Allosterie alebo alosterické regulácia je definovaná ako proces inhibícia alebo aktivácia enzýmu sprostredkované regulačné molekuly sa líši od jeho substrátu, a ktorý pôsobí na špecifickom mieste jeho štruktúry, odlišné od aktívneho miesta uvedeného.
Termín „alosterický“ alebo „alosterizmus“ pochádza z gréckych koreňov „allos“, čo znamená „iné“ a „stereós“, čo znamená „forma“ alebo „miesto“; takže sa doslova prekladá ako „iný priestor“, „iné miesto“ alebo „iná štruktúra“.
Grafický diagram alosterickej regulácie. (A) Aktívne miesto. (B) Alosterické miesto. (C) Substrát. (D) Inhibitor. (E) Enzým. (Zdroj: Isaac Webb cez Wikimedia Commons)
Niektorí autori opisujú alosterizmus ako proces, pri ktorom sú vzdialené miesta v systéme (napríklad štruktúra enzýmu) energeticky spojené, aby vytvorili funkčnú odpoveď, a preto sa dá predpokladať, že zmena v oblasti môže ovplyvniť akékoľvek iné v ňom.
Tento typ regulácie je typický pre enzýmy, ktoré sa zúčastňujú okrem iného na mnohých známych biologických procesoch, ako sú napríklad transdukcia signálu, metabolizmus (anabolizmus a katabolizmus), regulácia génovej expresie.
Prvé predstavy o alosterizme a jeho účasti na kontrole bunkového metabolizmu v 60. rokoch minulého storočia navrhli F. Monod, F. Jacob a J. Changeux, zatiaľ čo študovali biosyntetické dráhy rôznych aminokyselín, ktoré boli po akumulácia konečných výrobkov.
Aj keď sa prvá publikácia v tomto ohľade týkala genetickej regulácie, o chvíľu neskôr Monod, Wyman a Changeux rozšírili koncept alosterizmu na proteíny s enzymatickou aktivitou a navrhli model založený na multimérnych proteínoch, ktorý je založený hlavne na interakciách medzi podjednotkami. keď boli niektoré z nich pripojené k efektoru.
Mnohé z neskorších konceptov mali svoje základy v teórii „indukovaného fit“, ktorú predstavil Koshland pred niekoľkými rokmi.
Všeobecné vlastnosti
Všeobecne majú všetky enzýmy dve rôzne miesta pre väzbu ligandov: jedno je známe ako aktívne miesto, na ktoré sa viažu molekuly, ktoré fungujú ako substrát (zodpovedné za biologickú aktivitu enzýmu), a druhé je známe ako alosterické miesto, ktoré je špecifické pre iné metabolity.
Tieto "ďalšie metabolity" sa nazývajú alosterické efektory a môžu mať pozitívne alebo negatívne účinky na rýchlosť enzýmom katalyzovaných reakcií alebo afinitu, s ktorou sa viažu na svoje substráty v aktívnom mieste.
Väzba efektora v alosterickom mieste enzýmu zvyčajne spôsobuje účinok v inom mieste štruktúry, modifikuje jeho aktivitu alebo jeho funkčný výkon.
Grafická schéma reakcie alosterického enzýmu (Zdroj: Súbor: Enzyme allostery.p.p: Súbor: Enzyme allostery.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (talk). Lenov at en.wikipediaderivative: TimVickers (talk) derivate práca: Retama (talk) odvodené dielo: KES47.
Aj keď existujú tisíce príkladov alosterizmu alebo alosterickej regulácie v prírode, niektoré z nich boli výraznejšie ako iné. To je prípad hemoglobínu, ktorý bol jedným z prvých proteínov podrobne opísaných v štrukturálnom aspekte.
Hemoglobín je veľmi dôležitým proteínom pre mnoho zvierat, pretože je zodpovedný za transport kyslíka krvou z pľúc do tkanív. Tento proteín predstavuje homotropnú a heterotropnú alosterickú reguláciu súčasne.
Homotropný alosterizmus hemoglobínu súvisí so skutočnosťou, že väzba molekuly kyslíka na jednu z podjednotiek, ktoré ju tvoria, priamo ovplyvňuje afinitu, s ktorou sa susedná podjednotka viaže na inú molekulu kyslíka, čím ju zvyšuje (pozitívna regulácia alebo kooperativizmus). ).
Heterotropná alosterizmus
Heterotropný allosterizmus, na druhej strane, súvisí s účinkami, ktoré majú tak jeho pH, ako aj prítomnosť 2,3-difosfoglycerátu na väzbu kyslíka na podjednotky tohto enzýmu, čo ho inhibuje.
Aspartátová transkarbamyláza alebo ATCáza, ktorá sa podieľa na syntéze pyrimidínovej syntézy, je tiež jedným z „klasických“ príkladov alosterickej regulácie. Tento enzým, ktorý má 12 podjednotiek, z ktorých 6 je katalyticky aktívnych a 6 je regulačných, je heterotropne inhibovaný konečným produktom dráhy, ktorú vedie, cytidíntrifosfátom (CTP).
Laktózový operón
Ovocie prvých nápadov Monod, Jacob a Changeux boli článkom publikovaným Jacobom a Monodom, ktorý sa týkal laktózového operónu Escherichia coli i, ktorý je jedným z typických príkladov heterotropnej alosterickej regulácie na genetickej úrovni.
Alosterická regulácia tohto systému nesúvisí so schopnosťou substrátu premieňať sa na produkt, ale s väzobnou afinitou proteínu k oblasti DNA operátora.
Referencie
- Changeux, JP a Edelstein, SJ (2005). Allosterické mechanizmy prenosu signálu. Science, 308 (5727), 1424-1428.
- Goldbeter, A., & Dupont, G. (1990). Allosterická regulácia, kooperativita a biochemické kmity. Biofyzikálna chémia, 37 (1-3), 341-353.
- Jiao, W. a Parker, EJ (2012). Použitie kombinácie výpočtových a experimentálnych techník na pochopenie molekulárnej základne pre bielkoviny s bielkovinami. In Pokroky v chémii proteínov a štruktúrnej biológii (zväzok 87, str. 391 až 413). Academic Press.
- Kern, D., & Zuiderweg, ER (2003). Úloha dynamiky v alosterickej regulácii. Aktuálny názor na štrukturálnu biológiu, 13 (6), 748-757.
- Laskowski, RA, Gerick, F. a Thornton, JM (2009). Štrukturálny základ alosterickej regulácie v proteínoch. Listy FEBS, 583 (11), 1692-1698.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biochemistry, ed. San Francisco, Kalifornia.