Den allosterism eller allosterisk regulering er definert som den prosess av inhibering eller aktivering av enzym-mediert av en regulatorisk molekyl forskjellig fra underlaget og som virker på et bestemt område av sin struktur, forskjellig fra det aktive sete av denne.
Begrepet "allosterisk" eller "allosterisme" kommer fra de greske røttene "allos", som betyr "annet" og "stereós", som betyr "form" eller "sted"; så det er bokstavelig talt oversatt som "et annet rom", "et annet sted" eller "et annet sted".
Grafisk diagram av en allosterisk regulering. (A) Aktivt nettsted. (B) Allosterisk nettsted. (C) Underlag. (D) Inhibitor. (E) enzym. (Kilde: Isaac Webb via Wikimedia Commons)
Noen forfattere beskriver allosterisme som en prosess der eksterne steder i et system (strukturen til et enzym, for eksempel) kobles energisk for å produsere en funksjonell respons, og det er derfor det kan antas at en endring i et område kan påvirke noe annet i det.
Denne typen regulering er typisk for enzymer som deltar i flere kjente biologiske prosesser, for eksempel signaloverføring, metabolisme (anabolisme og katabolisme), regulering av genuttrykk, blant andre.
De første ideene om allosterisme og dens deltakelse i kontrollen av cellulær metabolisme ble postulert på 1960-tallet av F. Monod, F. Jacob og J. Changeux, mens de studerte de biosyntetiske traséene til forskjellige aminosyrer, som ble hemmet etter akkumulering av sluttprodukter.
Selv om den første publikasjonen i denne forbindelse hadde å gjøre med genetisk regulering, utvidet Monod, Wyman og Changeux kort tid etter allosterismen til proteiner med enzymatisk aktivitet og foreslo en modell basert på multimere proteiner, hovedsakelig basert på interaksjonen mellom underenheter. når noen av disse ble med i en effektor.
Mange av de senere begrepene hadde grunnlaget i teorien om "indusert passform" som ble introdusert av Koshland noen år tidligere.
Generelle funksjoner
Generelt har alle enzymer to forskjellige steder for ligandbinding: det ene er kjent som det aktive setet, som molekylene som fungerer som et substrat (ansvarlig for enzymens biologiske aktivitet) binder seg, og det andre er kjent som det allosteriske stedet, som er spesifikt for andre metabolitter.
Disse "andre metabolittene" kalles allosteriske effektorer og kan ha positive eller negative effekter på hastigheten av enzymkatalyserte reaksjoner eller affiniteten som de binder til sine underlag på det aktive stedet.
Vanligvis forårsaker binding av en effektor i det allosteriske stedet for et enzym en effekt på et annet sted i strukturen, og modifiserer dens aktivitet eller dens funksjonelle ytelse.
Grafisk skjema for reaksjonen av et allosterisk enzym (Kilde: File: Enzyme allostery en.png: File: Enzyme allostery.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (tale). Lenov på en.wikipediaderivativt arbeid: TimVickers (snakk) derivat) arbeid: Retama (snakk) derivatarbeid: KES47.
Selv om det er tusenvis av eksempler på allosterisme eller allosterisk regulering i naturen, har noen vært mer fremtredende enn andre. Slik er tilfellet med hemoglobin, som var et av de første proteinene beskrevet i dybden i det strukturelle aspektet.
Hemoglobin er et veldig viktig protein for mange dyr, da det er ansvarlig for transport av oksygen gjennom blodet fra lungene til vevene. Dette proteinet presenterer homotropisk og heterotropisk allosterisk regulering på samme tid.
Den homotropiske allosterismen av hemoglobin har å gjøre med det faktum at bindingen av et oksygenmolekyl til en av underenhetene som utgjør det direkte påvirker affiniteten som den tilstøtende underenheten binder seg til et annet oksygenmolekyl, og øker det (positiv regulering eller kooperativisme) ).
Heterotropisk allosterisme
Heterotropisk allosterisme er derimot relatert til effektene som både pH og tilstedeværelsen av 2,3-difosfoglycerat har på bindingen av oksygen til underenhetene til dette enzymet, noe som hemmer det.
Aspartat-transkarbamylase eller ATCase, som deltar i pyrimidinsynteseveien, er også et av de "klassiske" eksemplene på allosterisk regulering. Dette enzymet, som har 12 underenheter, hvorav 6 er katalytisk aktive og 6 er regulerende, blir hemotropisk hemmet av sluttproduktet av traseen det fører, cytidin trifosfat (CTP).
Laktoseoperon
Frukten av de første ideene til Monod, Jacob og Changeux var en artikkel publisert av Jacob og Monod relatert til laktoseoperaen til Escherichia coli i, som er et av de typiske eksemplene på heterotropisk allosterisk regulering på genetisk nivå.
Den allosteriske reguleringen av dette systemet er ikke relatert til evnen til et substrat til å konvertere til et produkt, men til bindingsaffiniteten til et protein til operatørens DNA-region.
referanser
- Changeux, JP, & Edelstein, SJ (2005). Allosteriske mekanismer for signaloverføring. Science, 308 (5727), 1424-1428.
- Goldbeter, A., & Dupont, G. (1990). Allosterisk regulering, kooperativitet og biokjemiske svingninger. Biofysisk kjemi, 37 (1-3), 341-353.
- Jiao, W., & Parker, EJ (2012). Å bruke en kombinasjon av beregnings- og eksperimentelle teknikker for å forstå det molekylære grunnlaget for proteinallosteri. I Fremskritt innen proteinkjemi og strukturell biologi (Vol. 87, s. 391-413). Academic Press.
- Kern, D., & Zuiderweg, ER (2003). Dynamikkens rolle i allosterisk regulering. Nåværende mening i strukturell biologi, 13 (6), 748-757.
- Laskowski, RA, Gerick, F., & Thornton, JM (2009). Det strukturelle grunnlaget for allosterisk regulering i proteiner. FEBS-brev, 583 (11), 1692-1698.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biokjemi, red. San Francisco, Calif.