एलोस्टेरिक विनियमन

एलोस्टेरिक विनियमन एक एंजाइम की गतिविधि का नियंत्रण है जो एक ऐसे अणु द्वारा होता है जो सक्रिय स्थल के अलावा किसी अन्य स्थल पर बंधता है। इस प्रभावक (effector) के बंधन से एंजाइम का आकार बदल जाता है और इसलिए इसकी उत्प्रेरक गतिविधि भी बदल जाती है, जिससे मार्ग (pathways) अंत उत्पाद के संचय जैसे संकेतों पर तेजी से प्रतिक्रिया कर पाते हैं। एलोस्टेरी कोशिकाओं द्वारा चयापचय को समायोजित करने के सबसे तेज़ और सबसे व्यापक तरीकों में से एक है।

Definition

एलोस्टेरिक विनियमन एक एंजाइम की उत्प्रेरक गतिविधि का मॉड्यूलेशन है जो सक्रिय स्थल से भिन्न स्थल पर एक प्रभावक अणु के बंधन से होता है, जो एंजाइम के संरूपण (conformation) को बदलता है और इस प्रकार सब्सट्रेट के लिए इसकी आत्मीयता या इसके उत्प्रेरण की दर को बदलता है।

Scope

यह प्रविष्टि एलोस्टेरिक स्थलों और प्रभावकों की परिभाषा, बहु-उपइकाई एंजाइमों में सहयोगात्मक बंधन (cooperative binding), दो क्लासिक मात्रात्मक मॉडल (समन्वित और अनुक्रमिक), और विहित जैविक भूमिका के रूप में फीडबैक अवरोधन (feedback inhibition) को शामिल करती है। यह एलोस्टेरी को एंजाइमोलॉजी में एक विषय के रूप में मानती है और नैदानिक या औषधीय मार्गदर्शन नहीं देती है।

Core questions

• एक स्थल पर बंधन दूरस्थ सक्रिय स्थल पर गतिविधि को कैसे बदल सकता है?
• कई विनियमित एंजाइम अतिपरवलयिक (hyperbolic) के बजाय सिग्मॉइडल काइनेटिक्स क्यों दिखाते हैं?
• समन्वित और अनुक्रमिक मॉडल सहकारिता को अलग-अलग तरीके से कैसे समझाते हैं?
• फीडबैक अवरोधन मार्गों को संतुलित रखने के लिए एलोस्टेरी का उपयोग कैसे करता है?

Key concepts

• एलोस्टेरिक स्थल बनाम सक्रिय स्थल
• एलोस्टेरिक प्रभावक (सक्रियक और अवरोधक)
• सहकारिता और सिग्मॉइडल काइनेटिक्स
• तनावग्रस्त (T) और शिथिल (R) अवस्थाएँ
• होमोट्रोपिक और हेटेरोट्रोपिक प्रभाव
• फीडबैक (अंत-उत्पाद) अवरोधन

Key theories

समन्वित (MWC) मॉडल

मोनोड, वायमन और चेंजक्स ने प्रस्तावित किया कि एक सममित ओलिगोमर सभी उपइकाइयों को एक साथ तनावग्रस्त (कम-आत्मीयता) और शिथिल (उच्च-आत्मीयता) अवस्था के बीच स्विच करता है, जिसमें प्रभावक दोनों अवस्थाओं के बीच पूर्व-मौजूदा संतुलन को स्थानांतरित करते हैं।

अनुक्रमिक (KNF) मॉडल

कोशलैंड, नेमेथी और फिल्मर ने प्रस्तावित किया कि लिगैंड बंधन एक उपइकाई में एक संरूपणात्मक परिवर्तन को प्रेरित करता है जो पड़ोसी उपइकाइयों को उत्तरोत्तर बदलता है, जिससे मध्यवर्ती अवस्थाएँ और सहकारिता का एक वर्गीकृत रूप संभव होता है।

