Alosterismo: aspectos gerais, funções e exemplos - Ciência - 2023

Contente

o alosterismo ou regulação alostérica é definida como o processo de inibição ou ativação de uma 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 "local"; portanto, é traduzido literalmente como "outro espaço", "outro lugar" ou "outra estrutura".

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 supor 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, ao estudar as vias biossintéticas de diferentes aminoácidos, que foram inibidas após o acúmulo de produtos finais.

Embora a primeira publicação a esse respeito tenha a ver com regulação genética, logo depois Monod, Wyman e Changeux ampliaram 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 dos ligantes: um é conhecido como sítio ativo, ao qual se ligam as moléculas que funcionam como substrato (responsáveis pela atividade biológica da enzima), 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.

Em outras palavras, a ligação de um efetor alostérico ao seu sítio específico na estrutura de uma enzima provoca uma alteração na geometria molecular da enzima, que é conhecida como transição alostérica, ou seja, é um evento que é transmitido ao longo a macromolécula, modificando seu comportamento.

O alosterismo pode ser homotrópico ou heterotrópico. Um processo de regulação alostérica homotrópica é definido como aquele em que o mesmo substrato de uma enzima atua como seu regulador alostérico, ou seja, o efetor alostérico é o mesmo substrato; também é conhecido como um tipo de cooperatividade.

Um processo de regulação heterotrópica, por outro lado, refere-se à regulação da atividade de uma enzima mediada por uma molécula alostérica ou efetora diferente de seu substrato, podendo também ter efeitos positivos ou negativos na atividade da enzima.

Características

O alosterismo, juntamente com a regulação da expressão gênica, tradução e degradação de proteínas, é um dos mecanismos fundamentais para a regulação de um grande número de processos orgânicos, o que é essencial para a manutenção da homeostase e para a sobrevivência de todos os seres vivos, unicelulares ou multicelulares.

A regulação alostérica ou alosterismo dá aos organismos vivos a capacidade de responder com grande sensibilidade às mudanças na concentração de ligantes reguladores, bem como de causar fenômenos rítmicos no nível celular.

Como os substratos energéticos e metabólicos são finitos em uma célula, o alosterismo permite, no campo metabólico, o uso moderado de recursos, evitando tanto os ciclos inúteis quanto o desperdício de energia para o processamento excessivo de substratos em condições de abundância ou de escassez.

Da mesma forma, esse mecanismo regulatório é de grande importância para os processos de sinalização celular, nos quais estão envolvidas muitas alterações conformacionais que são desencadeadas pela ligação de diferentes ligantes em locais específicos dos receptores em questão.

Exemplos de alosterismo

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 do oxigênio pelo sangue, desde os pulmões até os tecidos. Esta proteína exibe 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, é também 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 E. coli

O fruto das primeiras idéias de Monod, Jacob e Changeux foi um artigo publicado por Jacob e Monod relacionado ao operon da lactose de Escherichia coliEu, que é um dos exemplos típicos de regulação alostérica heterotrópica no nível genético.

A regulação alostérica desse sistema não está relacionada à capacidade de converter um substrato em um produto, mas à afinidade de ligação de uma proteína à região operadora do DNA.

Referências

Changeux, J. P., & Edelstein, S. J. (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, E. J. (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, E. R. (2003). O papel da dinâmica na regulação alostérica. Opinião atual em biologia estrutural, 13 (6), 748-757.
Laskowski, R. A., Gerick, F., & Thornton, J. M. (2009). A base estrutural da regulação alostérica em proteínas. FEBS letters, 583 (11), 1692-1698.
Mathews, C. K., Van Holde, K. E., & Ahern, K. G. (2000). Biochemistry, ed. São Francisco, Califórnia.