4.8: İşbirliğiyle Allosterik Geçişler

Proteinin her alt biriminin kendi ligand bağlama bölgesine sahip olduğu multimerik proteinlerde işbirliğiyle allosterik geçişler meydana gelebilir. Bir ligand bu alt birimlerden herhangi birine bağlandığında, diğer alt birimlerdeki bağlanma bölgelerini etkileyen konformasyonel bir değişikliği tetikler; bu, diğer bölgelerin ilgili ligandlara olan afinitesini değiştirebilir. Proteinin bağlanma bölgesinin şeklini değiştirme yeteneği, yapıdaki esnek ve stabil segmentlerin bir karışımının varlığına atfedilir. Bu değişikliği tetikleyen moleküle modülatör adı verilir.

Multimerik proteinlerdeki işbirliğini açıklamak için sıklıkla iki model kullanılır: tek adımlı ve sıralı model. Ya hep ya hiç modeli olarak da bilinen tek adımlı model, multimerik bir proteinin tüm alt birimlerinin aynı anda "açık" ve "kapalı" konformasyonlar arasında geçiş yaptığını varsayar. "Açık" formda bağlanma bölgeleri ilgili ligandlara karşı yüksek afiniteye sahiptir ve "kapalı" formda bağlanma bölgeleri düşük afiniteye sahiptir. Bir ligand alt birimlerden herhangi birine bağlandığında, yüksek afiniteli forma dönüşümü teşvik eder ve aynı anda proteinin diğer tüm bağlanma bölgelerinin konformasyonunu değiştirir. Bir ligand her iki forma da bağlanabilmesine rağmen, yüksek afiniteli formda bağlanması daha kolaydır.

Sıralı model, multimerik bir proteinin her bir alt biriminin, diğer alt birimlerin durumuna bakılmaksızın bağımsız olarak "açık" veya "kapalı" konformasyonda, yani düşük veya yüksek afiniteli formda var olabileceğini varsayar. Bir ligandın bir alt birime bağlanması, düşük ve yüksek afiniteli formlar arasındaki dengeyi değiştirerek alt birimin yüksek afiniteli formda olma olasılığını artırır. Ek olarak, bir alt birime bağlanan bir ligand, proteindeki diğer alt birimlerin dengesini değiştirir. Bu, bir ligand bağlandığında başka bir ligandın farklı bir alt birime bağlanma olasılığını artırır. Bu işbirliği, proteinin ligand konsantrasyonuna duyarlılığını arttırır. Tek bir bölgedeki ligand bağlanması, tüm protein molekülü üzerindeki afiniteyi değiştirebilir, böylece düşük konsantrasyonlarda hızlı bir tepkiye olanak sağlar.

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.