L' allostérisme ou régulation allostérique est défini comme le processus d'inhibition ou d'activation de l'enzyme médiée par une molécule régulatrice différente de son substrat et qui agit sur un site spécifique de sa structure, différent de son site actif.
Le terme «allostérique» ou «allostérisme» vient des racines grecques «allos», qui signifie «autre» et «stéréós», qui signifie «forme» ou «lieu»; il est donc traduit littéralement par «un autre espace», «un autre lieu» ou «une autre structure».
Schéma graphique d'une régulation allostérique. (A) Site actif. (B) Site allostérique. (C) Substrat. (D) Inhibiteur. (E) Enzyme. (Source: Isaac Webb via Wikimedia Commons)
Certains auteurs décrivent l'allostérisme comme un processus par lequel des sites distants d'un système (la structure d'une enzyme, par exemple) sont couplés énergiquement pour produire une réponse fonctionnelle, c'est pourquoi on peut supposer qu'un changement dans une région peut affecter tout autre dedans.
Ce type de régulation est typique des enzymes qui participent à de multiples processus biologiques connus, tels que la transduction du signal, le métabolisme (anabolisme et catabolisme), la régulation de l'expression génique, entre autres.
Les premières idées sur l'allostérisme et sa participation au contrôle du métabolisme cellulaire ont été postulées dans les années 1960 par F. Monod, F. Jacob et J. Changeux, alors qu'ils étudiaient les voies de biosynthèse de différents acides aminés, qui ont été inhibés après la accumulation de produits finis.
Bien que la première publication à cet égard ait trait à la régulation génétique, peu de temps après, Monod, Wyman et Changeux ont étendu le concept d'allostérisme aux protéines à activité enzymatique et ont proposé un modèle basé sur des protéines multimères, basé principalement sur les interactions entre sous-unités. lorsque l'un d'entre eux était attaché à un effecteur.
Bon nombre des concepts ultérieurs avaient leurs fondements dans la théorie de «l'ajustement induit» qui a été introduite par Koshland quelques années plus tôt.
Aspects généraux
En général, toutes les enzymes ont deux sites différents pour la liaison du ligand: l'un est connu comme le site actif, auquel se lient les molécules qui fonctionnent comme substrat (responsable de l'activité biologique de l'enzyme), et l'autre est connu sous le nom de site allostérique, qui est spécifique d'autres métabolites.
Ces «autres métabolites» sont appelés effecteurs allostériques et peuvent avoir des effets positifs ou négatifs sur la vitesse des réactions catalysées par des enzymes ou sur l'affinité avec laquelle ils se lient à leurs substrats au site actif.
Habituellement, la liaison d'un effecteur dans le site allostérique d'une enzyme provoque un effet dans un autre site de la structure, modifiant son activité ou ses performances fonctionnelles.
Schéma graphique de la réaction d'une enzyme allostérique (Source: File: Enzyme allostery en.png: File: Enzyme allostery.png: Allostery.png: Nicolas Le Novere (talk). Lenov at en.wikipediaderivative work: TimVickers (talk) travail: Retama (talk) travail dérivé: KES47.
Bien qu'il existe des milliers d'exemples d'allostérisme ou de régulation allostérique dans la nature, certains ont été plus importants que d'autres. C'est le cas de l'hémoglobine, qui a été l'une des premières protéines décrites en profondeur sous l'aspect structurel.
L'hémoglobine est une protéine très importante pour de nombreux animaux, car elle est responsable du transport de l'oxygène à travers le sang des poumons vers les tissus. Cette protéine présente à la fois une régulation allostérique homotrope et hétérotrope.
L'allostérisme homotrope de l'hémoglobine a à voir avec le fait que la liaison d'une molécule d'oxygène à l'une des sous-unités qui la composent affecte directement l'affinité avec laquelle la sous-unité adjacente se lie à une autre molécule d'oxygène, en l'augmentant (régulation positive ou coopérativisme).
Allostérisme hétérotrope
L'allostérisme hétérotrope, d'autre part, est lié aux effets que le pH et la présence de 2,3-diphosphoglycérate ont sur la liaison de l'oxygène aux sous-unités de cette enzyme, l'inhibant.
L'aspartate transcarbamylase ou ATCase, qui participe à la voie de synthèse de la pyrimidine, est également l'un des exemples «classiques» de régulation allostérique. Cette enzyme, qui comporte 12 sous-unités, dont 6 sont catalytiquement actives et 6 sont régulatrices, est inhibée de manière hétérotropique par le produit final de la voie qu'elle conduit, le cytidine triphosphate (CTP).
Opéron lactose
Le fruit des premières idées de Monod, Jacob et Changeux est un article publié par Jacob et Monod relatif à l'opéron lactose d'Escherichia coli i, qui est l'un des exemples typiques de régulation allostérique hétérotrope au niveau génétique.
La régulation allostérique de ce système n'est pas liée à la capacité d'un substrat à se convertir en un produit, mais à l'affinité de liaison d'une protéine à la région d'ADN de l'opérateur.
Références
- Changeux, JP et Edelstein, SJ (2005). Mécanismes allostériques de transduction du signal. Science, 308 (5727), 1424-1428.
- Goldbeter, A. et Dupont, G. (1990). Régulation allostérique, coopérativité et oscillations biochimiques. Chimie biophysique, 37 (1-3), 341-353.
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