Аллостерический фермент - Allosteric enzyme

Аллостерические ферменты находятся ферменты которые меняют их конформационный ансамбль при связывании эффектор (аллостерический модулятор ), что приводит к очевидному изменению аффинности связывания в другом сайте связывания лиганда. Это «действие на расстоянии» через связывание одного лиганда, влияющее на связывание другого в совершенно другом сайте, составляет суть аллостерической концепции. Аллостерия играет решающую роль во многих фундаментальных биологических процессах, включая, но не ограничиваясь, клеточная сигнализация и регулирование метаболизм. Аллостерические ферменты не обязательно должны быть олигомерами, как считалось ранее,[1] и фактически многие системы продемонстрировали аллостерию в пределах отдельных ферментов.[2]В биохимия, аллостерическая регуляция (или же аллостерический контроль) является регулированием белок связывая эффектор молекула на сайте, отличном от фермента активный сайт.

Сайт, с которым связывается эффектор, называется аллостерический сайт. Аллостерические сайты позволяют эффекторам связываться с белком, что часто приводит к конформационное изменение с участием динамика белка. Эффекторы, усиливающие активность белка, называются аллостерические активаторы, тогда как те, которые снижают активность белка, называются аллостерические ингибиторы.[нужна цитата ]

Аллостерические правила - естественный пример контуры управления, Такие как Обратная связь из последующих продуктов или прямая связь от исходных субстратов. Аллостерия на большие расстояния особенно важна при клеточная сигнализация.[3] Аллостерическая регуляция также особенно важна в клетки способность регулировать фермент Мероприятия.

Период, термин аллостерия исходит из Греческий аллос (ἄλλος), «другое» и стереосистемы (στερεὀς), «твердое тело (объект)». Это относится к тому факту, что регуляторный сайт аллостерического белка физически отличается от его активного сайта.

Протеин катализатор (фермент ) может быть частью многосубъединичный комплекс, и / или могут временно или постоянно быть связаны с Кофактор (например. аденозинтрифосфат ). Катализ биохимический реакции жизненно важны из-за очень низкой скорости реакции некаталитических реакций. Ключевым фактором эволюции белков является оптимизация таких каталитических активностей с помощью динамика белка.[4]

В то время как ферменты без связанных доменов / субъединиц отображаются нормально. Михаэлис-Ментен кинетика, большинство аллостерических ферментов имеют несколько связанных доменов / субъединиц и показывают совместная привязка. Вообще говоря, такая кооперативность приводит к тому, что аллостерические ферменты проявляют сигмовидный зависимость от концентрации их субстраты в позитивно кооперативных системах. Это позволяет большинству аллостерических ферментов сильно варьировать каталитический выход в ответ на небольшие изменения в эффектор концентрация. Эффекторные молекулы, которыми может быть сам субстрат (гомотропный эффекторы) или другие небольшие молекулы (гетеротропный эффектор), может привести к тому, что фермент станет более или менее активным за счет перераспределения ансамбля между состояниями с более высоким и низким сродством. В участок связывания для гетеротропных эффекторов, называемых аллостерический сайты, как правило, отделены от активного центра, но термодинамически связаны. Аллостерическая база данных (ASD, http://mdl.shsmu.edu.cn/ASD ) [5] предоставляет центральный ресурс для отображения, поиска и анализа структуры, функции и соответствующей аннотации для аллостерических молекул, включая аллостерические ферменты и их модуляторы. Каждый фермент снабжен аннотацией с подробным описанием аллостерии, биологического процесса и связанных заболеваний, а каждый модулятор - сродством связывания, физико-химическими свойствами и терапевтической областью.

Кинетические свойства

Гемоглобин хоть и не фермент, но является каноническим примером молекулы аллостерического белка - и одним из первых, получивших ее Кристальная структура решено ( Макс Перуц ). Совсем недавно Кишечная палочка фермент аспартат карбамоилтрансфераза (ATCase) стал другим хороший пример из аллостерическая регуляция.

В кинетический свойства аллостерических ферментов часто объясняют с точки зрения конформационное изменение между "напряженным" или T-состоянием с низкой активностью и низким сродством и "расслабленным" состоянием с высокой активностью и высоким сродством или R. Эти структурно разные фермент формы, как было показано, существуют в нескольких известных аллостерических ферментах.

Однако молекулярная основа для преобразование между двумя государствами не совсем понятен. Для описания этого механизма были предложены две основные модели: «согласованная модель» Моно, Ваймана и Changeux,[1] и «последовательная модель» Кошланда, Немети и Филмера.[6]

В согласованной модели белок считается, что он имеет два глобальных состояния «все или ничего». Эта модель поддерживается положительной кооперативностью, когда связывание одного лиганда увеличивает способность фермента связываться с большим количеством лигандов. Модель не поддерживается отрицательной кооперативностью, когда потеря одного лиганда облегчает ферменту потерю большего количества.

В последовательной модели много разных глобальных конформационный /энергетические состояния. Связывание одного лиганда изменяет фермент, так что он может легче связывать больше лигандов, т.е. каждый раз, когда он связывает лиганд, он хочет связать другой.

Однако ни одна из моделей полностью не объясняет аллостерическое связывание. Недавнее комбинированное использование физических техник (например, рентгеновская кристаллография и решение малоугловое рассеяние рентгеновских лучей или SAXS) и генетические методы (сайт-направленный мутагенез или SDM) может улучшить наше понимание аллостерии.

Рекомендации

  1. ^ а б Моно, Дж., Вайман, Дж., Ченжакс, Дж. П. (1965). О природе аллостерических переходов: правдоподобная модель. Дж Мол Биол. 12:88-118.
  2. ^ Гохара, Д.В., Ди Сера, Э. (2011). Аллостерия трипсиноподобных протеаз предлагает новые терапевтические стратегии. «Тенденции биотехнологии».
  3. ^ Bu Z, Callaway DJ (2011). «Белки ДВИГАЮТСЯ! Динамика белков и дальняя аллостерия в передаче сигналов в клетке». Достижения в химии белков и структурной биологии. 83: 163–221. Дои:10.1016 / B978-0-12-381262-9.00005-7. ISBN  9780123812629. PMID  21570668. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  4. ^ Камерлин, С. С .; Варшел, А (2010). «На заре 21 века: является ли динамика недостающим звеном для понимания ферментативного катализа?». Белки: структура, функции и биоинформатика. 78 (6): 1339–75. Дои:10.1002 / prot.22654. ЧВК  2841229. PMID  20099310.
  5. ^ Z. Huang, L. Zhu, Y. Cao, G. Wu, X. Liu и др. (2011) ASD: обширная база данных аллостерических белков и модуляторов. Нуклеиновые кислоты Res Том 39, D663-669
  6. ^ Кошланд Д.Е. Младший, Немети Г., Филмер Д. (1966). Сравнение экспериментальных данных связывания и теоретических моделей в белках, содержащих субъединицы. Биохимия 5(1):365-85.

внешняя ссылка