Allosterism ili alosterički propis definira kao proces inhibicije ili aktiviranja enzima posredovanih regulatorne molekule koji se razlikuje od svog supstrata, a koja djeluje na određenom mjestu njegove strukture, za razliku od njegovog aktivnog mjesta.
Izraz "alosterik" ili "alosterizam" dolazi od grčkog korijena "allos", što znači "drugi" i "stereós", što znači "oblik" ili "mjesto"; pa se doslovno prevodi kao "drugi prostor", "drugo mjesto" ili "drugo ustrojstvo".
Grafički dijagram alosterične regulacije. (A) Aktivno web mjesto. (B) Mjesto s alosterom. (C) Supstrat. (D) Inhibitora. (E) Enzim. (Izvor: Isaac Webb putem Wikimedia Commons)
Neki autori opisuju alosterizam kao proces kojim se udaljena mjesta u sustavu (na primjer, struktura enzima) energetski spajaju kako bi proizvela funkcionalni odgovor, zbog čega se može pretpostaviti da promjena regije može utjecati bilo koji drugi u njemu.
Ova vrsta regulacije tipična je za enzime koji sudjeluju u više poznatih bioloških procesa, poput transdukcije signala, metabolizma (anabolizam i katabolizam), regulacije ekspresije gena, između ostalog.
Prve ideje o alosterizmu i njegovom sudjelovanju u kontroli staničnog metabolizma postulirali su u 1960-ih F. Monod, F. Jacob i J. Changeux, dok su proučavali biosintetske putove različitih aminokiselina, koje su inhibirane nakon nakupljanje finalnih proizvoda.
Iako se prva publikacija u vezi s tim odnosila na genetsku regulaciju, nedugo zatim Monod, Wyman i Changeux proširili su koncept alosterizma na proteine s enzimskom aktivnošću i predložili model zasnovan na multimernim proteinima, temeljen uglavnom na interakcijama između podjedinica. kada je bilo koji od ovih spojenih na efektor.
Mnogi kasniji koncepti imali su svoje temelje u teoriji "induciranog fitanja" koju je Koshland uveo nekoliko godina ranije.
Osnovne značajke
Općenito, svi enzimi imaju dva različita mjesta vezanja liganda: jedno je poznato kao aktivno mjesto, na koje se molekule koje djeluju kao supstrat (odgovorno za biološku aktivnost enzima), a drugi je poznato kao alosterično mjesto koje je specifično za ostale metabolite.
Ti "drugi metaboliti" nazivaju se alosterni efektori i mogu imati pozitivne ili negativne učinke na brzinu enzimskih kataliziranih reakcija ili na afinitet s kojim se vežu na svoje supstrate na aktivnom mjestu.
Obično, vezanje efektora na alosterično mjesto enzima izaziva učinak na drugom mjestu strukture, mijenjajući njegovu aktivnost ili njegovu funkcionalnu izvedbu.
Grafička shema reakcije alosternog enzima (Izvor: File: Enzyme alostery en.png: File: Enzyme allostery.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (razgovor). Lenov at en.wikipediaderivativni rad: TimVickers (razgovor) derivat rad: Retama (razgovorni) izvedbeni rad: KES47.
Iako postoje tisuće primjera alosterizma ili alosterične regulacije u prirodi, neki su istaknutiji od drugih. Takav je slučaj hemoglobina, koji je bio jedan od prvih opisanih proteina dubinski u strukturnom aspektu.
Hemoglobin je vrlo važan protein za mnoge životinje, jer je odgovoran za transport kisika kroz krv iz pluća do tkiva. Ovaj protein istodobno predstavlja homotropnu i heterotropnu alosternu regulaciju.
Homotropni alosterizam hemoglobina ima veze s činjenicom da vezanje molekule kisika na jednu od podjedinica koje ga čine izravno utječe na afinitet s kojim se susjedna podjedinica veže na drugu molekulu kisika, povećavajući je (pozitivna regulacija ili kooperativnost).
Heterotropni alosterizam
Heterotropni alosterizam s druge strane povezan je s učincima koje i pH i prisutnost 2,3-difosfoglicerata imaju na vezanje kisika na podjedinice ovog enzima, inhibirajući ga.
Aspartat transkarbamilaza ili ATCaza, koja sudjeluje u putu sinteze pirimidina, također je jedan od "klasičnih" primjera alosterne regulacije. Ovaj enzim koji ima 12 podjedinica, od kojih je 6 katalitički aktivnih i 6 su regulatorne, heterotropno se inhibira krajnjim produktom puta kojim se vodi, citidin trifosfatom (CTP).
Laktozni operon
Plod prvih ideja Monoda, Jacoba i Changeuxa bio je članak koji su objavili Jacob i Monod, a odnosi se na laktozni operon Escherichia coli i, koji je jedan od tipičnih primjera heterotropne alosterne regulacije na genetskoj razini.
Alosterična regulacija ovog sustava nije povezana sa sposobnošću supstrata da se pretvara u proizvod, već s afinitetom vezanja proteina za operativno DNK područje.
Reference
- Changeux, JP i Edelstein, SJ (2005). Alosterični mehanizmi pretvorbe signala. Znanost, 308 (5727), 1424-1428.
- Goldbeter, A., i Dupont, G. (1990). Alosterična regulacija, kooperativnost i biokemijske oscilacije. Biofizička kemija, 37 (1-3), 341-353.
- Jiao, W., i Parker, EJ (2012). Korištenjem kombinacije računalnih i eksperimentalnih tehnika za razumijevanje molekularne osnove aloterija proteina. Napredak u kemiji proteina i strukturalnoj biologiji (svezak 87, str. 391-413). Akademska štampa.
- Kern, D., i Zuiderweg, ER (2003). Uloga dinamike u alosteričnoj regulaciji. Trenutno mišljenje o strukturalnoj biologiji, 13 (6), 748-757.
- Laskowski, RA, Gerick, F. i Thornton, JM (2009). Strukturna osnova alosterične regulacije u proteinima. FEBS pisma, 583 (11), 1692-1698.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biochemistry, ed. San Francisco, Kalifornija.