Allosterie nebo alosterické regulace je definována jako proces inhibice nebo aktivace enzymu zprostředkované regulační molekuly se liší od jeho substrátu, a který působí na specifickém místě jeho struktury, odlišné od aktivního místa uvedeného.
Termín „alosterický“ nebo „alosterismus“ pochází z řeckých kořenů „allos“, což znamená „jiné“ a „stereós“, což znamená „forma“ nebo „místo“; takže je doslova přeložen jako „jiný prostor“, „jiné místo“ nebo „jiná struktura“.
Grafický diagram alosterické regulace. (A) Aktivní stránka. (B) Alosterické místo. (C) Substrát. (D) Inhibitor. (E) Enzym. (Zdroj: Isaac Webb přes Wikimedia Commons)
Někteří autoři popisují alosterismus jako proces, kterým jsou vzdálená místa v systému (například struktura enzymu) energeticky spjata, aby vytvořila funkční odpověď, a proto lze předpokládat, že změna v oblasti může ovlivnit cokoli jiného v tom.
Tento typ regulace je typický pro enzymy, které se podílejí na mnoha známých biologických procesech, jako je například transdukce signálu, metabolismus (anabolismus a katabolismus), regulace genové exprese.
První myšlenky o alosterismu a jeho účasti na kontrole buněčného metabolismu byly postulovány v 60. letech F. Monodem, F. Jacobem a J. Changeuxem, zatímco studovali biosyntetické dráhy různých aminokyselin, které byly po akumulace konečných produktů.
Ačkoli první publikace v tomto ohledu se týkala genetické regulace, krátce nato Monod, Wyman a Changeux rozšířili koncept allosterismu na proteiny s enzymatickou aktivitou a navrhli model založený na multimerních proteinech, založený hlavně na interakcích mezi podjednotkami. když byly některé z nich připojeny k efektoru.
Mnoho pozdějších konceptů mělo své základy v teorii „indukovaného fit“, kterou Koshland představil před několika lety.
Obecné rysy
Obecně mají všechny enzymy dvě různá místa pro vazbu ligandu: jedno je známé jako aktivní místo, na které se molekuly, které fungují jako substrát (odpovědné za biologickou aktivitu enzymu), váží, a druhé je známé jako alosterické místo, které je specifické pro jiné metabolity.
Tyto "jiné metabolity" se nazývají alosterické efektory a mohou mít pozitivní nebo negativní účinky na rychlost enzymaticky katalyzovaných reakcí nebo afinitu, se kterou se vážou na své substráty v aktivním místě.
Vazba efektoru na alosterické místo enzymu obvykle způsobuje účinek v jiném místě struktury, modifikuje jeho aktivitu nebo jeho funkční výkon.
Grafické schéma reakce alosterického enzymu (Zdroj: Soubor: Enzyme allostery.p.p: Soubor: Enzyme allostery.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (talk). Lenov na en.wikipediaderivative work: TimVickers (talk) derivate práce: Retama (diskuse) odvozená práce: KES47.
Ačkoli v přírodě existují tisíce příkladů alosterismu nebo alosterické regulace, některé byly výraznější než jiné. Tak tomu je v případě hemoglobinu, který byl jedním z prvních proteinů podrobně popsaných ve strukturálním aspektu.
Hemoglobin je pro mnoho zvířat velmi důležitým proteinem, protože je zodpovědný za přenos kyslíku krví z plic do tkání. Tento protein představuje homotropní a heterotropní alosterickou regulaci současně.
Homotropní alosterismus hemoglobinu souvisí s faktem, že vazba molekuly kyslíku na jednu z podjednotek, které ji tvoří, přímo ovlivňuje afinitu, s níž se sousední podjednotka váže na jinou molekulu kyslíku, a zvyšuje ji (pozitivní regulace nebo kooperativní).).
Heterotropní alosterismus
Heterotropní allosterismus, na druhé straně, souvisí s účinky, které mají jak pH, tak přítomnost 2,3-difosfoglycerátu na vazbu kyslíku na podjednotky tohoto enzymu, což jej inhibuje.
Aspartátová transkarbamyláza nebo ATCáza, která se účastní syntézy pyrimidinu, je také jedním z „klasických“ příkladů alosterické regulace. Tento enzym, který má 12 podjednotek, z nichž 6 je katalyticky aktivních a 6 je regulačních, je heterotropně inhibován konečným produktem dráhy, kterou vede, cytidintrifosfátem (CTP).
Laktózový operon
Ovoce prvních myšlenek Monod, Jacob a Changeux byl článek publikovaný Jacobem a Monodem týkající se laktózového operonu Escherichia coli i, který je jedním z typických příkladů heterotropní alosterické regulace na genetické úrovni.
Alosterická regulace tohoto systému nesouvisí se schopností substrátu přeměnit se na produkt, ale s vazebnou afinitou proteinu k oblasti DNA operátora.
Reference
- Changeux, JP a Edelstein, SJ (2005). Allosterické mechanismy přenosu signálu. Science, 308 (5727), 1424-1428.
- Goldbeter, A., & Dupont, G. (1990). Allosterická regulace, kooperace a biochemické oscilace. Biofyzikální chemie, 37 (1-3), 341-353.
- Jiao, W. a Parker, EJ (2012). Použití kombinace výpočetních a experimentálních technik k pochopení molekulárního základu proteinové allostery. In Pokroky v chemii proteinů a strukturní biologii (svazek 87, str. 391-413). Academic Press.
- Kern, D., & Zuiderweg, ER (2003). Role dynamiky v alosterické regulaci. Aktuální názor na strukturální biologii, 13 (6), 748-757.
- Laskowski, RA, Gerick, F. a Thornton, JM (2009). Strukturální základy alosterické regulace v proteinech. Dopisy FEBS, 583 (11), 1692-1698.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biochemistry, ed. San Francisco, Kalifornie.