Der Allosterismus oder die allosterische Regulation ist definiert als der Prozess der Hemmung oder Aktivierung eines Enzyms, das durch ein regulatorisches Molekül vermittelt wird, das sich von seinem Substrat unterscheidet und an einer bestimmten Stelle seiner Struktur wirkt, die sich von der aktiven Stelle davon unterscheidet.
Der Begriff "allosterisch" oder "Allosterismus" stammt von den griechischen Wurzeln "allos", was "andere" bedeutet, und "stereós", was "Form" oder "Ort" bedeutet; so wird es wörtlich übersetzt als "ein anderer Raum", "ein anderer Ort" oder "eine andere Struktur".
Grafik einer allosterischen Regulation. (A) Aktives Zentrum. (B) Allosterische Stelle. (C) Substrat. (D) Inhibitor. (E) Enzym. (Quelle: Isaac Webb über Wikimedia Commons)
Einige Autoren beschreiben Allosterismus als einen Prozess, durch den entfernte Stellen in einem System (z. B. die Struktur eines Enzyms) energetisch gekoppelt werden, um eine funktionelle Reaktion hervorzurufen, weshalb angenommen werden kann, dass sich eine Änderung in einer Region auswirken kann irgendein anderer darin.
Diese Art der Regulation ist typisch für Enzyme, die an mehreren bekannten biologischen Prozessen beteiligt sind, wie z. B. Signaltransduktion, Metabolismus (Anabolismus und Katabolismus), Regulation der Genexpression usw.
Die ersten Ideen zum Allosterismus und seiner Beteiligung an der Kontrolle des Zellstoffwechsels wurden in den 1960er Jahren von F. Monod, F. Jacob und J. Changeux postuliert, während sie die Biosynthesewege verschiedener Aminosäuren untersuchten, die nach dem Anreicherung von Endprodukten.
Obwohl die erste Veröffentlichung in dieser Hinsicht mit genetischer Regulation zu tun hatte, erweiterten Monod, Wyman und Changeux kurz darauf das Konzept des Allosterismus auf Proteine mit enzymatischer Aktivität und schlugen ein Modell vor, das auf multimeren Proteinen basiert und hauptsächlich auf den Wechselwirkungen zwischen Untereinheiten basiert. wenn eines davon an einen Effektor gebunden war.
Viele der späteren Konzepte hatten ihre Grundlage in der Theorie der "induzierten Anpassung", die Koshland einige Jahre zuvor eingeführt hatte.
Allgemeine Merkmale
Im Allgemeinen haben alle Enzyme zwei verschiedene Stellen für die Ligandenbindung: eine ist als aktive Stelle bekannt, an die die Moleküle, die als Substrat fungieren (verantwortlich für die biologische Aktivität des Enzyms), und die andere bekannt als die allosterische Stelle, die spezifisch für andere Metaboliten ist.
Diese "anderen Metaboliten" werden als allosterische Effektoren bezeichnet und können positive oder negative Auswirkungen auf die Geschwindigkeit enzymkatalysierter Reaktionen oder die Affinität haben, mit der sie am aktiven Zentrum an ihre Substrate binden.
Normalerweise bewirkt die Bindung eines Effektors an der allosterischen Stelle eines Enzyms eine Wirkung an einer anderen Stelle der Struktur, wodurch seine Aktivität oder seine funktionelle Leistung verändert wird.
Grafisches Schema der Reaktion eines allosterischen Enzyms (Quelle: Datei: Enzymallosterie en.png: Datei: Enzymallosterie.png: Allosterie.png: Nicolas Le Novere (Diskussion). Lenov bei en.wikipediaderivative Arbeit: TimVickers (Diskussion) Derivat Arbeit: Retama (Diskussion) abgeleitete Arbeit: KES47.
Obwohl es in der Natur Tausende von Beispielen für Allosterismus oder allosterische Regulation gibt, waren einige prominenter als andere. Dies ist der Fall bei Hämoglobin, einem der ersten Proteine, die im strukturellen Aspekt ausführlich beschrieben wurden.
Hämoglobin ist für viele Tiere ein sehr wichtiges Protein, da es für den Transport von Sauerstoff durch das Blut von der Lunge zum Gewebe verantwortlich ist. Dieses Protein zeigt gleichzeitig eine homotrope und heterotrope allosterische Regulation.
Der homotrope Allosterismus von Hämoglobin hat damit zu tun, dass die Bindung eines Sauerstoffmoleküls an eine der Untereinheiten, aus denen es besteht, die Affinität, mit der die benachbarte Untereinheit an ein anderes Sauerstoffmolekül bindet, direkt beeinflusst und diese erhöht (positive Regulation oder Kooperativismus) ).
Heterotroper Allosterismus
Heterotroper Allosterismus hängt andererseits mit den Auswirkungen zusammen, die sowohl der pH-Wert als auch das Vorhandensein von 2,3-Diphosphoglycerat auf die Bindung von Sauerstoff an die Untereinheiten dieses Enzyms haben und diesen hemmen.
Aspartat-Transcarbamylase oder ATCase, die am Pyrimidinsyntheseweg beteiligt sind, ist auch eines der "klassischen" Beispiele für allosterische Regulation. Dieses Enzym mit 12 Untereinheiten, von denen 6 katalytisch aktiv und 6 regulatorisch sind, wird durch das Endprodukt des Weges, den es führt, Cytidintriphosphat (CTP), heterotrop gehemmt.
Laktoseoperon
Die Frucht der ersten Ideen von Monod, Jacob und Changeux war ein von Jacob und Monod veröffentlichter Artikel über das Laktoseoperon von Escherichia coli i, das eines der typischen Beispiele für heterotrope allosterische Regulation auf genetischer Ebene ist.
Die allosterische Regulation dieses Systems hängt nicht mit der Fähigkeit eines Substrats zusammen, sich in ein Produkt umzuwandeln, sondern mit der Bindungsaffinität eines Proteins an die Operator-DNA-Region.
Verweise
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