알로 스테 릭 효소 : 특성, 작용 메커니즘, 예 - 생물학 - 2025

알로 스테 릭 효소 (그리스어 : 알로 상이한 + 스테레오, 3 차원 공간)이 간접적 인 상호 작용이 기판 규제 분자 (리간드)의 결합에 의해, 다른 지형적 위치 사이에서 발생하는 단백질이다.

리간드의 특정 부위에 대한 결합은 효소의 다른 (알로 스테 릭) 부위에 대한 또 다른 효과기 리간드 (또는 조절 자 리간드)의 결합에 의해 영향을받습니다. 이것은 알로 스테 릭 상호 작용 또는 협력 상호 작용으로 알려져 있습니다.

효소의 예. 출처 : Thomas Shafee

이펙터 리간드가 효소에 대한 다른 리간드의 결합 친 화성을 증가 시키면 협력 성은 양성입니다. 친화력이 감소하면 협력 성은 부정적입니다. 두 개의 동일한 리간드가 협력 적 상호 작용에 참여하면 효과는 동형이고 두 리간드가 다른 경우 효과는 이방성입니다.

협력 적 상호 작용은 3 차 및 4 차 구조 수준에서 효소의 분자 구조에 가역적 인 변화를 일으 킵니다. 이러한 변경을 구조적 변경이라고합니다.

역사

알로 스테 릭 상호 작용의 개념은 50 년 전에 등장했습니다. 시간이 지남에 따라 진화했습니다.

-1903 년에 헤모글로빈과 산소의 결합에 대한 S 자 곡선이 관찰되었습니다.

1,910 -in, O의 S 자형 곡선 ₂ 결합 헤모글로빈 수학적 힐 방정식을 이용하여 설명 하였다.

-1954 년 Novick과 Szilard는 대사 경로의 시작 부분에 위치한 효소가이 경로의 최종 생성물에 의해 억제된다는 것을 보여주었습니다.

-1956 년, Umbarger는 L- 이소류신 생합성 경로의 첫 번째 효소 인 L- 트레오닌 데 아미나 제가 L- 이소류신에 의해 억제되었으며, 쌍곡선 곡선으로 전형적인 Michaelis-Menten 동역학을 나타내지 않음을 발견했습니다. 오히려 그것은 S 자 곡선을 가졌습니다.

-1963 년 Perutz et al., X 선을 통해 헤모글로빈이 산소와 결합 할 때 구조 변화를 발견했습니다. Monod와 Jacob은 규제 사이트의 이름을 "알로 스테 릭 사이트"로 변경했습니다.

-1965 년 Monod, Wyman 및 Changeux는 알로 스테 릭 상호 작용을 설명하기 위해 대칭 모델 또는 MWC 모델 (Monod, Wyman 및 Changeux의 초기 문자)을 제안했습니다.

-1966 년 Koshland, Nemethy 및 Filmer는 알로 스테 릭 상호 작용을 설명하기 위해 순차 또는 유도 결합 모델 또는 KNF 모델을 제안했습니다.

-1988 년, 아스 파르 테이트 트랜스 카르 바 밀라 아제의 X- 선 구조는 Monod, Wyman 및 Changeux가 가정 한 대칭 모델을 입증했습니다.

-1990 년대에는 돌연변이, 공유 변형 및 pH 변화가 알로 스테 릭 이펙터로 간주되었습니다.

-1996 년 lac repressor의 X-ray 구조는 알로 스테 릭 전이를 보여주었습니다.

행동 메커니즘 및 예

-알로 스테 릭 조절의 MWC 및 KNF 모델의 특성

MWC 모델

MWC 모델의 원래 가설은 다음을 제안했습니다 (Monod, Wyman, Changeux, 1965).

알로 스테 릭 단백질은 대칭 적으로 관련된 프로토 머로 구성된 올리고머입니다. 프로토 머는 폴리펩티드 사슬 또는 하위 단위로 구성됩니다.

