Konformationen
Wenn drei Schüler ein Modell der gleichen organischen Verbindung zusammenbauen, z.B. Butan, so sehen die drei Modelle mit Sicherheit nicht exakt gleich aus. Man sieht die Unterschiede leicht, wenn man die drei Modelle auf einen Tageslichtprojektor legt.
Solche unterschiedlichen räumlichen Strukturen ansonsten gleicher Moleküle nennt man Konformationen. Bedingt durch die freie Drehbarkeit der C-C- sowie der C-N-Einfachbindung können Proteine viele verschiedene Konformationen einnehmen. Aber nicht alle räumlichen Strukturen sind gleich wahrscheinlich. Es gibt nämlich einige Strukturen, die stabiler sind als andere.
Schauen wir uns das an einem einfacheren Beispiel an. Wenn man ein Ethan-Molekül zusammenbaut, so kann man die beiden Methylgruppen so drehen, dass die H-Atome genau hintereinander stehen. Man spricht dann von der "verdeckten" Konformation. Man kann die eine Methylgruppe aber auch so drehen, dass die H-Atome "auf Lücke" stehen (gestaffelte Konformation). Da sich die H-Atome aufgrund ihrer Elektronenwolken gegenseitig abstoßen, wollen sie so weit wie möglich voneinander entfernt sein. Dies ist aber nur bei der gestaffelten Konformation der Fall. Also ist dies Konformation stabiler als alle anderen Konformationen. Die verdeckte Konformation ist dagegen recht instabil, weil die H-Atome hier einen minimalen Abstand haben und sich daher maximal abstoßen.
unterschiedliche räumliche Zustände eines Moleküls, die durch verschiedene räumliche Anordnungen der beteiligten Atome charakterisiert sind. Sie entstehen durch Veränderungen der inneren geometrischen Parameter eines Moleküls (z.B. der Bindungswinkel, der Bindungslängen)
(Lexikon der Chemie, Spektrum Verlag).
Allosterie
Auch Enzyme können in unterschiedlichen Konformationen vorkommen. In der folgenden Flash-Animation kann das Enzym zwei verschiedene Zustände annehmen. Nur in einem der beiden Zustände passt das Substrat (grün) in das aktive Zentrum und kann zum Produkt (gelb) umgesetzt werden. Der andere allosterische Zustand des Enzyms hat ein verformtes aktives Zentrum, welches das Substrat nicht aufnehmen kann: dieser Zustand ist somit inaktiv.
pH-Wert
Effektoren
Neben dem aktiven Zentrum hat ein allosterisches Enzym ein zweites Zentrum, das allosterische Zentrum. Dieses kann von einem Effektor besetzt werden (Schlüssel-Schloss-Prinzip). Bei der Endprodukthemmung übernimmt ein Endproduktmolekül die Rolle des Effektors, genauer, die Rolle eines Inhibitors (Hemmstoffs).
Befindet sich ein Inhibitor im allosterischen Zentrum, so ist das Enzym in der inaktiven Konformation fixiert. Erst wenn der Inhibitor das allosterische Zentrum wieder verlässt (was nicht lange dauert), kann das Enzym in die aktive Konformation "zurückklappen" und wieder ein Substrat umsetzen.
Je höher die Konzentration des Endproduktes ist, desto größer ist auch der Anteil der inaktiven Enzymmoleküle, und desto niedriger wird die Enzymaktivität.
Wenn aus irgendwelchen Gründen die Endproduktkonzentration wieder zu sinken anfängt (z.B. weil das Endprodukt von einer anderen Stoffwechselkette aufgebraucht wird), so erhöht sich wieder der Anteil der aktiven Enzymmoleküle, und es wird wieder Endprodukt hergestellt. Solange, bis wieder ein hoher Level erreicht ist.
Effektor = kleines Molekül, welches sich in das allosterische Zentrum setzen kann
Inhibitor = Effektor, welcher das Enzym in der inaktiven Konformation fixiert.
Aktivator = Effektor, welcher das Enzym in der aktiven Konformation fixiert.
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Regulation der Enzymaktivität
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Substratinduktion