Mechanisms

एक एलोस्टेरिक एंजाइम में इसके उत्प्रेरक स्थल से अलग एक या एक से अधिक नियामक स्थल होते हैं। जब एक प्रभावक एक नियामक स्थल से बंधता है, तो यह प्रोटीन के एक विशेष संरूपण को स्थिर करता है, जिससे उच्च- और निम्न-गतिविधि अवस्थाओं के बीच संतुलन बदल जाता है और इस प्रकार सब्सट्रेट कितनी आसानी से बंधता है या परिवर्तित होता है, यह बदल जाता है। बहु-उपइकाई एंजाइमों में यह युग्मन सहकारिता (cooperativity) उत्पन्न करता है, ताकि एक उपइकाई से सब्सट्रेट का बंधन दूसरों को प्रभावित करता है और दर-बनाम-सब्सट्रेट वक्र सिग्मॉइडल हो जाता है। दो सीमित विवरणों का उपयोग किया जाता है: समन्वित मॉडल (concerted model), जिसमें सभी उपइकाइयाँ एक ही संतुलन के आसपास एक साथ अवस्था बदलती हैं, और अनुक्रमिक मॉडल (sequential model), जिसमें बंधन क्रमिक परिवर्तनों को प्रेरित करता है जो मिश्रित अवस्थाओं की अनुमति देते हैं। जैविक रूप से, एलोस्टेरी फीडबैक अवरोधन का आधार है, जहाँ एक मार्ग का अंत उत्पाद एक प्रारंभिक एंजाइम से बंधता है और अपने स्वयं के उत्पादन को धीमा कर देता है, और यह एएमपी-सक्रिय प्रोटीन किनेज (AMP-activated protein kinase) जैसे सेंसर को कोशिका की ऊर्जा स्थिति पर प्रतिक्रिया करने देता है।

Clinical relevance

एलोस्टेरिक तंत्र चयापचय विनियमन के बहुत से आधार हैं और एलोस्टेरिक दवाओं द्वारा उनका उपयोग किया जाता है, इसलिए यह अवधारणा चिकित्सा में जैव रसायन को समझने के लिए मौलिक है। यह प्रविष्टि संदर्भ के लिए एलोस्टेरी के आणविक तर्क को समझाती है और निदान या उपचार के निर्णयों का आधार नहीं है।

History

एलोस्टेरी की अवधारणा 1960 के दशक की शुरुआत में यह समझाने के लिए की गई थी कि कुछ विनियमित एंजाइम सरल माइकलिस-मेंटेन काइनेटिक्स (Michaelis-Menten kinetics) का पालन क्यों नहीं करते थे और उनके सब्सट्रेट से संरचनात्मक रूप से असंबंधित अणुओं द्वारा उन्हें कैसे बाधित किया जा सकता था। मोनोड, वायमन और चेंजक्स का 1965 का समन्वित मॉडल (concerted model) ने इस विचार को एक मात्रात्मक रूप दिया, और कोशलैंड, नेमेथी और फिल्मर का 1966 का अनुक्रमिक मॉडल (sequential model) ने सहकारिता का एक वैकल्पिक विवरण प्रस्तुत किया। तब से दोनों मॉडलों ने विनियमित एंजाइमों के अध्ययन के दशकों को आकार दिया है और एंजाइमोलॉजी में संदर्भ बिंदु बने हुए हैं।

Debates

सहकारिता के समन्वित बनाम अनुक्रमिक मॉडल

MWC और KNF मॉडल इस बारे में अलग-अलग धारणाएँ बनाते हैं कि उपइकाइयाँ कैसे संरूपण बदलती हैं; वास्तविक एंजाइम अक्सर दोनों के बीच मध्यवर्ती व्यवहार दिखाते हैं, और कौन सा ढाँचा किसी दिए गए एंजाइम का सबसे अच्छा वर्णन करता है, यह विश्लेषण का एक क्लासिक बिंदु बना हुआ है।

Key figures

• Jacques Monod
• Jeffries Wyman
• Jean-Pierre Changeux
• Daniel Koshland

Seminal works

• monod-1965
• koshland-1966

Frequently asked questions

एलोस्टेरिक स्थल और सक्रिय स्थल में क्या अंतर है?

सक्रिय स्थल वह जगह है जहाँ उत्प्रेरण होता है; एक एलोस्टेरिक स्थल एक अलग स्थान है जहाँ एक नियामक अणु एंजाइम के आकार को बदलने और इस प्रकार उसकी गतिविधि को बदलने के लिए बंधता है।

एलोस्टेरिक एंजाइम अक्सर सिग्मॉइडल (S-आकार का) गतिविधि वक्र क्यों देते हैं?

क्योंकि एक उपइकाई पर बंधन सहयोगात्मक रूप से दूसरों को प्रभावित करता है, एंजाइम सब्सट्रेट या प्रभावक सांद्रता की एक संकीर्ण सीमा पर कम से उच्च गतिविधि में अधिक तेजी से स्विच करता है।