올리고머는 적어도 두 가지 형태 상태 (R 및 T)를 갖는다. (4 차 구조의) 두 상태는 결합 된 리간드가 있거나없는 상태에서 자발적으로 평형을 설정합니다.

한 상태에서 다른 상태로 전이가 발생하면 대칭이 유지되고 리간드에 대한 부위 (또는 여러) 입체 특이 적 부위의 친 화성이 변경됩니다.

이러한 방식으로, 리간드의 협력 적 결합은 서브 유닛 간의 협력 적 상호 작용에 따른다.

KNF 모델

KNF 모델 가설은 다음을 제안했습니다 (Koshland, Nemethy, Filmer, 1966) : 리간드 결합은 서브 유닛에서 3 차 구조의 변화를 생성합니다. 이러한 형태의 변화는 인접한 서브 유닛에 영향을 미칩니다.

단백질 리간드의 결합 친화 성은 함께 보유하는 리간드의 수에 따라 다릅니다. 따라서 알로 스테 릭 단백질은 중간 상태를 포함하는 여러 입체 구조 상태를 가지고 있습니다.

지난 50 년 동안 MWC 및 KNF 모델은 생화학 및 구조 연구를 통해 평가되었습니다. 효소를 포함한 수많은 알로 스테 릭 단백질은 예외가 있지만 MWC 모델에서 제안 된 것을 준수하는 것으로 나타났습니다.

MWC 모델 및 알로 스테 릭 효소 (또는 알로 스테 릭 조절 효소)

알로 스테 릭 효소는 비알로 스테 릭 효소보다 더 크고 복잡합니다. Aspartate transcarbamylase (Asp transcarbamylase 또는 ATCase) 및 phosphofructokinase-1 (PFK-1)은 MWC 모델을 준수하는 알로 스테 릭 효소의 전형적인 예입니다.

AT 하우스

ATCase는 피리 미딘 뉴클레오타이드 생합성 경로 (CTP 및 UTP)의 첫 번째 반응을 촉매하고 Asp를 기질로 사용합니다. ATCase의 구조는 촉매 및 조절 하위 단위로 구성됩니다. ATCase는 두 가지 형태 적 상태 R과 T를 가지고 있습니다.이 두 상태 사이의 대칭은 보존됩니다.

ATCase의 동역학 (다른 농도의 아스파 테이트를 사용한 ATCase의 초기 속도)은 시그 모이 드 곡선이 특징입니다. 이것은 ATCasa가 협력적인 행동을하고 있음을 나타냅니다.

ATCase는 CTP에 의해 억제되는 피드백입니다. CTP가있는 경우 ATCase의 시그 모이 드 곡선은 CTP가없는 경우 ATCase의 시그 모이 드 곡선의 오른쪽에 있습니다. Michaelis-Menten 상수 (K _m ) 값의 증가가 입증되었습니다 .

즉, CTP 가있는 경우 ATCase는 CTP가없는 경우 ATCase에 비해 최대 속도 (V _max )의 절반에 도달하기 위해 더 높은 농도의 아스 파르 테이트가 필요합니다 .

결론적으로, CTP는 아스 파르 테이트에 대한 ATCase의 친 화성을 감소시키기 때문에 이방성 네거티브 알로 스테 릭 이펙터이다. 이 동작을 부정적인 협력 성이라고합니다.

PFK – 1

PFK-1은 해당 과정의 세 번째 반응을 촉매합니다. 이 반응은 ATP에서 과당 6- 인산으로의 인산염 그룹의 이동으로 구성됩니다. PFK-1의 구조는 4 량체로, 두 개의 입체 형태 상태 R과 T를 나타냅니다.이 두 상태 사이의 대칭은 보존됩니다.

PFK-1의 동역학 (과당 6- 포스페이트의 농도가 다른 초기 속도)은 시그 모이 드 곡선을 나타냅니다. PFK-1은 ATP, AMP 및 frutose-2,6-bisphosphate에 의해 복잡한 알로 스테 릭 조절을받습니다.

