El Al·losterisme o regulació al·lostèrica es defineix com el procés d'inhibició o activació d'un enzim mediat per una molècula reguladora diferent al seu substrat i que actua en un lloc específic de la seva estructura, diferent a el lloc actiu de la mateixa.
El terme "al·lostèric" o "Al·losterisme" prové de les arrels gregues "allos", que vol dir "un altre" i "stereos", que significa "forma" o "lloc"; per la qual cosa es tradueix literalment com "un altre espai", "un altre lloc" o "una altra estructura".
Esquema gràfic d'una regulació alosterica. (A) Lloc actiu. (B) Lloc al·lostèric. (C) Substrat. (D) Inhibidor. (I) Enzim. (Font: Isaac Webb Via Wikimedia Commons)
Alguns autors descriuen a l'Al·losterisme com un procés pel qual llocs remots en un sistema (l'estructura d'un enzim, per exemple) estan acoblats energèticament per produir una resposta funcional, raó per la qual pot suposar-se que un canvi en una regió pot afectar qualsevol altra en el mateix.
Aquest tipus de regulació és típic dels enzims que participen en múltiples processos biològics coneguts, tal com la transducció de senyals, el metabolisme (anabolisme i catabolisme), la regulació de l'expressió genètica, entre d'altres.
Les primeres idees sobre el Al·losterisme i la seva participació en el control de l'metabolisme cel·lular van ser postulades en la dècada de 1960 per F. Monod, F. Jacob i J. Changeux, mentre estudiaven les rutes biosintètiques de diferents aminoàcids, les quals eren inhibides després de la acumulació dels productes finals.
Tot i que la primera publicació a l'respecte va tenir a veure amb la regulació genètica, poc temps després Monod, Wyman i Changeux van ampliar la concepció de Al·losterisme a les proteïnes amb activitat enzimàtica i van proposar un model basat en proteïnes multiméricas, sustentat principalment en les interaccions entre les subunitats quan qualsevol d'aquestes s'unia a un efector.
Molts dels conceptes posteriors van tenir els seus basaments en la teoria d ' "ajust induït" que va ser introduïda per Koshland uns anys abans.
aspectes generals
En general, tots els enzims posseeixen dos llocs diferents per a la unió de lligands: un es coneix com el lloc actiu, a el qual s'uneixen les molècules que funcionen com a substrat (responsable per l'activitat biològica de l'enzim), i l'altre es coneix com lloc alostérico, que és específic per a altres metabòlits.
Aquests "altres metabòlits" s'anomenen efectors al·lostèrics i poden tenir efectes positius o negatius en la velocitat de les reaccions catalitzades per enzims o en l'afinitat amb la qual s'uneixen als seus substrats en el lloc actiu.
Usualment, la unió d'un efector al lloc al·lostèric d'un enzim causa un efecte en un altre lloc de l'estructura, modificant la seva activitat o el seu acompliment funcional.
Esquema gràfic de la reacció d'un enzim alosterica (Font: File: Enzyme allostery es.png: File: Enzyme allostery.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (talk).Lenov at en.wikipediaderivative work: TimVickers (talk) derivative work: Ginesta (talk) derivative work: KES47.
Encara que hi ha milers d'exemples de Al·losterisme o regulació al·lostèrica en la naturalesa, alguns han estat més destacats que altres. Tal és el cas de l'hemoglobina, que va ser una de les primeres proteïnes descrites a profunditat en l'aspecte estructural.
L'hemoglobina és una proteïna molt important per a molts animals, ja que s'encarrega de l'transport d'oxigen per la sang des dels pulmons cap als teixits. Aquesta proteïna presenta regulació al·lostèrica homotrópica i heterotrópica a el mateix temps.
El Al·losterisme homotrópico de l'hemoglobina té a veure amb que la unió d'una molècula d'oxigen a una de les subunitats que la componen afecta directament l'afinitat amb la qual s'uneix la subunitat adjacent a una altra molècula d'oxigen, incrementant-la (regulació positiva o cooperativisme).
Al·losterisme heterotrópico
El Al·losterisme heterotrópico, d'altra banda, es relaciona amb els efectes que tenen tant el pH com la presència de 2,3-difosfoglicerat sobre la unió d'oxigen a les subunitats d'aquest enzim, inhibint.
La aspartat transcarbamilasa o ATCasa, que participa a la ruta de síntesi de les pirimidines, també és un dels exemples "clàssics" de regulació al·lostèrica. Aquest enzim, que té 12 subunitats, de les quals 6 són catalíticament actives i 6 són reguladores, és inhibida heterotrópicamente pel producte final de la ruta que encapçala, l'citidinatrifosfato (CTP).
Operó lactosa de
El fruit de les primeres idees de Monod, Jacob i Changeux va ser un article publicat per Jacob i Monod relacionat amb l'operó lactosa d'Escherichia coli i, que és un dels exemples típics de regulació al·lostèrica heterotrópica a nivell genètic.
La regulació al·lostèrica d'aquest sistema no es relaciona amb la capacitat de conversió d'un substrat en un producte, sinó amb l'afinitat d'unió d'una proteïna a la regió d'ADN operadora.
referències
- Changeux, JP, & Edelstein, SJ (2005). Allosteric mechanisms of signal transduction. Science, 308 (5727), 1424-1428.
- Goldbeter, A., & Dupont, G. (1990). Allosteric regulation, cooperativity, and biochemical Oscillations. Biophysical chemistry, 37 (1-3), 341-353.
- Jiao, W., & Parker, EJ (2012). Using a combination of computational and experimental techniques to understand the molecular basis for protein allostery. In Advances in protein chemistry and structural biology (Vol. 87, pp. 391-413). Academic Press.
- Kern, D., & Zuiderweg, ER (2003). El rol dels dynamics in allosteric regulation. Current opinió in structural biology, 13 (6), 748-757.
- Laskowski, RA, Gerick, F., & Thornton, JM (2009). The structural basis of allosteric regulation in proteins. FEBS letters, 583 (11), 1692-1698.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biochemistry, ed. Sant Francesc, Calif.