Wie beeinflusst die Temperatur die Geschwindigkeit des Proteinabbaus?

Für Computermodellierungszwecke suche ich nach einigen referenzierten quantitativen Messungen der Wirkung(en) der Temperatur auf biochemische Reaktionen.

Frage

Meine Frage ist insbesondere:

Wie beeinflusst die Temperatur die Geschwindigkeit des Proteinabbaus?

Reduzieren Sie den Umfang meiner Frage

Meine Frage könnte in dem Sinne zu weit gefasst sein, dass die Reaktion verschiedener Proteine ​​auf die Temperatur möglicherweise zu unterschiedlich ist, um eine allgemeine Tendenz abzuleiten. Wenn dem so ist, kann jemand, der bereit ist zu antworten, die Frage auf den Transkriptionsfaktor, den allgemeinen Transkriptionsfaktor (GTF) oder sogar auf TFIIA reduzieren .

Ich suche nicht..

Ich suche keine theoretische Erklärung dafür, wie die Temperatur diesen Prozess beeinflusst (ich habe ein grundlegendes Verständnis für die Bedeutung der Aktivierungsenergie, wie sie in einer Maxwell-Boltzman-Verteilung und der Michaelis-Menten-Gleichung angezeigt wird).

Ich suche nach..

Ich suche nach einer Funktion, die ich in meine Algorithmen einbauen kann, um den Einfluss verschiedener Temperaturen auf den Prozess zu berücksichtigen, den ich simulieren möchte. Ich möchte das durchschnittliche Gennetzwerk eines durchschnittlichen Standard-Eukaryonten simulieren. Für andere Zwecke wählte ich Parameterwerte, die von der Hefe stammen. Auch ein Index wie der Q 10 wäre sehr sinnvoll.

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Die Temperaturabhängigkeit von Geschwindigkeitsparametern kann durch die Arrhenius-Gleichung erhalten werden. k 1 ∗ k 1 = e ( − E a R [ 1 T ∗ − 1 T ] )
Die katalysierte Reaktion hängt auch von der strukturellen Stabilität des Katalysators ab (z. B. für Enzyme). Es ist auch wichtig zu wissen, ob eine Reaktion hauptsächlich enthalpie-/entropiegetrieben ist. Dies sind eher allgemeine Bemerkungen über die Abhängigkeit jeder Reaktion von der Temperatur.
Ja, ich habe mir eine Reihe von Gleichungen dieser Art angesehen ( Eyring und Van't Hoff ), aber es hat mir nicht wirklich geholfen, Werte für den Proteinzerfall abzuleiten.
Betrachten Sie den Proteinzerfall in Eukaryoten? Wenn ja, dann können Sie den Einfluss der Temperatur auf die Proteasomstruktur sehen. Nichtsdestotrotz wären die Abbauraten für verschiedene Proteine ​​unterschiedlich. Können Sie Ihr genaues Problem angeben, da dies ziemlich weit gefasst ist.
Danke für deine Kommentare @WYSIWYG. Ich brauche nur einen allgemeinen Effekt der Temperatur auf den Proteinzerfall. Die Proteine, die ich modelliere, sind Transkriptionsfaktoren. Ich interessiere mich nicht für ein einzelnes Protein, aber ich hätte gerne eine gewisse Wertschätzung, eine Größenordnung davon, wie global gesehen die Temperatur die Geschwindigkeit des Proteinabbaus beeinflusst. Ich brauche das für Simulationszwecke, deshalb bin ich nicht auf irgendein Protein beschränkt, sondern müsste den Einfluss der Temperatur auf das durchschnittliche Protein kennen. Bitte lassen Sie mich wissen, wenn meine Frage immer noch zu allgemein oder zu vage ist.
Ich möchte die Evolution der genetischen Architektur nach einem plötzlichen Temperaturwechsel oder in einer temperaturmäßig heterogenen Umgebung simulieren.
Es ist weit gefasst in dem Sinne, dass nicht alle Enzyme gleichermaßen temperaturempfindlich sind. Sie können davon ausgehen, dass sie optimal sind. Vielleicht können Sie den Aktivitätsverlust aufgrund erhöhter Temperatur (Proteindenaturierung) als Gamma/Chi-Quadrat oder Exponentialfunktion und den Effekt niedriger Temperatur unter Verwendung der chemischen thermodynamischen Gleichungen modellieren. Aber der Punkt ist, dass wir nicht wissen, ob sie ihr Optimum erreichen oder nicht, oder wie sich jeder von ihnen bei unterschiedlichen Temperaturen verhält.
Dieser Kommentar gilt für alle drei verwandten Fragen. Der Abbau ist möglicherweise der einfachste, da Sie sich nur um die Aktivität des Proteasoms kümmern müssen (der sehr grundlegende Abbauprozess ohne Berücksichtigung verschiedener Ubiquitin-Ligasen usw.). In Bakterien können Sie anstelle des Proteasoms eine X-Protease in Betracht ziehen und eine Sättigungskinetik für den Abbau annehmen.

