназа, ол глюкозаның глюкоза-6-фосфатқа фосфорилирленуіне қатысатын фермент. Ол негізінен бауырда белсенді және гексокиназаның басты изофермі болып табылады. Оның абсолютті ерекшелігі – глюкоза ғана оның субстраты бола алады, ал гексокиназа көптеген гексозаларды субстрат ретінде қабылдай алады.
Absolute specificity can be thought of as being exclusive, in which an enzyme acts upon one specific substrate. Absolute specific enzymes will only catalyze one reaction with its specific substrate. For example, lactase is an enzyme specific for the degradation of lactose into two sugar monosaccharides, glucose and galactose. Another example is Glucokinase, which is an enzyme involved in the phosphorylation of glucose to glucose 6 phosphate. It is primarily active in the liver and is the main isozyme of Hexokinase. Its absolute specificity refers to glucose being the only hexose that is able to be its substrate, as opposed to hexokinase, which accommodates many hexoses as its substrate.
Топ ерекшелігі
Топтық ерекшелік, фермент тек ароматтық құрылымдар, фосфат топтары және метилдер сияқты нақты функционалдық топтары бар молекулалармен ғана реакцияға түскенде пайда болады. Мысалы, пепсин – біздің диетамыздағы тағамдардың қорытылуында маңызды рөл атқаратын фермент, ол гидрофобты аминқышқылдары арасындағы пептидтік байланыстарды гидролиздейді және фенилаланин, триптофан және тирозин сияқты ароматтық бүйір тізбектерін таниды. Тағы бір мысал – гликолизге қатысатын және глюкозаны глюкоза-6-фосфатқа айналдыратын гексокиназа ферменті. Бұл фермент өзінің субстраты ретінде бірнеше гексозаны (6 көміртекті қанттарды) қабылдауға мүмкіндік бере отырып, топтық ерекшелікті көрсетеді. Глюкоза, гликолиздегі рөліне байланысты гексокиназаға қатысты метаболиздік жолдардағы ең маңызды субстраттардың бірі болып табылады, бірақ гексокиназа катализдей алатын жалғыз субстрат емес.
Group specificity occurs when an enzyme will only react with molecules that have specific functional groups, such as aromatic structures, phosphate groups, and methyls. One example is Pepsin, an enzyme that is crucial in digestion of foods ingested in our diet, that hydrolyzes peptide bonds in between hydrophobic amino acids, with recognition for aromatic side chains such as phenylalanine, tryptophan, and tyrosine. Another example is hexokinase, an enzyme involved in glycolysis that phosphorylate glucose to produce glucose 6 phosphate. This enzyme exhibits group specificity by allowing multiple hexoses (6 carbon sugars) as its substrate. Glucose is one of the most important substrates in metabolic pathways involving hexokinase due to its role in glycolysis, but is not the only substrate that hexokinase can catalyze a reaction with.
Бондаж ерекшелігі
Облигациялық ерекшелік, топтық ерекшеліктен өзгеше, нақты химиялық байланыс түрлерін таниды. Бұл топтық ерекшеліктен айырылады, себебі ол белгілі бір реакцияны катализдеу үшін нақты функционалдық топтардың болуына емес, керісінше, белгілі бір байланыс түріне (мысалы, пептидтік байланыс) тәуелді.
Bond specificity, unlike group specificity, recognizes particular chemical bond types. This differs from group specificity, as it is not reliant on the presence of particular functional groups in order to catalyze a particular reaction, but rather a certain bond type (for example, a peptide bond).
Стереохимиялық ерекшелік
Бұл типтегі ерекшелік субстраттың оптикалық активтілігіне және бағдарлануына сезімтал. Стереохимиялық молекулалар жазықтықта поляризацияланған жарықты қалай бұратынымен немесе байланыстардың бағытымен ерекшеленеді (мысалы, альфа және бета гликозидтік байланыстарды қараңыз). Стереохимиялық тұрғыдан ерекше ферменттер осы қасиеттері бар субстраттармен байланысады. Мысалы, бета-гликозидаза целлюлозада кездесетін бета-гликозидтік байланыстармен ғана реакцияға түседі, ал крахмал мен гликогендегі альфа-гликозидтік байланыстармен реакцияға түспейді. Бұл сүтқоректілердің тамаққа қалай сіңіре алатынымен байланысты. Мысалы, сүтқоректілердің сілекейіндегі амилаза ферменті альфа-байланыстарға стереоспецификалық, сондықтан сүтқоректілер крахмал мен гликогенді энергия көзі ретінде тиімді пайдалана алады, бірақ целлюлозаны емес (өйткені ол бета-байланыс).
