Allosterism reglementare sau alosterica este definită ca procesul de inhibare sau activarea enzimei mediată de o moleculă diferită de reglementare din substratul său și care acționează la un situs specific al structurii sale, diferită de situsul activ al acestuia.
Termenul "alosteric" sau "alosterism" provine de la rădăcinile grecești "allos", care înseamnă "alte" și "stereós", care înseamnă "formă" sau "loc"; deci este tradus literal ca „alt spațiu”, „alt loc” sau „altă structură”.
Diagrama grafică a unei regulări alosterice. (A) Site activ. (B) Site alosteric. (C) Substrat. (D) Inhibitor. (E) Enzimă (Sursa: Isaac Webb via Wikimedia Commons)
Unii autori descriu alosterismul ca un proces prin care site-urile îndepărtate dintr-un sistem (structura unei enzime, de exemplu) sunt cuplate energetic pentru a produce un răspuns funcțional, motiv pentru care se poate presupune că o schimbare într-o regiune poate afecta oricare altul din ea.
Acest tip de reglare este tipic enzimelor care participă la multiple procese biologice cunoscute, cum ar fi transducția semnalului, metabolismul (anabolismul și catabolismul), reglarea expresiei genice, printre altele.
Primele idei despre alosterism și participarea acestuia la controlul metabolismului celular au fost postulate în anii '60 de F. Monod, F. Jacob și J. Changeux, în timp ce au studiat căile biosintetice ale diferitor aminoacizi, care au fost inhibate după acumularea de produse finale.
Deși prima publicație în acest sens a avut legătură cu reglarea genetică, la scurt timp, Monod, Wyman și Changeux au extins conceptul de alosterism la proteine cu activitate enzimatică și au propus un model bazat pe proteine multimerice, bazat în principal pe interacțiunile dintre subunități. când oricare dintre acestea a fost atașat de un efector.
Multe dintre concepțiile ulterioare și-au pus bazele în teoria „potrivirii induse”, introdusă de Koshland cu câțiva ani mai devreme.
Caracteristici generale
În general, toate enzimele au două situri diferite pentru legarea ligandului: una este cunoscută sub denumirea de situs activ, de care se leagă moleculele care funcționează ca un substrat (responsabil pentru activitatea biologică a enzimei), iar cealaltă este cunoscut sub denumirea de site alosteric, care este specific pentru alți metaboliți.
Acești „alți metaboliți” sunt numiți efectori alosterici și pot avea efecte pozitive sau negative asupra vitezei reacțiilor catalizate de enzimă sau a afinității cu care se leagă de substraturile lor la locul activ.
De obicei, legarea unui efector în situl alosteric al unei enzime determină un efect într-un alt loc al structurii, modificând activitatea sau performanța funcțională a acesteia.
Schemă grafică a reacției unei enzime alosterice (Sursa: Fișier: Enzyme allostery en.png: File: Enzyme allostery.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (discuție). Lenov la lucrarea en.wikipediaderivative: derivat TimVickers (discuție) lucrare: Retama (discuție) lucrare derivată: KES47.
Deși există mii de exemple de alosterism sau reglare alosterică în natură, unele au fost mai proeminente decât altele. Acesta este cazul hemoglobinei, care a fost una dintre primele proteine descrise în profunzime sub aspect structural.
Hemoglobina este o proteină foarte importantă pentru multe animale, deoarece este responsabilă pentru transportul oxigenului prin sânge de la plămâni la țesuturi. Această proteină prezintă o reglare alosterică homotropă și heterotropă în același timp.
Alosterismul homotrop al hemoglobinei are legătură cu faptul că legarea unei molecule de oxigen la una dintre subunitățile care o compun afectează direct afinitatea cu care subunitatea adiacentă se leagă de o altă moleculă de oxigen, crescând-o (reglare pozitivă sau cooperativism ).
Alosterism heterotrop
Alosterismul heterotrop, pe de altă parte, este legat de efectele pe care atât pH-ul, cât și prezența 2,3-difosfoglicerului au legarea oxigenului la subunitățile acestei enzime, inhibându-l.
Aspartatul transcarbamilazei sau ATCazei, care participă la calea de sinteză a pirimidinei, este, de asemenea, unul dintre exemplele „clasice” de reglare alosterică. Această enzimă, care are 12 subunități, dintre care 6 sunt catalitice active și 6 sunt reglatoare, este inhibată heterotropic de produsul final al căii pe care o conduce, citotina trifosfat (CTP).
Operon la lactoză
Fructul primelor idei ale lui Monod, Jacob și Changeux a fost un articol publicat de Jacob și Monod referitor la operonul lactozei din Escherichia coli i, care este unul dintre exemplele tipice de reglare heterotropă alosterică la nivel genetic.
Reglarea alosterică a acestui sistem nu este legată de capacitatea unui substrat de a se transforma într-un produs, ci de afinitatea de legare a unei proteine la regiunea ADN operator.
Referințe
- Changeux, JP și Edelstein, SJ (2005). Mecanisme alosterice de transducție a semnalului. Știință, 308 (5727), 1424-1428.
- Goldbeter, A., & Dupont, G. (1990). Reglarea alosterică, cooperarea și oscilațiile biochimice. Chimie biofizică, 37 (1-3), 341-353.
- Jiao, W., & Parker, EJ (2012). Folosind o combinație de tehnici de calcul și experimentale pentru a înțelege baza moleculară pentru alosterie proteică. În Progrese în chimia proteinelor și biologia structurală (Vol. 87, p. 391-413). Presă academică.
- Kern, D., & Zuiderweg, ER (2003). Rolul dinamicii în reglarea alosterică. Opinia curentă în biologia structurală, 13 (6), 748-757.
- Laskowski, RA, Gerick, F., & Thornton, JM (2009). Baza structurală a reglării alosterice în proteine. Scrisorile FEBS, 583 (11), 1692-1698.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biochimie, ed. San Francisco, Calif.