Antworten (1)

Dies ist eine allgemeine Antwort auf alle drei Ihrer verwandten Fragen:

Da du gesagt hast:

Ich möchte die Evolution der genetischen Architektur nach einem plötzlichen Temperaturwechsel oder in einer temperaturmäßig heterogenen Umgebung simulieren

Sie sollten dieses Papier sehen . Sie haben die Abhängigkeit der Wachstumsrate von der Temperatur untersucht. Dies wurde für verschiedene Organismen (alle Poikilothermen) gemessen.

Siehe diese Abbildung:

                  Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Abbildung S1 von Dell et. al 2011. PNAS

Die unimodale thermische Reaktion der radialen Wachstumsrate von Sackpilzen (m/(Kolonie*s)). Grüne und braune Kurven sind OLS-Regressionen zum Boltzmann-Arrhenius-Modell (Gleichung 1) für die Teilmenge von Daten, die die Anstiegs- bzw. Abfallkomponenten sind. Diese Komponenten wurden durch den in den Materialien und Methoden beschriebenen Algorithmus extrahiert. Für diese spezielle Antwort wurde der Anstieg durch den Algorithmus durch Entfernen der Messungen bei den 4 höchsten Temperaturen und der Abfall durch Entfernen der Messungen bei den 5 niedrigsten Temperaturen erhalten. Die blaue Kurve passt am besten zum Modell von Johnson & Lewin (SI-Methoden) (1). Die gezeigten Werte sind geschätzte Aktivierungsenergien mit 95%-Konfidenzintervallen für die jeweiligen Antwortkomponenten. Gepunktete vertikale Pfeile sind geschätzte Temperaturen für T opt–die Temperatur, bei der der Merkmalswert optimal ist –berechnet aus der direkten Methode (rot) und dem Modell von Johnson & Lewin (blau). Siehe SI für weitere Details. Die Daten stammen von Fargues et al. (9)

Wie Sie sehen können, ist die Kurve schief. Die linke Seite der Kurve von Topt folgt dem Aktivierungsenergiemodell (Arrhenius/Boltzmann). Die rechte Seite, obwohl sie in der Abbildungslegende sagen, passt auch zum Modell, aber mir scheint, dass das Phänomen etwas anders ist. Die Steilheit der Kurve ist möglicherweise auf eine Denaturierung der aktiven Stelle des Enzyms und daher auf einen Aktivitätsverlust zurückzuführen. Für verschiedene Enzyme würde die Denaturierungskinetik variieren.

Ich bin zufällig auf den Autor dieses Artikels gestoßen und so habe ich von dieser Arbeit erfahren. Er schien zuzustimmen, dass die Steilheit der rechten Hälfte auf Enzymdenaturierung zurückzuführen sein könnte.

Schauen Sie sich auch diesen Artikel an, in dem es um die Temperaturabhängigkeit der Aktivität des Proteasoms eines Thermophilen geht (gleiche Prinzipien gelten für Mesophile).

Abbildung 2 des Artikels:

            Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Normalisierte Cbz-Ala-Ala-Leu-pNA-Hydrolyseaktivität von (ausgefüllte Quadrate) gereinigtem nativem und (ausgefüllte Kreise) bei 70°C hitzegereinigtem rekombinantem (α + β) Mj-Proteasom. Um die rekombinante Aktivität auf die native Aktivität zu normalisieren, wurde ein Multiplikator von 1,92 verwendet. Fehlerbalken für die native Probe repräsentieren eine Standardabweichung für Dreifach-Assays. Gemessene Temperaturfehler waren ±2°C.

Fazit (aus meinen Kommentaren)

Sie können davon ausgehen, dass die Enzyme optimal sind. Sie können den Aktivitätsverlust aufgrund erhöhter Temperatur (Proteindenaturierung) als Gamma/Chi-Quadrat oder Exponentialfunktion (oder die angepasste Funktion auf die Denaturierungskinetik) und den Effekt niedriger Temperatur unter Verwendung der chemischen thermodynamischen Gleichungen modellieren. Aber der Punkt ist, dass wir nicht wissen, ob sie ihr Optimum erreichen oder nicht, oder wie sich jeder von ihnen bei unterschiedlichen Temperaturen verhält.

Nett! Ich schätze Ihre Antwort sehr und wie sehr Sie sie so gestaltet haben, dass sie auf meine spezifischen Bedürfnisse zutrifft. Vielen Dank!
Ja, der Verlust auf der rechten Seite ist auf zu hohe Temperaturen zurückzuführen. Tatsächlich denaturieren die Proteine ​​auch durch zu niedrige Temperaturen oder zu hohe Drücke.
Wie beeinflusst die Temperatur die Geschwindigkeit des Proteinabbaus?
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