Allosterism или аллостерическая регулирование определяется как процесс ингибирования или активации фермента , опосредованных регуляторной различных молекул от его субстрата и который действует на определенном участке его структуры, отличной от активного участка их.
Термин «аллостерический» или «аллостеризм» происходит от греческих корней «allos», что означает «другой», и «stereós», что означает «форма» или «место»; поэтому буквально переводится как «другое пространство», «другое место» или «другая структура».
Графическая схема аллостерической регуляции. (A) Активный сайт. (B) Аллостерический сайт. (C) Подложка. (D) Ингибитор. (E) Фермент. (Источник: Исаак Уэбб через Wikimedia Commons)
Некоторые авторы описывают аллостеризм как процесс, с помощью которого удаленные участки в системе (например, структура фермента) энергетически связаны для получения функционального ответа, поэтому можно предположить, что изменение в области может повлиять на любой другой в нем.
Этот тип регуляции типичен для ферментов, которые участвуют во многих известных биологических процессах, таких как передача сигналов, метаболизм (анаболизм и катаболизм), регуляция экспрессии генов и другие.
Первые идеи об аллостеризме и его участии в контроле клеточного метаболизма были постулированы в 1960-х годах Ф. Моно, Ф. Якобом и Дж. Шанжексом, когда они изучали пути биосинтеза различных аминокислот, которые подавлялись после накопление готовой продукции.
Хотя первая публикация в этом отношении была связана с генетической регуляцией, вскоре Monod, Wyman и Changeux расширили концепцию аллостеризма на белки с ферментативной активностью и предложили модель, основанную на мультимерных белках, основанную в основном на взаимодействиях между субъединицами. когда любой из них был прикреплен к эффектору.
Многие из более поздних концепций основывались на теории «индуцированной подгонки», введенной Кошландом несколькими годами ранее.
Общие особенности
В общем, у всех ферментов есть два разных сайта для связывания лиганда: один известен как активный сайт, с которым связываются молекулы, которые функционируют как субстрат (ответственный за биологическую активность фермента), а другой - известен как аллостерический сайт, который специфичен для других метаболитов.
Эти «другие метаболиты» называются аллостерическими эффекторами и могут оказывать положительное или отрицательное влияние на скорость реакций, катализируемых ферментами, или на сродство, с которым они связываются со своими субстратами в активном центре.
Обычно связывание эффектора в аллостерическом сайте фермента вызывает эффект в другом сайте структуры, изменяя его активность или функциональные характеристики.
Графическая схема реакции аллостерического фермента (Источник: Файл: Enzyme allostery en.png: Файл: Enzyme allostery.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (доклад). Ленов на en.wikipediaпроизводная работа: TimVickers (talk) производное работа: Ретама (обсуждение) производное произведение: КЕС47.
Хотя в природе существуют тысячи примеров аллостеризма или аллостерической регуляции, некоторые из них были более заметными, чем другие. Так обстоит дело с гемоглобином, который был одним из первых белков, подробно описанных в структурном аспекте.
Гемоглобин - очень важный белок для многих животных, поскольку он отвечает за перенос кислорода через кровь от легких к тканям. Этот белок представляет собой гомотропную и гетеротропную аллостерическую регуляцию одновременно.
Гомотропный аллостеризм гемоглобина связан с тем фактом, что связывание молекулы кислорода с одной из составляющих ее субъединиц напрямую влияет на сродство, с которым соседняя субъединица связывается с другой молекулой кислорода, увеличивая ее (положительная регуляция или кооперативизм. ).
Гетеротропный аллостеризм
Гетеротропный аллостеризм, с другой стороны, связан с эффектами, которые как pH, так и присутствие 2,3-дифосфоглицерата оказывают на связывание кислорода с субъединицами этого фермента, подавляя его.
Аспартат-транскарбамилаза или ATCase, которая участвует в пути синтеза пиримидина, также является одним из «классических» примеров аллостерической регуляции. Этот фермент, состоящий из 12 субъединиц, из которых 6 являются каталитически активными и 6 регулирующими, гетеротропно ингибируется конечным продуктом пути, который он ведет, цитидинтрифосфатом (CTP).
Оперон лактозы
Плодом первых идей Моно, Якоба и Ченнё была опубликованная Джейкобом и Моно статья, посвященная оперону лактозы Escherichia coli i, который является одним из типичных примеров гетеротропной аллостерической регуляции на генетическом уровне.
Аллостерическая регуляция этой системы связана не со способностью субстрата превращаться в продукт, а со сродством связывания белка с областью операторной ДНК.
Ссылки
- Changeux, JP, и Эдельштейн, SJ (2005). Аллостерические механизмы передачи сигнала. Наука, 308 (5727), 1424-1428.
- Goldbeter, A., & Dupont, G. (1990). Аллостерическая регуляция, кооперативность и биохимические колебания. Биофизическая химия, 37 (1-3), 341-353.
- Цзяо, В. и Паркер, Э.Дж. (2012). Использование комбинации вычислительных и экспериментальных методов для понимания молекулярных основ аллостерии белков. В «Достижения в химии белков и структурной биологии» (том 87, стр. 391-413). Академическая пресса.
- Керн, Д., Зудервег, Е. Р. (2003). Роль динамики в аллостерической регуляции. Текущее мнение в структурной биологии, 13 (6), 748-757.
- Ласковски, Р.А., Герик, Ф., и Торнтон, Дж. М. (2009). Структурная основа аллостерической регуляции белков. Письма FEBS, 583 (11), 1692-1698.
- Мэтьюз, К. К., Ван Холд, К. Э. и Ахерн, К. Г. (2000). Биохимия, изд. Сан-Франциско, Калифорния.