Back to chapter

4.8:

Kooperatif Allosterik Geçişler

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
Cooperative Allosteric Transitions

Languages

Share

Birçok proteinde, her birinde ayrı bir ligand bağlanma yeri bulunan alt birimler vardır. Modülatör olarak adlandırılan bir molekül, alt birimlerden birine bağlandığında, diğer alt birimlerin bağlanma yerlerinde konformasyonel bir değişikliği tetikleyerek, bunların ilgili ligandları için afinitesini değiştirir. Bu, işbirlikçi allosterik geçiş olarak adlandırılır ve birçok teorik modelle açıklanabilir.Toplu düzenlenme veya ya hep ya hiç”modeli, tüm alt birimlerin hep birlikte kapalı veya açık yapıda olduğunu varsayar. Bağlanma her iki şekilde de gerçekleşebilir. Bununla birlikte, açık durumu kapalı duruma göre ligand için daha yüksek bir afiniteye sahiptir.Bir ligand, alt birimlerin herhangi birine bağlandığında, tüm bağlanma yerlerinin aynı anda yüksek afinite formuna dönüşmesini sağlar. İşbirliği, her bir alt birimin bağımsız olarak yüksek veya düşük afinite durumunda olabileceğini, ancak ligand alt birimlerden birine bağlandığında yüksek afinite durumunda olma olasılığının daha yüksek olduğunu varsayan, sırasal düzenleme modeli ile de açıklanabilir. Allosterik proteinlerin bağlanma yerleri genellikle, amino asit zincirinin esnek ve sabit segmentlerinin bir karışımıdır.Bir ligand bağlandığında, bu kararsız parçalar belirli bir konformasyonda kararlılaşır. Ve bu, diğer alt birimlerdeki bağlanma yerlerinin şeklini etkiler. Hemoglobin, oksijen bağlandığında işbirlikçi bir allosterik geçişe uğrayan, bir tetramerik protein örneğidir.Her hemoglobinin alt biriminin tek bir bağlanma yeri vardır. Bir oksijen molekülü tek bir alt birime bağlandığında, işbirliği, geri kalan bağlanma yerlerindeki oksijene olan afiniteyi arttırır;bu da oksijenin zaten kendisine bağlı oksijen bulunan bir hemoglobin molekülüne bağlanmasını kolaylaştırır.

4.8:

Kooperatif Allosterik Geçişler

Kooperatif allosterik geçişler, proteinin her bir alt biriminin kendi ligand bağlama bölgesine sahip olduğu multimerik proteinlerde meydana gelebilir. Bir ligand bu alt birimlerden herhangi birine bağlandığında, diğer alt birimlerdeki bağlanma bölgelerini etkileyen konformasyonel bir değişikliği tetikler; bu diğer bölgelerin kendi ligandları için afinitesini değiştirebilir. Proteinin bağlanma bölgesinin şeklini değiştirme yeteneği, yapıda esnek ve kararlı segmentlerin bir karışımının varlığına atfedilir. Bu değişikliği tetikleyen bir molekül modülatör olarak bilinir.

Multimerik proteinlerde kooperatifliği açıklamak için genellikle iki model kullanılır: uyumlu ve sıralı model. Hepsi-ya da-hiçbiri modeli olarak da bilinen uyumlu model, multimerik bir proteinin tüm alt birimlerinin aynı anda "açık" ve "kapalı" konformasyonlar arasında geçiş yaptığını varsayar. "Açık" formda bağlanma bölgeleri kendi ligandları için yüksek bir afiniteye sahiptir ve "kapalı" formda bağlanma bölgeleri düşük bir afiniteye sahiptir. Bir ligand alt birimlerden herhangi birine bağlandığında proteinin diğer tüm bağlanma bölgelerinin konformasyonunu aynı anda değiştirerek yüksek afiniteli forma dönüşümü teşvik eder. Bir ligand her iki forma da bağlanabilse de yüksek afiniteli formda olduğunda bağlanması daha kolaydır.

Sıralı model multimerik bir proteinin her bir alt biriminin diğer alt birimlerin durumundan bağımsız olarak düşük veya yüksek afiniteli formda olan bir "açık" veya "kapalı" konformasyonda bağımsız olarak var olabileceğini varsayar. Bir ligandın bir alt birime bağlanması düşük ve yüksek afiniteli formlar arasındaki dengeyi değiştirir böylece alt birimin yüksek afiniteli formda olması daha olasıdır. Ek olarak bir alt birime bağlanan ligand proteindeki diğer alt birimler için dengeyi değiştirir. Bir ligand bağlandığında başka bir ligand farklı bir alt birime bağlanma olasılığını artırır. Bu işbirliği proteinin ligand konsantrasyonuna duyarlılığını arttırır. Tek bir bölgede bir ligand bağlanması tüm protein molekülü üzerindeki afiniteyi değiştirebilir böylece düşük konsantrasyonlarda hızlı bir tepki sağlar.

Suggested Reading

  1. Cornish‐Bowden, A. (2014), Understanding allosteric and cooperative interactions in enzymes. FEBS J, 281: 621-632. doi:10.1111/febs.12469
  2. Alberts et al., 6th edition; pages 152-153
  3. Lehninger Principles of Biochemistry, 5th edition, pages 162,165