L' allosterismo o regolazione allosterica è definito come il processo di inibizione o attivazione di un enzima mediato da una molecola regolatrice diversa dal suo substrato e che agisce in un sito specifico della sua struttura, diverso dal sito attivo della stessa.
Il termine "allosterico" o "allosterismo" deriva dalle radici greche "allos", che significa "altro" e "stereós", che significa "forma" o "luogo"; quindi è letteralmente tradotto come "un altro spazio", "un altro luogo" o "un'altra struttura".
Schema grafico di una regolazione allosterica. (A) Sito attivo. (B) sito allosterico. (C) Substrato. (D) Inibitore. (E) Enzima. (Fonte: Isaac Webb tramite Wikimedia Commons)
Alcuni autori descrivono l'allosterismo come un processo mediante il quale i siti remoti in un sistema (la struttura di un enzima, per esempio) sono energeticamente accoppiati per produrre una risposta funzionale, motivo per cui si può presumere che un cambiamento in una regione possa influenzare qualsiasi altro in esso.
Questo tipo di regolazione è tipico degli enzimi che partecipano a più processi biologici noti, come la trasduzione del segnale, il metabolismo (anabolismo e catabolismo), la regolazione dell'espressione genica, tra gli altri.
Le prime idee sull'allosterismo e la sua partecipazione al controllo del metabolismo cellulare furono postulate negli anni '60 da F.Monod, F. Jacob e J. Changeux, mentre studiavano le vie biosintetiche di diversi amminoacidi, che furono inibiti dopo il accumulo di prodotti finali.
Sebbene la prima pubblicazione al riguardo avesse a che fare con la regolazione genetica, poco tempo dopo Monod, Wyman e Changeux hanno ampliato il concetto di allosterismo alle proteine con attività enzimatica e hanno proposto un modello basato su proteine multimeriche, basato principalmente sulle interazioni tra subunità. quando qualcuno di questi era attaccato a un effettore.
Molti dei concetti successivi avevano le loro basi nella teoria dell '"adattamento indotto" che era stata introdotta da Koshland alcuni anni prima.
Caratteristiche generali
In generale, tutti gli enzimi hanno due diversi siti per il legame del ligando: uno è noto come sito attivo, a cui si legano le molecole che funzionano come substrato (responsabile dell'attività biologica dell'enzima) e l'altro è noto come sito allosterico, che è specifico per altri metaboliti.
Questi "altri metaboliti" sono chiamati effettori allosterici e possono avere effetti positivi o negativi sulla velocità delle reazioni catalizzate dagli enzimi o sull'affinità con cui si legano ai loro substrati nel sito attivo.
Di solito, il legame di un effettore al sito allosterico di un enzima provoca un effetto in un altro sito della struttura, modificando la sua attività o le sue prestazioni funzionali.
Schema grafico della reazione di un enzima allosterico (Fonte: File: Enzyme allostery en.png: File: Enzyme allostery.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (talk). Lenov at en.wikipedia lavoro derivato: TimVickers (talk) derivative lavoro: Retama (parlare) lavoro derivato: KES47.
Sebbene ci siano migliaia di esempi di allosterismo o regolazione allosterica in natura, alcuni sono stati più importanti di altri. È il caso dell'emoglobina, che è stata una delle prime proteine descritte in modo approfondito sotto l'aspetto strutturale.
L'emoglobina è una proteina molto importante per molti animali, poiché è responsabile del trasporto di ossigeno attraverso il sangue dai polmoni ai tessuti. Questa proteina presenta una regolazione allosterica omotropica ed eterotropa allo stesso tempo.
L'allosterismo omotropico dell'emoglobina ha a che fare con il fatto che il legame di una molecola di ossigeno ad una delle subunità che la compongono influisce direttamente sull'affinità con cui la subunità adiacente si lega ad un'altra molecola di ossigeno, aumentandola (regolazione positiva o cooperativismo ).
Allosterismo eterotropo
L'allosterismo eterotropo, invece, è correlato agli effetti che sia il pH che la presenza di 2,3-difosfoglicerato hanno sul legame dell'ossigeno alle subunità di questo enzima, inibendolo.
L'aspartato transcarbamilasi o ATCasi, che partecipa alla via di sintesi della pirimidina, è anche uno degli esempi "classici" di regolazione allosterica. Questo enzima, che ha 12 subunità, di cui 6 cataliticamente attive e 6 regolatrici, è inibito eterotropicamente dal prodotto finale della via che conduce, la citidina trifosfato (CTP).
Operone lattosio
Il frutto delle prime idee di Monod, Jacob e Changeux è stato un articolo pubblicato da Jacob e Monod relativo all'operone lattosio di Escherichia coli i, che è uno degli esempi tipici di regolazione allosterica eterotropa a livello genetico.
La regolazione allosterica di questo sistema non è correlata alla capacità di un substrato di convertirsi in un prodotto, ma all'affinità di legame di una proteina con la regione del DNA dell'operatore.
Riferimenti
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