Các allosterism hoặc allosteric quy định được định nghĩa là quá trình ức chế hoặc kích hoạt enzyme trung gian bởi một khác nhau phân tử quy định từ bề mặt của nó và đóng vai trò tại một trang web cụ thể của cấu trúc của nó, khác với vị trí hoạt động đó.
Thuật ngữ "allosteric" hoặc "allosterism" bắt nguồn từ gốc Hy Lạp "allos", có nghĩa là "khác" và "stereós", có nghĩa là "hình thức" hoặc "địa điểm"; vì vậy nó được dịch theo nghĩa đen là "một không gian khác", "một nơi khác" hoặc "một cấu trúc khác".
Sơ đồ đồ họa của một quy định allosteric. (A) Trang web đang hoạt động. (B) Cơ địa allosteric. (C) Chất nền. (D) Chất ức chế. (E) Enzim. (Nguồn: Isaac Webb Via Wikimedia Commons)
Một số tác giả mô tả allosterism là một quá trình mà các vị trí ở xa trong một hệ thống (ví dụ như cấu trúc của một enzyme) được kết hợp năng lượng để tạo ra một phản ứng chức năng, đó là lý do tại sao có thể giả định rằng sự thay đổi trong một vùng có thể ảnh hưởng đến bất kỳ khác trong đó.
Loại điều hòa này là điển hình của các enzym tham gia vào nhiều quá trình sinh học đã biết, chẳng hạn như truyền tín hiệu, chuyển hóa (đồng hóa và dị hóa), điều hòa biểu hiện gen, trong số những quá trình khác.
Những ý tưởng đầu tiên về allosterism và sự tham gia của nó trong việc kiểm soát quá trình trao đổi chất tế bào đã được F. Monod, F. Jacob và J. Changeux đưa ra vào những năm 1960, trong khi họ nghiên cứu các con đường sinh tổng hợp của các axit amin khác nhau, chúng bị ức chế sau khi tích lũy các sản phẩm cuối cùng.
Mặc dù công bố đầu tiên về vấn đề này liên quan đến điều hòa di truyền, ngay sau đó Monod, Wyman và Changeux đã mở rộng khái niệm dị ứng cho các protein có hoạt tính enzym và đề xuất một mô hình dựa trên các protein đa phân tử, chủ yếu dựa trên sự tương tác giữa các tiểu đơn vị. khi bất kỳ cái nào trong số này được gắn vào một effector.
Nhiều khái niệm sau này có nền tảng là lý thuyết "cảm ứng phù hợp" đã được Koshland đưa ra vài năm trước đó.
Các tính năng chung
Nhìn chung, tất cả các enzym đều có hai vị trí khác nhau để liên kết phối tử: một vị trí được gọi là vị trí hoạt động, nơi các phân tử có chức năng như chất nền (chịu trách nhiệm cho hoạt động sinh học của enzym) liên kết, và vị trí kia là được gọi là vị trí dị ứng, đặc hiệu cho các chất chuyển hóa khác.
Những "chất chuyển hóa khác" này được gọi là chất tác động allosteric và có thể có tác động tích cực hoặc tiêu cực đến tốc độ phản ứng do enzym xúc tác hoặc ái lực mà chúng liên kết với cơ chất của chúng tại vị trí hoạt động.
Thông thường, sự gắn kết của một tác nhân vào vị trí dị ứng của một enzym gây ra ảnh hưởng ở một vị trí khác của cấu trúc, làm thay đổi hoạt động hoặc chức năng của nó.
Sơ đồ đồ họa về phản ứng của một enzym allosteric (Nguồn: Tệp: Enzyme allostery en.png: Tệp: Enzyme allostery.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (talk). Lenov tại en.wikipediaderivative work: TimVickers (talk) dẫn xuất tác phẩm: Tác phẩm phái sinh Retama (nói chuyện): KES47.
Mặc dù có hàng ngàn ví dụ về cơ chế dị ứng hoặc quy định dị ứng trong tự nhiên, một số ví dụ nổi bật hơn những trường hợp khác. Đó là trường hợp của hemoglobin, là một trong những protein đầu tiên được mô tả chuyên sâu về khía cạnh cấu trúc.
Hemoglobin là một protein rất quan trọng đối với nhiều loài động vật, vì nó chịu trách nhiệm vận chuyển oxy qua máu từ phổi đến các mô. Protein này thể hiện sự điều hòa dị hướng và dị hướng cùng một lúc.
Tính dị hướng đồng hướng của hemoglobin liên quan đến thực tế là sự liên kết của một phân tử oxy với một trong các tiểu đơn vị cấu tạo nên nó ảnh hưởng trực tiếp đến ái lực mà tiểu đơn vị liền kề liên kết với một phân tử oxy khác, làm tăng nó (điều hòa tích cực hoặc hợp tác ).
Dị hướng dị ứng
Mặt khác, dị hướng dị ứng có liên quan đến ảnh hưởng của cả pH và sự hiện diện của 2,3-diphosphoglycerate đối với sự liên kết của oxy với các tiểu đơn vị của enzyme này, ức chế nó.
Aspartate transcarbamylase hoặc ATCase, tham gia vào con đường tổng hợp pyrimidine, cũng là một trong những ví dụ "kinh điển" về điều hòa allosteric. Enzyme này có 12 tiểu đơn vị, trong đó 6 đơn vị hoạt động xúc tác và 6 đơn vị điều hòa, bị ức chế dị dưỡng bởi sản phẩm cuối cùng của con đường mà nó dẫn, cytidine triphosphate (CTP).
Operon lactose
Thành quả của những ý tưởng đầu tiên của Monod, Jacob và Changeux là một bài báo được xuất bản bởi Jacob và Monod liên quan đến operon lactose của Escherichia coli i, là một trong những ví dụ điển hình về quy định dị dưỡng dị hướng ở cấp độ di truyền.
Cơ chế điều hòa allosteric của hệ thống này không liên quan đến khả năng chuyển hóa chất nền thành sản phẩm, mà liên quan đến ái lực liên kết của protein với vùng DNA vận hành.
Người giới thiệu
- Changeux, JP và Edelstein, SJ (2005). Cơ chế allosteric của truyền tín hiệu. Khoa học, 308 (5727), 1424-1428.
- Goldbeter, A., & Dupont, G. (1990). Điều hòa allosteric, tính hợp tác và dao động sinh hóa. Hóa lý sinh, 37 (1-3), 341-353.
- Jiao, W., & Parker, EJ (2012). Sử dụng kết hợp các kỹ thuật tính toán và thực nghiệm để hiểu cơ sở phân tử của phân tử protein. Trong Những tiến bộ trong hóa học protein và sinh học cấu trúc (Tập 87, trang 391-413). Báo chí Học thuật.
- Kern, D., & Zuiderweg, ER (2003). Vai trò của động lực học trong quá trình điều hòa allosteric. Ý kiến hiện tại trong sinh học cấu trúc, 13 (6), 748-757.
- Laskowski, RA, Gerick, F., & Thornton, JM (2009). Cơ sở cấu trúc của quy định allosteric trong protein. Chữ cái FEBS, 583 (11), 1692-1698.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Hóa sinh, ed. San Francisco, California.