O alosterismo ou regulação alostérica é definido como o processo de inibição ou ativação de enzima mediado por uma molécula reguladora diferente de seu substrato e que atua em um sítio específico de sua estrutura, diferente de seu sítio ativo.
O termo "alostérico" ou "alosterismo" vem das raízes gregas "allos", que significa "outro" e "stereós", que significa "forma" ou "lugar"; portanto, é traduzido literalmente como "outro espaço", "outro lugar" ou "outra estrutura".
Diagrama gráfico de uma regulação alostérica. (A) Site ativo. (B) Local alostérico. (C) Substrato. (D) Inibidor. (E) Enzima. (Fonte: Isaac Webb Via Wikimedia Commons)
Alguns autores descrevem o alosterismo como um processo pelo qual locais remotos em um sistema (a estrutura de uma enzima, por exemplo) são energeticamente acoplados para produzir uma resposta funcional, razão pela qual se pode assumir que uma mudança em uma região pode afetar qualquer outro nele.
Esse tipo de regulação é típico de enzimas que participam de múltiplos processos biológicos conhecidos, como transdução de sinais, metabolismo (anabolismo e catabolismo), regulação da expressão gênica, entre outros.
As primeiras ideias sobre o alosterismo e sua participação no controle do metabolismo celular foram postuladas na década de 1960 por F. Monod, F. Jacob e J. Changeux, enquanto estudavam as vias biossintéticas de diferentes aminoácidos, que eram inibidas após o acúmulo de produtos finais.
Embora a primeira publicação a esse respeito tivesse a ver com regulação genética, logo depois Monod, Wyman e Changeux expandiram o conceito de alosterismo para proteínas com atividade enzimática e propuseram um modelo baseado em proteínas multiméricas, baseado principalmente nas interações entre subunidades. quando qualquer um deles foi anexado a um efetor.
Muitos dos conceitos posteriores tiveram seus fundamentos na teoria do "ajuste induzido", introduzida por Koshland alguns anos antes.
Aspectos gerais
Em geral, todas as enzimas têm dois sítios diferentes para a ligação do ligante: um é conhecido como o sítio ativo, ao qual as moléculas que funcionam como substrato (responsáveis pela atividade biológica da enzima) se ligam, e o outro é conhecido como sítio alostérico, que é específico para outros metabólitos.
Esses "outros metabólitos" são chamados de efetores alostéricos e podem ter efeitos positivos ou negativos na taxa de reações catalisadas por enzimas ou na afinidade com a qual se ligam a seus substratos no sítio ativo.
Normalmente, a ligação de um efetor ao sítio alostérico de uma enzima causa um efeito em outro sítio da estrutura, modificando sua atividade ou seu desempenho funcional.
Esquema gráfico da reação de uma enzima alostérica (Fonte: Arquivo: Enzyme allostery en.png: Arquivo: Enzyme allostery.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (). Lenov em en.wikipediatrabalho derivado: TimVickers (falar) derivado trabalho: Retama () trabalho derivado: KES47.
Embora existam milhares de exemplos de alosterismo ou regulação alostérica na natureza, alguns foram mais proeminentes do que outros. É o caso da hemoglobina, que foi uma das primeiras proteínas descritas em profundidade no aspecto estrutural.
A hemoglobina é uma proteína muito importante para muitos animais, pois é responsável pelo transporte de oxigênio pelo sangue, desde os pulmões até os tecidos. Esta proteína apresenta regulação alostérica homotrópica e heterotrópica ao mesmo tempo.
O alosterismo homotrópico da hemoglobina tem a ver com o fato de que a ligação de uma molécula de oxigênio a uma das subunidades que a compõem afeta diretamente a afinidade com que a subunidade adjacente se liga a outra molécula de oxigênio, aumentando-a (regulação positiva ou cooperativismo)
Alosterismo heterotrópico
O alosterismo heterotrópico, por outro lado, está relacionado aos efeitos que tanto o pH quanto a presença do 2,3-difosfoglicerato têm na ligação do oxigênio às subunidades dessa enzima, inibindo-o.
Aspartato transcarbamilase ou ATCase, que participa da via de síntese da pirimidina, também é um dos exemplos "clássicos" de regulação alostérica. Essa enzima, que possui 12 subunidades, das quais 6 são cataliticamente ativas e 6 são regulatórias, é inibida heterotropicamente pelo produto final da via que conduz, o trifosfato de citidina (CTP).
Operon lactose
O fruto das primeiras idéias de Monod, Jacob e Changeux foi um artigo publicado por Jacob e Monod relacionado ao operon lactose de Escherichia coli i, que é um dos exemplos típicos de regulação alostérica heterotrópica em nível genético.
A regulação alostérica desse sistema não está relacionada à capacidade de um substrato se converter em um produto, mas à afinidade de ligação de uma proteína à região operadora do DNA.
Referências
- Changeux, JP e Edelstein, SJ (2005). Mecanismos alostéricos de transdução de sinal. Science, 308 (5727), 1424-1428.
- Goldbeter, A., & Dupont, G. (1990). Regulação alostérica, cooperatividade e oscilações bioquímicas. Biofísica química, 37 (1-3), 341-353.
- Jiao, W., & Parker, EJ (2012). Usando uma combinação de técnicas computacionais e experimentais para entender a base molecular da alosteria de proteínas. Em Advances in Protein Chemical and Structural Biology (Vol. 87, pp. 391-413). Academic Press.
- Kern, D., & Zuiderweg, ER (2003). O papel da dinâmica na regulação alostérica. Opinião atual em biologia estrutural, 13 (6), 748-757.
- Laskowski, RA, Gerick, F., & Thornton, JM (2009). A base estrutural da regulação alostérica em proteínas. FEBS letters, 583 (11), 1692-1698.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biochemistry, ed. São Francisco, Califórnia.