Den allosterism eller allosterisk regulering er defineret som processen med hæmning eller aktivering af enzym formidlet af en regulatorisk molekyle forskelligt fra dets substrat, og som virker på et specifikt sted i dens struktur, forskellig fra det aktive sted deraf.
Udtrykket "allosterisk" eller "allosterisme" kommer fra de græske rødder "allos", hvilket betyder "andet" og "stereós", hvilket betyder "form" eller "sted"; så det er bogstaveligt talt oversat som "et andet rum", "et andet sted" eller "en anden struktur".
Grafisk diagram over en allosterisk regulering. (A) Aktivt sted. (B) Allosterisk sted. (C) Underlag. (D) Inhibitor. (E) enzym. (Kilde: Isaac Webb via Wikimedia Commons)
Nogle forfattere beskriver allosterisme som en proces, hvorved fjerntliggende steder i et system (strukturen af et enzym, for eksempel) kobles energisk for at producere en funktionel respons, hvorfor det kan antages, at en ændring i en region kan påvirke enhver anden deri.
Denne type regulering er typisk for enzymer, der deltager i flere kendte biologiske processer, såsom signaltransduktion, metabolisme (anabolisme og katabolisme), regulering af genekspression, blandt andre.
De første ideer om allosterisme og dens deltagelse i kontrollen af cellulær metabolisme blev postuleret i 1960'erne af F. Monod, F. Jacob og J. Changeux, mens de studerede de biosyntetiske veje for forskellige aminosyrer, som blev hæmmet efter ophobning af slutprodukter.
Selv om den første publikation i denne henseende havde at gøre med genetisk regulering, udvidede Monod, Wyman og Changeux kort derefter konceptet med allosterisme til proteiner med enzymatisk aktivitet og foreslog en model baseret på multimere proteiner, hovedsagelig baseret på interaktioner mellem underenheder. når nogen af disse var knyttet til en effektor.
Mange af de senere koncepter havde deres fundament i teorien om "induceret pasform", der blev introduceret af Koshland et par år tidligere.
Generelle egenskaber
Generelt har alle enzymer to forskellige steder til ligandbinding: den ene er kendt som det aktive sted, hvortil molekylerne, der fungerer som et substrat (ansvarlig for enzymets biologiske aktivitet), binder, og det andet er kendt som det allosteriske sted, som er specifikt for andre metabolitter.
Disse "andre metabolitter" kaldes allosteriske effektorer og kan have positive eller negative virkninger på hastigheden af enzymkatalyserede reaktioner eller affiniteten, som de binder til deres underlag på det aktive sted.
Normalt forårsager bindingen af en effektor i det allosteriske sted for et enzym en virkning på et andet sted i strukturen, hvilket ændrer dets aktivitet eller dets funktionelle ydeevne.
Grafisk skema for reaktion af et allosterisk enzym (Kilde: File: Enzyme allostery en.png: File: Enzyme allostery.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (tale). Lenov ved en.wikipediaderivativt arbejde: TimVickers (tale) derivat) arbejde: Retama (samtale) afledt arbejde: KES47.
Selvom der er tusinder af eksempler på allosterisme eller allosterisk regulering i naturen, har nogle været mere fremtrædende end andre. Sådan er tilfældet med hæmoglobin, som var et af de første proteiner beskrevet dybtgående i det strukturelle aspekt.
Hemoglobin er et meget vigtigt protein for mange dyr, da det er ansvarligt for transport af ilt gennem blodet fra lungerne til vævene. Dette protein præsenterer homotropisk og heterotropisk allosterisk regulering på samme tid.
Den homotropiske allosterisme af hæmoglobin har at gøre med det faktum, at binding af et iltmolekyle til en af de underenheder, der sammensætter det, direkte påvirker affiniteten, som den tilstødende underenhed binder til et andet iltmolekyle, hvilket øger det (positiv regulering eller kooperativisme)).
Heterotropisk allosterisme
Heterotropisk allosterisme er på den anden side relateret til de virkninger, som både pH-værdien og tilstedeværelsen af 2,3-diphosphoglycerat har på bindingen af ilt til underenhederne af dette enzym, hvilket hæmmer det.
Aspartat-transcarbamylase eller ATCase, der deltager i pyrimidinsyntesestien, er også et af de "klassiske" eksempler på allosterisk regulering. Dette enzym, der har 12 underenheder, hvoraf 6 er katalytisk aktive og 6 er regulerende, inhiberes heterotropisk af slutproduktet af den vej, den fører, cytidintriphosphat (CTP).
Laktoseoperon
Frugten af de første ideer fra Monod, Jacob og Changeux var en artikel offentliggjort af Jacob og Monod relateret til lactose-operonen fra Escherichia coli i, som er et af de typiske eksempler på heterotropisk allosterisk regulering på genetisk niveau.
Den allosteriske regulering af dette system er ikke relateret til et substrats evne til at omdanne til et produkt, men til et protein's bindingsaffinitet til operatørens DNA-region.
Referencer
- Changeux, JP, & Edelstein, SJ (2005). Allosteriske mekanismer til signaltransduktion. Science, 308 (5727), 1424-1428.
- Goldbeter, A., & Dupont, G. (1990). Allosterisk regulering, kooperativitet og biokemiske svingninger. Biofysisk kemi, 37 (1-3), 341-353.
- Jiao, W., & Parker, EJ (2012). Brug af en kombination af beregningsmæssige og eksperimentelle teknikker til at forstå det molekylære grundlag for protein allosteri. Fremskridt inden for proteinkemi og strukturel biologi (bind 87, s. 391-413). Academic Press.
- Kern, D., & Zuiderweg, ER (2003). Dynamikens rolle i allosterisk regulering. Aktuel udtalelse inden for strukturel biologi, 13 (6), 748-757.
- Laskowski, RA, Gerick, F., & Thornton, JM (2009). Det strukturelle grundlag for allosterisk regulering i proteiner. FEBS-breve, 583 (11), 1692-1698.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biokemi, red. San Francisco, Calif.