Allosterism wykonawczych allosterycznym jest zdefiniowany jako proces hamowania lub aktywacji enzymu, w których pośredniczy regulacyjnego RÓŻNYCH cząsteczki od podłoża, który działa przy określonym miejscu jego struktury innej niż jego aktywnego.
Termin „allosteryczny” lub „allosteryzm” pochodzi od greckiego rdzenia „allos”, co oznacza „inny” i „stereós”, co oznacza „formę” lub „miejsce”; więc jest dosłownie tłumaczone jako „inna przestrzeń”, „inne miejsce” lub „inna struktura”.
Graficzny diagram regulacji allosterycznej. (A) Miejsce aktywne. (B) Miejsce allosteryczne. (C) Podłoże. (D) Inhibitor. (E) Enzym. (Źródło: Isaac Webb Via Wikimedia Commons)
Niektórzy autorzy opisują allosteryzm jako proces, w którym odległe miejsca w systemie (na przykład struktura enzymu) są energetycznie sprzężone w celu wytworzenia odpowiedzi funkcjonalnej, dlatego można założyć, że zmiana w regionie może wpływać na każdy inny w nim.
Ten rodzaj regulacji jest typowy dla enzymów biorących udział w wielu znanych procesach biologicznych, takich jak między innymi przekazywanie sygnałów, metabolizm (anabolizm i katabolizm), regulacja ekspresji genów.
Pierwsze pomysły na allosteryzm i jego udział w kontroli metabolizmu komórkowego postulowali w latach 60. XX wieku F.Monod, F.Jacob i J. Changeux, badając szlaki biosyntezy różnych aminokwasów, które zostały zahamowane po akumulacja produktów końcowych.
Chociaż pierwsza publikacja w tym zakresie dotyczyła regulacji genetycznej, to w niedługim czasie Monod, Wyman i Changeux rozszerzyli koncepcję allosteryzmu na białka o aktywności enzymatycznej i zaproponowali model oparty na białkach multimerycznych, oparty głównie na interakcjach między podjednostkami. kiedy którykolwiek z nich był przymocowany do efektora.
Wiele późniejszych koncepcji miało swoje podstawy w teorii „dopasowania indukowanego”, wprowadzonej przez Koshlanda kilka lat wcześniej.
Główne cechy
Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie enzymy mają dwa różne miejsca wiązania ligandów: jedno jest znane jako miejsce aktywne, z którym wiążą się cząsteczki działające jako substrat (odpowiedzialne za aktywność biologiczną enzymu), a drugie jest znane jako miejsce allosteryczne, które jest specyficzne dla innych metabolitów.
Te „inne metabolity” nazywane są efektorami allosterycznymi i mogą mieć pozytywny lub negatywny wpływ na szybkość reakcji katalizowanych enzymatycznie lub na powinowactwo, z jakim wiążą się ze swoimi substratami w miejscu aktywnym.
Zwykle wiązanie efektora z allosterycznym miejscem enzymu powoduje efekt w innym miejscu struktury, modyfikując jego aktywność lub funkcjonalne działanie.
Schemat graficzny reakcji enzymu allosterycznego (źródło: File: Enzyme allostery en.png: File: Enzyme allostery.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (dyskusja). Lenov at en.wikipediadopracowanie pochodne: TimVickers (dyskusja) pochodna praca: Retama (dyskusja) praca pochodna: KES47.
Chociaż istnieją tysiące przykładów allosteryzmu lub allosterycznej regulacji w naturze, niektóre były bardziej widoczne niż inne. Tak jest w przypadku hemoglobiny, która była jednym z pierwszych białek szczegółowo opisanych w aspekcie strukturalnym.
Hemoglobina jest bardzo ważnym białkiem dla wielu zwierząt, ponieważ odpowiada za transport tlenu przez krew z płuc do tkanek. Białko to wykazuje jednocześnie homotropową i heterotropową regulację allosteryczną.
Homotropowy allosteryzm hemoglobiny wiąże się z faktem, że wiązanie się cząsteczki tlenu z jedną z podjednostek, które ją tworzą, wpływa bezpośrednio na powinowactwo, z jakim sąsiednia podjednostka wiąże się z inną cząsteczką tlenu, zwiększając ją (regulacja dodatnia lub kooperatywizm ).
Allosteryzm heterotropowy
Z drugiej strony allosteryzm heterotropowy jest związany z wpływem, jaki zarówno pH, jak i obecność 2,3-difosfoglicerynianu mają na wiązanie tlenu z podjednostkami tego enzymu, hamując go.
Transkarbamylaza asparaginianowa lub ATCaza, która uczestniczy w szlaku syntezy pirymidyny, jest również jednym z „klasycznych” przykładów regulacji allosterycznej. Enzym ten, który ma 12 podjednostek, z których 6 jest aktywnych katalitycznie, a 6 reguluje, jest heterotropowo hamowany przez produkt końcowy szlaku, którym prowadzi, trifosforan cytydyny (CTP).
Operon laktozowy
Owocem pierwszych pomysłów Monoda, Jacoba i Changeuxa był opublikowany przez Jacoba i Monoda artykuł dotyczący laktozowego operonu Escherichia coli i, który jest jednym z typowych przykładów heterotropowej allosterycznej regulacji na poziomie genetycznym.
Allosteryczna regulacja tego układu nie jest związana ze zdolnością substratu do przekształcenia się w produkt, ale z powinowactwem wiązania białka do regionu DNA operatora.
Bibliografia
- Changeux, JP i Edelstein, SJ (2005). Allosteryczne mechanizmy przewodzenia sygnału. Science, 308 (5727), 1424-1428.
- Goldbeter, A. i Dupont, G. (1990). Regulacja allosteryczna, kooperatywność i oscylacje biochemiczne. Biophysical chemistry, 37 (1-3), 341-353.
- Jiao, W. i Parker, EJ (2012). Wykorzystanie kombinacji technik obliczeniowych i eksperymentalnych do zrozumienia molekularnych podstaw allostery białek. W postępach w chemii białek i biologii strukturalnej (tom 87, str. 391-413). Academic Press.
- Kern, D. i Zuiderweg, ER (2003). Rola dynamiki w regulacji allosterycznej. Aktualna opinia w biologii strukturalnej, 13 (6), 748-757.
- Laskowski, RA, Gerick, F. i Thornton, JM (2009). Strukturalne podstawy regulacji allosterycznej w białkach. Listy FEBS, 583 (11), 1692-1698.
- Mathews, CK, Van Holde, KE i Ahern, KG (2000). Biochemistry, wyd. San Francisco w Kalifornii.