고농도의 ATP가있을 때 PFK-1의 시그 모이 드 곡선은 낮은 농도의 ATP에서 시그 모이 드 곡선의 오른쪽에 있습니다 (그림 4). Michaelis-Menten 상수 (K _m ) 값의 증가가 입증되었습니다 .

고농도의 ATP가있는 경우 PFK-1은 최대 속도 (V _max )의 절반에 도달하기 위해 더 높은 농도의 과당 6- 인산이 필요합니다 .

결론적으로, ATP는 기질이 될뿐만 아니라 과당 6- 포스페이트에 대한 PFK-1의 친 화성을 감소시키기 때문에 네거티브 이종 알로 스테 릭 이펙터이다.

AMP가있는 경우 PFK-1의 시그 모이 드 곡선은 ATP가있는 경우 PFK-1의 시그 모이 드 곡선의 왼쪽에 있습니다. 즉, AMP는 ATP의 억제 효과를 제거합니다.

AMP가있는 경우 PFK-1은 최대 속도 (V _max )의 절반에 도달하기 위해 더 낮은 농도의 과당 6- 인산이 필요합니다 . 이것은 Michaelis-Menten 상수 (K _m ) 의 값이 감소한다는 사실에서 나타납니다 .

결론적으로 AMP는 과당 6- 포스페이트에 대한 PFK-1의 결합 친 화성을 증가시키기 때문에 양성 이방성 알로 스테 릭 이펙터입니다. Frutose-2,6-bisphosphate (F2,6BP)는 PFK-1의 강력한 알로 스테 릭 활성화 제이며 (그림 5), 그 행동은 AMP와 유사합니다.

MWC 모델은 일반적이지만 보편적이지 않습니다.

PDB (Protein data bank)에 저장된 전체 단백질 구조 중 절반은 올리고머이고 나머지 절반은 모노머입니다. 협동성은 다중 리간드 또는 다중 서브 유닛의 조립을 필요로하지 않는 것으로 나타났습니다. 이것은 글루코 키나아제 및 기타 효소의 경우입니다.

글루코 키나아제는 단량체이고 폴리펩티드 사슬을 가지고 있으며 증가 된 혈당 농도에 반응하여 S 자 동역학을 나타냅니다 (Porter and Miller, 2012; Kamata et al., 2004).

단량체 효소의 협력 역학을 설명하는 여러 모델이 있습니다. 즉, 니모닉 모델, 리간드 유도 느린 전이 모델, 생체 분자 반응에서 기질의 무작위 추가, 느린 형태 변화 유형 등이 있습니다.

글루코 키나아제의 구조에 대한 연구는 니모닉 모델을 뒷받침했습니다.

보통 인간의 글루코 키나아제는 K의이 _m 당 8 mm의합니다. 이 값은 혈당 농도에 가깝습니다.

소아 내성 고 인슐린 혈증 (PHHI)으로 고통받는 환자가 있습니다. 이러한 환자의 글루코 낮은 K를 갖는 _m 정상 glucokinases보다 포도당을하고 협동성은 크게 감소된다.

결과적으로,이 환자들은 과다 활동적인 글루코 키나아제 변이체를 가지고 있으며, 심각한 경우 치명적일 수 있습니다.

allosterism의 응용

Allostry와 촉매 작용은 밀접하게 연결되어 있습니다. 이로 인해 알로 스테 릭 효과는 리간드 결합, 리간드 방출과 같은 촉매 작용 특성에 영향을 미칠 수 있습니다.

알로 스테 릭 결합 부위는 신약의 표적이 될 수 있습니다. 알로 스테 릭 이펙터가 효소의 기능에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 알로 스테 릭 부위의 확인은 효소 기능을 향상시키는 약물 발견의 첫 번째 단계입니다.

참고 문헌

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