Allosterism або аллостерічеськая регулювання визначається як процес інгібування або активації ферменту , опосередкованих регуляторної різних молекул від його субстрату і який діє на певній ділянці його структури, відмінної від активної ділянки їх.
Термін "аллостерик" або "аллостеризм" походить від грецького коріння "allos", що означає "інше" і "stereós", що означає "форма" або "місце"; тому це дослівно перекладається як "інший простір", "інше місце" або "інша структура".
Графічна схема аллостеричного регулювання. (А) Активний сайт. (B) Аллостеричний сайт. (C) Субстрат. (D) Інгібітор. (Е) Фермент. (Джерело: Isaac Webb Via Wikimedia Commons)
Деякі автори описують аллостеризм як процес, за допомогою якого віддалені ділянки в системі (наприклад, структура ферменту) енергетично пов'язані для отримання функціональної реакції, тому можна припустити, що зміна регіону може вплинути на будь-який інший у ній.
Цей тип регуляції характерний для ферментів, які беруть участь у багатьох відомих біологічних процесах, таких як передача сигналів, обмін речовин (анаболізм і катаболізм), регуляція експресії генів, серед інших.
Перші ідеї щодо аллостеризму та його участі в контролі над клітинним метаболізмом були постульовані в 60-х роках Ф. Монодом, Ф. Якобом та Дж. Зміном, в той час як вони вивчали біосинтетичні шляхи різних амінокислот, які були пригнічені після накопичення кінцевої продукції.
Хоча перша публікація з цього приводу стосувалася генетичної регуляції, незабаром після цього Monod, Wyman and Changeux розширили концепцію аллостеризму до білків з ферментативною активністю та запропонували модель, засновану на мультимерних білках, засновану головним чином на взаємодії між субодиницями. коли будь-яке з них було приєднано до ефектора.
Багато пізніших концепцій мали свої основи в теорії "індукованого пристосування", яку було введено Кошлендом декількома роками раніше.
Загальні ознаки
Взагалі всі ферменти мають два різних сайти зв'язування ліганду: один відомий як активний сайт, до якого зв'язуються молекули, які функціонують як субстрат (відповідальний за біологічну активність ферменту), а другий відомий як аллостеричний сайт, специфічний для інших метаболітів.
Ці "інші метаболіти" називаються алостеричними ефекторами і можуть мати позитивний або негативний вплив на швидкість реакцій, каталізованих ферментами, або на спорідненість, з якою вони зв'язуються зі своїми субстратами в активному місці.
Зазвичай зв'язування ефектора в аллостеричному ділянці ферменту викликає вплив в іншому місці структури, змінюючи його активність або його функціональні показники.
Графічна схема реакції алостеричного ферменту (Джерело: Файл: Ензимна аллостерія en.png: Файл: Ензимний аллостерій.png: Аллостері.png: Ніколя Ле Новере (розмова). Ленов у en.wikipediaderivative work: похідне TimVickers (розмова) робота: Похідна робота Retama (розмова): KES47.
Хоча в природі є тисячі прикладів аллостеризму або аллостеричної регуляції, деякі з них були більш помітними, ніж інші. Такий випадок гемоглобіну, який був одним із перших білків, описаних глибинно в структурному аспекті.
Гемоглобін - дуже важливий білок для багатьох тварин, оскільки він відповідає за транспортування кисню через кров з легенів до тканин. Цей білок одночасно представляє гомотропну та гетеротропну аллостеричну регуляцію.
Гомотропний аллостеризм гемоглобіну пов'язаний з тим, що зв'язування молекули кисню з однією з складових її субодиниць безпосередньо впливає на спорідненість, з якою сусідня субодиниця пов'язується з іншою молекулою кисню, збільшуючи її (позитивна регуляція або кооперативність ).
Гетеротропний аллостеризм
З іншого боку, гетеротропний аллостеризм пов'язаний з впливом, що і рН, і наявність 2,3-дифосфогліцерату на зв'язування кисню з субодиницями цього ферменту, пригнічуючи його.
Аспартат-транскарбамілаза або АТКаза, яка бере участь у шляху синтезу піримідину, також є одним із "класичних" прикладів аллостеричної регуляції. Цей фермент, який має 12 субодиниць, з яких 6 є каталітично активними, а 6 є регуляторними, гетеротропно інгібується кінцевим продуктом шляху, який він веде, цитидин трифосфатом (CTP).
Лактоза оперон
Плоди перших ідей Монода, Якова та Зміна - стаття, опублікована Якобом і Монодом, що стосується лактозного оперона Escherichia coli i, який є одним із типових прикладів гетеротропної аллостеричної регуляції на генетичному рівні.
Аллостерична регуляція цієї системи пов'язана не з здатністю субстрату перетворюватися на продукт, а з спорідненістю зв'язування білка до області ДНК-оператора.
Список літератури
- Changeux, JP та Edelstein, SJ (2005). Аллостеричні механізми передачі сигналу. Наука, 308 (5727), 1424-1428.
- Goldbeter, A., & Dupont, G. (1990). Алостеричне регулювання, кооперативність та біохімічні коливання. Біофізична хімія, 37 (1-3), 341-353.
- Jiao, W., & Parker, EJ (2012). Використовуючи комбінацію обчислювальної та експериментальної методики, щоб зрозуміти молекулярну основу аллостерії білка. «Досягнення в галузі хімії білка та структурної біології» (т. 87, с. 391-413). Академічна преса.
- Kern, D., і Zuiderweg, ER (2003). Роль динаміки в аллостеричній регуляції. Сучасна думка з структурної біології, 13 (6), 748-757.
- Ласковський, Р.А., Герик, Ф., і Торнтон, Дж. М. (2009). Структурна основа аллостеричної регуляції білків. Листи FEBS, 583 (11), 1692-1698.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Біохімія, ред. Сан-Франциско, Каліфорнія.