Az alloszterizmust vagy alloszterikus szabályozást úgy definiáljuk, mint egy enzim gátlásának vagy aktiválásának folyamatát, amelyet egy szubsztrátjától eltérő szabályozó molekula közvetít, és amely szerkezetének egy meghatározott helyén, az aktív helyétől eltérően hat.
Az "allosztatikus" vagy az "alloszterizmus" kifejezés az "allos" görög gyökéréből származik, ami "egyéb" és "stereós" jelentést jelent, ami "formát" vagy "helyet" jelent; tehát szó szerint "másik hely", "másik hely" vagy "másik szerkezet" fordítják.
Az alloszterikus szabályozás grafikus ábrája. (A) Aktív webhely. (B) Alloszterikus hely. (C) Hordozó. (D) gátló. (E) enzim. (Forrás: Isaac Webb, a Wikimedia Commons segítségével)
Egyes szerzők az alloszterizmust egy olyan folyamatnak írják le, amely során a rendszer távoli helyei (például egy enzim szerkezete) energiával kapcsolódnak funkcionális válasz előállításához, ezért feltételezhető, hogy egy régió változása befolyásolhatja bármely más benne.
Az ilyen típusú szabályozás azokra az enzimekre jellemző, amelyek több ismert biológiai folyamatban részt vesznek, mint például a szignál transzdukcióban, az anyagcserében (anabolizmus és katabolizmus), a gén expressziójának szabályozásában.
Az alloszterizmusról és a sejtek metabolizmusának szabályozásában való részvételéről szóló első ötleteket az 1960-as években F. Monod, F. Jacob és J. Changeux támasztotta alá, miközben különböző aminosavak bioszintézis útvonalait tanulmányozták, amelyeket a a végtermékek felhalmozódása.
Noha az első publikáció e tekintetben a genetikai szabályozással kapcsolatos, röviddel később Monod, Wyman és Changeux kiterjesztette az alloszterizmus fogalmát az enzimatikus aktivitású fehérjékre, és javaslatot tett egy olyan modellre, amely multimer proteinekre épül, elsősorban az alegységek közötti kölcsönhatásokra. amikor ezek bármelyikét effektorhoz rögzítették.
A későbbi fogalmak sokasága megalapozta az „indukált illeszkedés” elméletét, amelyet Koshland néhány évvel korábban bevezetett.
Általános jellemzők
Általában az összes enzimnek két különböző helye van a ligandum megkötésére: az egyik aktív helyként ismert, amelyhez a szubsztrátként működő molekulák (amelyek felelősek az enzim biológiai aktivitásáért) kapcsolódnak, a másik pedig allosterikus helyként ismert, amely más metabolitokra specifikus.
Ezeket az "egyéb metabolitokat" alloszterikus effektoroknak nevezik, és pozitív vagy negatív hatással lehetnek az enzim által katalizált reakciók sebességére vagy az affinitásra, amellyel kötődnek az aktív helyükön lévő szubsztrátokhoz.
Általában az effektor kötődése egy enzim alloszterikus helyén hatást gyakorol a szerkezet másik helyére, módosítva annak aktivitását vagy funkcionális teljesítményét.
Egy alloszterikus enzim reakciójának grafikus vázlata (Forrás: Fájl: Allostery enzim en.png: Fájl: Allostery.png: Enzim allostery.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (beszéd). Lenov en.wikipedia származékos munka: TimVickers (talk) származék) munka: Retama (talk) származékos munka: KES47.
Bár a természetben ezer példa található az alloszterizmusra vagy az alloszterikus szabályozásra, néhányuk szembetűnőbb volt, mint mások. Ilyen a hemoglobin, amely a szerkezeti szempontból mélyrehatóan leírt első proteinek egyike volt.
A hemoglobin nagyon fontos protein sok állat számára, mivel felelős az oxigén vér útján történő szállításáért a tüdőből a szövetekbe. Ez a protein homotróp és heterotróp alloszterikus szabályozást mutat egyszerre.
A hemoglobin homotróp alloszterizmusa azzal a ténnyel kapcsolatos, hogy egy oxigénmolekula kötődése az egyik alkotóelemhez, amely azt alkotja, közvetlenül befolyásolja azt az affinitást, amellyel a szomszédos alegység kötődik egy másik oxigénmolekulához, növeli azt (pozitív szabályozás vagy együttműködés).
Heterotropikus alloszterizmus
A heterotropikus alloszterizmus viszont azzal a következménnyel kapcsolatos, amelyet mind a pH, mind a 2,3-difoszfo-glicerát jelenléte az oxigénnek az enzim alegységeihez történő kötéséhez gátolja.
Az aszpartát transzkarbamiláz vagy ATCase, amely részt vesz a pirimidin szintézis útjában, szintén az alloszterikus szabályozás egyik „klasszikus” példája. Ezt az enzimet, amelynek 12 alegysége van, amelyekből 6 katalitikusan aktív és 6 szabályozó, heterotropikusan gátolja az általa vezető út végterméke, a citidin-trifoszfát (CTP).
Laktóz operon
Monod, Jacob és Changeux első gondolatainak eredménye Jacob és Monod közzétett cikke az Escherichia coli i laktóz operonjával kapcsolatos, amely a heterotropikus alloszterikus szabályozás egyik tipikus példája genetikai szinten.
Ennek a rendszernek az alloszterikus szabályozása nem függ a szubsztrát termékké való átalakulásának képességétől, hanem egy fehérje kötő affinitásával az operátor DNS-régióhoz.
Irodalom
- Changeux, JP és Edelstein, SJ (2005). A jelátvitel alloszterikus mechanizmusai. Science, 308 (5727), 1424-1428.
- Goldbeter, A. és Dupont, G. (1990). Alloszterikus szabályozás, kooperatív képesség és biokémiai rezgések. Biofizikai kémia, 37 (1-3), 341-353.
- Jiao, W. és Parker, EJ (2012). Számítási és kísérleti technikák kombinációjának felhasználása a fehérjealkalmazás molekuláris alapjának megértéséhez. In Advance in protein kémia és szerkezeti biológia (87. kötet, 391-413. Oldal). Academic Press.
- Kern, D. és Zuiderweg, ER (2003). A dinamika szerepe az alloszterikus szabályozásban. Jelenlegi vélemény a strukturális biológiáról, 13 (6), 748-757.
- Laskowski, RA, Gerick, F. és Thornton, JM (2009). Az alloszterikus szabályozás strukturális alapjai a fehérjékben. FEBS levelek, 583 (11), 1692-1698.
- Mathews, CK, Van Holde, KE és Ahern, KG (2000). Biokémia, szerk. San Francisco, Calif.