Allosterism tai allosteerinen säätely on määritelty estoprosessissa tai aktivoitumista entsyymin välittämän säätelevä molekyyli eroaa sen substraatin ja joka toimii tietyllä nopeudella sen rakenne, joka on erilainen aktiivisen kohdan kanssa.
Termi "allosteerinen" tai "allosterismi" tulee kreikkalaisista juureista "allos", joka tarkoittaa "muuta" ja "stereós", joka tarkoittaa "muotoa" tai "paikkaa"; joten se käännetään kirjaimellisesti nimellä "toinen tila", "toinen paikka" tai "toinen rakenne".
Graafinen kaavio allosteerisesta säädöstä. (A) Aktiivinen sivusto. (B) Allosteerinen paikka. (C) Substraatti. (D) Estäjä. (E) entsyymi. (Lähde: Isaac Webb via Wikimedia Commons)
Jotkut kirjoittajat kuvaavat allosterismia prosessina, jolla järjestelmän etäkohdat (esimerkiksi entsyymin rakenne) kytketään energeettisesti tuottamaan toiminnallinen vaste, minkä vuoksi voidaan olettaa, että alueen muutos voi vaikuttaa mikä tahansa muu siinä.
Tämäntyyppinen säätely on tyypillinen entsyymeille, jotka osallistuvat moniin tunnettuihin biologisiin prosesseihin, kuten signaalin siirtoon, aineenvaihduntaan (anabolismi ja katabolismi), geeniekspression säätelyyn, mm.
Ensimmäiset ideat allosterismista ja sen osallistumisesta solujen aineenvaihdunnan hallintaan posuloivat 1960-luvulla F. Monod, F. Jacob ja J. Changeux, kun he tutkivat eri aminohappojen biosynteettisiä reittejä, jotka estettiin lopputuotteiden kertyminen.
Vaikka ensimmäinen julkaisu tältä osin liittyi geneettiseen säätelyyn, pian sen jälkeen Monod, Wyman ja Changeux laajensivat allosterismin käsitettä proteiineihin, joilla oli entsymaattista aktiivisuutta, ja ehdottivat mallia, joka perustuu multimeerisiin proteiineihin ja perustuu pääasiassa alayksiköiden vuorovaikutukseen. kun jokin näistä oli kiinnitetty efektoriin.
Monilla myöhemmillä käsitteillä oli perusta "indusoidun sopivuuden" teorialle, jonka Koshland esitti muutamaa vuotta aiemmin.
Yleiset ominaisuudet
Yleensä kaikilla entsyymeillä on kaksi erilaista kohtaa ligandin sitoutumiseen: toista kutsutaan aktiiviseksi kohteeksi, johon substraattina toimivat molekyylit (vastuussa entsyymin biologisesta aktiivisuudesta) sitoutuvat, ja toinen on tunnetaan allosteerisena sivustona, joka on spesifinen muille metaboliiteille.
Näitä "muita metaboliitteja" kutsutaan allosteerisiksi efektoreiksi ja niillä voi olla positiivisia tai negatiivisia vaikutuksia entsyymikatalysoitujen reaktioiden nopeuteen tai affiniteettiin, jonka kanssa ne sitoutuvat substraatteihinsa aktiivisessa paikassa.
Yleensä efektorin sitoutuminen entsyymin allosteeriseen kohtaan aiheuttaa vaikutuksen rakenteen toiseen kohtaan, muuttaen sen aktiivisuutta tai sen toiminnallista suorituskykyä.
Graafinen kaavio allosteerisen entsyymin reaktiosta (Lähde: Tiedosto: Entsyymi allostery en.png: Tiedosto: Entsyymi allostery.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (keskustelu). Lenov en.wikipediaderivaattorityössä: TimVickers (talk) -johdannainen työ: Retama (talk) -johdannaisteos: KES47.
Vaikka luonnossa on tuhansia esimerkkejä allosterismista tai allosteerisesta säätelystä, jotkut ovat olleet huomattavampia kuin toiset. Tällainen tapaus on hemoglobiini, joka oli yksi ensimmäisistä proteiineista, joita on kuvattu perusteellisesti rakenteellisessa näkökulmassa.
Hemoglobiini on erittäin tärkeä proteiini monille eläimille, koska se vastaa hapen kuljettamisesta veren kautta keuhkoista kudoksiin. Tämä proteiini edustaa homotrooppista ja heterotrooppista allosteerista säätelyä samanaikaisesti.
Hemoglobiinin homotrooppinen allosterismi liittyy siihen tosiseikkaan, että happimolekyylin sitoutuminen johonkin sitä muodostavasta alayksiköstä vaikuttaa suoraan affiniteettiin, jonka kanssa viereinen alayksikkö sitoutuu toiseen happimolekyyliin lisäämällä sitä (positiivinen säätely tai koperativismi)).
Heterotrooppinen allosterismi
Heterotrooppinen allosterismi sitä vastoin liittyy vaikutuksiin, jotka sekä pH: lla että 2,3-difosfoglyseraatin läsnäololla ovat hapen sitoutumiseen tämän entsyymin alayksiköihin estäen sitä.
Aspartaattitranskarbamylaasi tai ATCase, joka osallistuu pyrimidiinisynteesireittiin, on myös yksi "klassisista" esimerkeistä allosteeriseen säätelyyn. Tätä entsyymiä, jolla on 12 alayksikköä, joista 6 ovat katalyyttisesti aktiivisia ja 6 ovat sääteleviä, estää heterotrooppisesti johtamansa polun lopputuote, sytidiinitrifosfaatti (CTP).
Laktoosioperoni
Monodin, Jacobin ja Changeuxin ensimmäisten ideoiden hedelmä oli Jacobin ja Monodin julkaistu artikkeli, joka liittyi Escherichia coli i: n laktoosioperoniin, joka on yksi tyypillisiä esimerkkejä heterotrooppisesta allosteerisesta säätelystä geneettisellä tasolla.
Tämän järjestelmän allosteerinen säätely ei liity substraatin kykyyn muuttua tuotteeksi, vaan proteiinin sitoutumisaffiniteettiin operaattorin DNA-alueelle.
Viitteet
- Changeux, JP, ja Edelstein, SJ (2005). Signaalitransduktion allosteeriset mekanismit. Science, 308 (5727), 1424 - 1428.
- Goldbeter, A., ja Dupont, G. (1990). Allosteerinen säätely, yhteistyökyky ja biokemialliset värähtelyt. Biofysikaalinen kemia, 37 (1-3), 341 - 353.
- Jiao, W., ja Parker, EJ (2012). Käyttämällä laskennallisten ja kokeellisten tekniikoiden yhdistelmää proteiinien allosteryn molekyylin perusteiden ymmärtämiseksi. Julkaisussa Proteins kemia ja rakennebiologia (osa 87, s. 391-413). Academic Press.
- Kern, D., ja Zuiderweg, ER (2003). Dynamiikan merkitys allosteerisessa säätelyssä. Nykyinen lausunto rakennebiologiasta, 13 (6), 748-757.
- Laskowski, RA, Gerick, F., & Thornton, JM (2009). Proteiinien allosteerisen säätelyn rakenteellinen perusta. FEBS-kirjeet, 583 (11), 1692-1698.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biokemia, toim. San Francisco, Kalifornia.