Het allosterisme of allostere regulatie wordt gedefinieerd als het proces van remming of activering van enzym gemedieerd door een regulerend molecuul dat verschilt van zijn substraat en dat werkt op een specifieke plaats van zijn structuur, verschillend van de actieve plaats daarvan.
De term "allosterisch" of "allosterisme" komt van de Griekse wortels "allos", wat "andere" betekent en "stereós", wat "vorm" of "plaats" betekent; dus het wordt letterlijk vertaald als "een andere ruimte", "een andere plaats" of "een andere structuur".
Grafisch diagram van een allosterische regeling. (A) Actieve site. (B) Allosterische site. (C) Substraat. (D) Remmer. (E) Enzym. (Bron: Isaac Webb via Wikimedia Commons)
Sommige auteurs beschrijven allosterisme als een proces waarbij afgelegen locaties in een systeem (bijvoorbeeld de structuur van een enzym) energetisch worden gekoppeld om een functionele respons te produceren, en daarom kan worden aangenomen dat een verandering in een regio invloed kan hebben op elk ander erin.
Dit type regulatie is typerend voor enzymen die deelnemen aan meerdere bekende biologische processen, zoals signaaltransductie, metabolisme (anabolisme en katabolisme), regulering van genexpressie, onder andere.
De eerste ideeën over allosterisme en zijn deelname aan de controle van cellulair metabolisme werden in de jaren zestig gepostuleerd door F. Monod, F. Jacob en J. Changeux, terwijl ze de biosyntheseroutes van verschillende aminozuren bestudeerden, die werden geremd na de accumulatie van eindproducten.
Hoewel de eerste publicatie in dit verband te maken had met genetische regulatie, breidden Monod, Wyman en Changeux kort daarna het concept van allosterisme uit tot eiwitten met enzymatische activiteit en stelden ze een model voor gebaseerd op multimere eiwitten, voornamelijk gebaseerd op de interacties tussen subeenheden. wanneer een van deze was bevestigd aan een effector.
Veel van de latere concepten hadden hun basis in de theorie van "induced fit" die een paar jaar eerder door Koshland werd geïntroduceerd.
Algemene kenmerken
Over het algemeen hebben alle enzymen twee verschillende locaties voor ligandbinding: de ene staat bekend als de actieve site, waaraan de moleculen die functioneren als een substraat (verantwoordelijk voor de biologische activiteit van het enzym) binden, en de andere is bekend als de allosterische plaats, die specifiek is voor andere metabolieten.
Deze "andere metabolieten" worden allostere effectoren genoemd en kunnen positieve of negatieve effecten hebben op de snelheid van door enzymen gekatalyseerde reacties of de affiniteit waarmee ze zich op de actieve plaats aan hun substraten binden.
Gewoonlijk veroorzaakt de binding van een effector op de allosterische plaats van een enzym een effect op een andere plaats van de structuur, waardoor zijn activiteit of zijn functionele prestatie verandert.
Grafisch schema van de reactie van een allosterisch enzym (Bron: File: Enzyme allostery en.png: File: Enzyme allostery.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (talk). Lenov op en.wikipediaderivative work: TimVickers (talk) derivative werk: Retama (talk) afgeleid werk: KES47.
Hoewel er duizenden voorbeelden zijn van allosterisme of allostere regulering in de natuur, zijn sommige prominenter aanwezig dan andere. Dat is het geval met hemoglobine, dat een van de eerste eiwitten was die diepgaand werden beschreven in het structurele aspect.
Hemoglobine is een zeer belangrijk eiwit voor veel dieren, omdat het verantwoordelijk is voor het transport van zuurstof door het bloed van de longen naar de weefsels. Dit eiwit vertoont tegelijkertijd homotrope en heterotrope allosterische regulatie.
Het homotrope allosterisme van hemoglobine heeft te maken met het feit dat de binding van een zuurstofmolecuul aan een van de subeenheden waaruit het bestaat, rechtstreeks invloed heeft op de affiniteit waarmee de aangrenzende subeenheid zich bindt aan een ander zuurstofmolecuul, waardoor het toeneemt (positieve regulatie of coöperativisme). ).
Heterotroop allosterisme
Heterotroop allosterisme houdt daarentegen verband met de effecten die zowel de pH als de aanwezigheid van 2,3-difosfoglyceraat hebben op de binding van zuurstof aan de subeenheden van dit enzym, waardoor het wordt geremd.
Aspartaattranscarbamylase of ATCase, dat deelneemt aan de pyrimidinesyntheseroute, is ook een van de "klassieke" voorbeelden van allosterische regulatie. Dit enzym, dat 12 subeenheden heeft, waarvan 6 katalytisch actief en 6 regulerend zijn, wordt heterotroop geremd door het eindproduct van de route die het leidt, cytidinetrifosfaat (CTP).
Lactose operon
De vrucht van de eerste ideeën van Monod, Jacob en Changeux was een artikel gepubliceerd door Jacob en Monod over het lactose-operon van Escherichia coli i, een van de typische voorbeelden van heterotrope allostere regulatie op genetisch niveau.
De allostere regulatie van dit systeem is niet gerelateerd aan het vermogen van een substraat om in een product om te zetten, maar aan de bindingsaffiniteit van een eiwit aan het operator-DNA-gebied.
Referenties
- Changeux, JP en Edelstein, SJ (2005). Allosterische mechanismen van signaaltransductie. Science, 308 (5727), 1424-1428.
- Goldbeter, A., & Dupont, G. (1990). Allosterische regulatie, coöperativiteit en biochemische oscillaties. Biofysische chemie, 37 (1-3), 341-353.
- Jiao, W., en Parker, EJ (2012). Een combinatie van computationele en experimentele technieken gebruiken om de moleculaire basis voor proteïne-allosterie te begrijpen. In Advances in proteïne chemie en structurele biologie (Vol. 87, pp. 391-413). Academische pers.
- Kern, D., & Zuiderweg, ER (2003). De rol van dynamica in allosterische regulatie. Huidige mening in structurele biologie, 13 (6), 748-757.
- Laskowski, RA, Gerick, F., en Thornton, JM (2009). De structurele basis van allosterische regulatie in eiwitten. FEBS letters, 583 (11), 1692-1698.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biochemistry, uitg. San Francisco, Californië.