В allosterism регулиране или алостеричен се определя като процес на инхибиране или активиране на ензима, медиирано от регулаторна молекула различен от неговия субстрат, и която действа в специфично място на нейната структура, различна от активното място от него.
Терминът "алостерик" или "алостеризъм" идва от гръцките корени "allos", което означава "друг" и "stereós", което означава "форма" или "място"; така че буквално се превежда като "друго пространство", "друго място" или "друга структура".
Графична схема на алостерична регулация. (A) Активен сайт. (B) Алостеричен сайт. (C) Субстрат. (D) Инхибитор. (Е) Ензим. (Източник: Isaac Webb Via Wikimedia Commons)
Някои автори описват алостеризма като процес, чрез който отдалечените места в системата (структурата на ензим, например) са енергийно свързани, за да се получи функционален отговор, поради което може да се предположи, че промяната в даден регион може да засегне всеки друг в него.
Този тип регулация е типичен за ензимите, които участват в множество известни биологични процеси, като пренос на сигнали, метаболизъм (анаболизъм и катаболизъм), регулиране на генната експресия, наред с други.
Първите идеи за алостеризма и неговото участие в контрола на клетъчния метаболизъм са постулирани през 60-те години от Ф. Монод, Ф. Джейкъб и Дж. Промео, докато те изучават биосинтетичните пътища на различни аминокиселини, които са инхибирани след натрупване на крайни продукти.
Въпреки че първата публикация в това отношение е свързана с генетичната регулация, скоро след това Monod, Wyman и Changeux разширяват концепцията за алостеризма до протеини с ензимна активност и предлагат модел, базиран на мултимерни протеини, основан главно на взаимодействията между субединици. когато някое от тях е прикрепено към ефектор.
Много от по-късните концепции имаха своите основи в теорията за „индуцираното прилягане“, въведена от Кошланд няколко години по-рано.
Общи характеристики
По принцип всички ензими имат две различни места за свързване на лиганда: единият е известен като активния сайт, към който се свързват молекулите, които функционират като субстрат (отговорен за биологичната активност на ензима), а другият е известен като алостеричен сайт, който е специфичен за други метаболити.
Тези "други метаболити" се наричат алостерични ефектори и могат да имат положителни или отрицателни ефекти върху скоростта на ензимно-катализираните реакции или афинитета, с който се свързват с субстратите си на активното място.
Обикновено свързването на ефектор в алостеричния сайт на ензим предизвиква ефект в друг сайт на структурата, променяйки неговата активност или функционалната му ефективност.
Графична схема на реакцията на алостеричен ензим (Източник: Файл: Ензимна алостерия en.png: Файл: Ензимна аллостерия.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (беседа). работа: Ретама (беседа) производна работа: KES47.
Въпреки че има хиляди примери за алостеризъм или алостерична регулация в природата, някои са били по-изявени от други. Такъв е случаят с хемоглобина, който беше един от първите белтъци, описани в дълбочина в структурния аспект.
Хемоглобинът е много важен протеин за много животни, тъй като е отговорен за транспортирането на кислород през кръвта от белите дробове до тъканите. Този протеин представя хомотропна и хетеротропна алостерична регулация едновременно.
Хомотропният алостеризъм на хемоглобина има връзка с факта, че свързването на кислородна молекула към една от субединиците, които я съставят, пряко влияе на афинитета, с който съседната субединица се свързва с друга кислородна молекула, увеличавайки я (положителна регулация или кооперативизъм).
Хетеротропен алостеризъм
От друга страна, хетеротропният алостеризъм е свързан с ефектите, които pH и наличието на 2,3-дифосфоглицерат имат върху свързването на кислорода към субединиците на този ензим, инхибирайки го.
Аспартат транскарбамилазата или АТКазата, която участва в пътя на синтеза на пиримидин, също е един от "класическите" примери за алостерична регулация. Този ензим, който има 12 субединици, от които 6 са каталитично активни и 6 са регулаторни, е хетеротропно инхибиран от крайния продукт на пътя, който води, цитидин трифосфат (CTP).
Лактоза оперон
Плод на първите идеи на Monod, Jacob and Changeux беше статия, публикувана от Jacob and Monod, свързана с лактозната оперона на Escherichia coli i, която е един от типичните примери за хетеротропна алостерична регулация на генетично ниво.
Алостеричната регулация на тази система не е свързана със способността на субстрата да се преобразува в продукт, а с афинитета на свързване на протеин към операторната ДНК област.
Препратки
- Changeux, JP и Edelstein, SJ (2005). Алостерични механизми на преобразуване на сигнала. Science, 308 (5727), 1424-1428.
- Goldbeter, A., & Dupont, G. (1990). Алостерична регулация, кооперативност и биохимични трептения. Биофизична химия, 37 (1-3), 341-353.
- Jiao, W., & Parker, EJ (2012). Използване на комбинация от изчислителни и експериментални техники за разбиране на молекулната основа за протеиновата алостерия. Напредък в протеиновата химия и структурната биология (том 87, стр. 391-413). Академична преса.
- Kern, D., и Zuiderweg, ER (2003). Ролята на динамиката в алостеричната регулация. Настоящо мнение в структурната биология, 13 (6), 748-757.
- Laskowski, RA, Gerick, F., & Thornton, JM (2009). Структурната основа на алостеричната регулация в протеините. FEBS писма, 583 (11), 1692-1698.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Биохимия, изд. Сан Франциско, Калифорния.