This type of specificity is sensitive to the substrate's optical activity of orientation. Stereochemical molecules differ in the way in which they rotate plane polarized light, or orientations of linkages (see alpha, beta glycosidic linkages). Enzymes that are stereochemically specific will bind substrates with these particular properties. For example, beta glycosidase will only react with beta glycosidic bonds which are present in cellulose, but not present in starch and glycogen, which contain alpha glycosidic linkages. This is relevant in how mammals are able to digest food. For instance, the enzyme Amylase is present in mammal saliva, that is stereo specific for alpha linkages, this is why mammals are able to efficiently use starch and glycogen as forms of energy, but not cellulose (because it is a beta linkage).
Фермент кинетикасына қолдану
Энзимнің белгілі бір субстратқа қатысты химиялық ерекшелігін Михаэлис-Ментен теңдеуінен шығарылған екі айнымалы арқылы анықтауға болады. – фермент-субстрат кешендерінің диссоциация тұрақтысының жуық шамасы. – айналым жылдамдығын, яғни фермент мөлшеріне шаққанда фермент катализдеген реакциялардың санын көрсетеді. Бұл екеуінің қатынасы спецификалық тұрақты деп аталады, ол белгілі бір ферментке субстраттың байланысу деңгейін өлшейді. Сондай-ақ, ферменттің тиімділігі деп те аталатын бұл қатынас ферменттің нақты субстратқа деген басымдығын көрсетеді. Энзимнің спецификалық тұрақтысы жоғары болған сайын, ол сол субстратқа соншалықты артықшылық танытады.
The chemical specificity of an enzyme for a particular substrate can be found using two variables that are derived from the Michaelis Menten equation. approximates the dissociation constant of enzyme substrate complexes. represents the turnover rate, or the number of reactions catalyzed by an enzyme over the enzyme amount. over is known as the specificity constant, which gives a measure of the affinity of a substrate to some particular enzyme. Also known as the efficiency of an enzyme, this relationship reveals an enzyme's preference for a particular substrate. The higher the specificity constant of an enzyme corresponds to a high preference for that substrate.
Медициналық зерттеулердің маңыздылығы
Энзимдік ерекшелік энзим құрылымы туралы маңызды мәліметтер береді, ол физиологиялық функцияларды анықтайды және олардың ішкі жұмысына әсер етеді. Ерекшелік туралы зерттеулер каталитикалық механизм туралы да ақпарат ұсынуы мүмкін. Ерекшелік жаңа дәрілерді табу және клиникалық зерттеулер саласында маңызды рөл атқарады, жаңа дәрілер клиникалық сынақтардың әртүрлі кезеңдерінде нысаналық молекулаға қатысты ерекшелігі үшін тексеріледі. Пациентте жағымсыз симптомдар тудырмауы үшін, дәрілерде мақсаттан тыс әсерлердің мүмкіндігін азайту мақсатында, мүмкіндігінше нақты құрылымдар болуы керек. Дәрілердің тиімділігі белгілі бір молекулалық нысаналарды тежеуге арналған молекулалар мен препараттардың ерекшелігіне байланысты.
Enzymatic specificity provides useful insight into enzyme structure, which ultimately determines and plays a role in physiological functions. Specificity studies also may provide information of the catalytic mechanism. Specificity is important for novel drug discovery and the field of clinical research, with new drugs being tested for its specificity to the target molecule in various rounds of clinical trials. Drugs must contain as specific as possible structures in order to minimize the possibility of off target affects that would produce unfavorable symptoms in the patient. Drugs depend on the specificity of the designed molecules and formulations to inhibit particular molecular targets.
Қолданбалар
Ғылыми әдістер, мысалы, иммунотақылау, химиялық ерекшелікке тәуелді. Иммунотақылау антиденелердің химиялық ерекшелігін пайдаланып, жасуша деңгейінде қызығушылық тудыратын белокты анықтайды. Батыс блоттау (вестерн блот) – химиялық ерекшелікке негізделген тағы бір әдіс, ол тіндердегі белгілі бір белокты анықтау үшін қолданылады. Бұл әдіс гельдік электрофорезбен басталып, содан кейін үлгі антиденелермен боялған мембранаға көшіріледі. Антиденелер нақты белгілі бір белокқа қатысты болады және зерттеушінің қызығушылық тудыратын белогінің бар екенін көрсететін флуоресценттік таңбаға ие болады.
Scientific techniques, such as immunostaining, depend on chemical specificity. Immunostaining utilizes the chemical specificity of antibodies in order to detect a protein of interest at the cellular level. Another technique that relies on chemical specificity is Western blotting, which is utilized to detect a certain protein of interest in a tissue. This technique involves gel electrophoresis followed by transferring of the sample onto a membrane which is stained by antibodies. Antibodies are specific to the target protein of interest, and will contain a fluorescent tag signaling the presence of the researcher's protein of interest.