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4.8:

Transizioni allosteriche cooperative

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Cooperative Allosteric Transitions

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Molte proteine hanno subunità multiple dove ogni subunità contiene un sito di legame del ligando separato. Quando una molecola nota come modulatore si lega ad una delle subunità, attiva un cambiamento conformazionale nei siti di legame delle altre subunità, cambiando la loro affinità per i rispettivi ligandi. Questo processo é definito una transizione allosterica cooperativa e può essere spiegato tramite diversi modelli teorici.Il modello convenuto tutti-o-nessuno presuppone che tutte le subunità abbiano insieme un off o un on confermati. Il legame può avvenire in entrambe le forme, tuttavia, lo stato on ha un’affinità più elevata per il ligando rispetto allo stato off. Quando un ligando si lega ad una qualsiasi delle subunità, promuove la trasformazione simultanea di tutti i siti di legame alla forma ad alta affinità;può essere spiegato in modo cooperativo anche dal modello sequenziale, che presuppone che ogni subunità possa esistere indipendentemente in uno stato di alta o bassa affinità, ma è più probabile che sia nello stato di alta affinità quando il ligando è legato a una qualsiasi delle subunità.I siti di legame delle proteine allosteriche sono solitamente una miscela di segmenti flessibili e fissi della catena amminoacidica;quando un ligando si lega, queste parti instabili sono stabilizzate in una particolare conformazione, influenzando la forma dei siti di legame sulle altre subunità. L’emoglobina è un esempio di una proteina tetramerica che subisce una transizione allosterica cooperativa quando si lega all’ossigeno. ogni subunità di emoglobina ha un singolo sito di legame.quando una molecola di ossigeno si lega ad una singola subunità, aumenta cooperativamente l’affinità per l’ossigeno sui siti di legame rimanenti, rendendo più facile per l’ossigeno legarsi 00:01:52.110 00:01:57.500 ad una molecola di emoglobina che ha già ossigeno legato ad essa.

4.8:

Transizioni allosteriche cooperative

Cooperative allosteric transitions can occur in multimeric proteins, where each subunit of the protein has its own ligand-binding site. When a ligand binds to any of these subunits, it triggers a conformational change that affects the binding sites in the other subunits; this can change the affinity of the other sites for their respective ligands. The ability of the protein to change the shape of its binding site is attributed to the presence of a mix of flexible and stable segments in the structure.  A molecule that triggers this change is known as a modulator.

Two models are often used to explain cooperativity in multimeric proteins: the concerted and the sequential model. The concerted model, also known as the all-or-none model, hypothesizes that all the subunits of a multimeric protein  switch simultaneously between the “on” and “off” conformations. In the “on” form, the binding sites have a high affinity for their respective ligands, and in the “off” form, the binding sites have a low affinity. When a ligand binds to any one of the subunits, it promotes the conversion to the high-affinity form, simultaneously changing the conformation of all other binding sites of the protein. Although a ligand can bind to either form, it is easier for it to bind when in the high-affinity form.

The sequential model assumes that each subunit of a multimeric protein can exist independently in an “on” or “off” conformation, that is in either the low or high-affinity form, regardless of the state of the other subunits.  Binding of a ligand to a subunit changes the equilibrium between the low and high-affinity forms such that it is more likely for the subunit to be in high-affinity form.  Additionally, a ligand binding on one subunit shifts the equilibrium for the other subunits in the protein. This increases the likelihood that once one ligand is bound, another ligand will bind to a different subunit.  This cooperativity increases the sensitivity of the protein to ligand concentration. A ligand binding at a single site can change the affinity on the entire protein molecule, thereby enabling a rapid response at low concentrations.

Leitura Sugerida

  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