พลวัตของโครงสร้างและการเกิดแอลโลสเตอรี

การที่โมเลกุลขนาดใหญ่เคลื่อนที่ไปมาระหว่างโครงสร้างต่างๆ และการที่การจับกันที่ตำแหน่งหนึ่งเปลี่ยนแปลงกิจกรรมที่ตำแหน่งที่ห่างออกไปผ่านสมดุลของโครงสร้างที่เชื่อมโยงกัน

Definition

พลวัตของโครงสร้างคือการเคลื่อนที่ของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ขับเคลื่อนด้วยความร้อนระหว่างโครงสร้างที่เข้าถึงได้ และแอลโลสเตอรีคือการควบคุมกิจกรรมที่ตำแหน่งหนึ่งโดยเหตุการณ์ที่ตำแหน่งที่แยกจากกันในเชิงพื้นที่ โดยมีสาเหตุมาจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเหล่านั้น

Scope

หัวข้อนี้กล่าวถึงการเคลื่อนที่เชิงหน้าที่ของโมเลกุลขนาดใหญ่และแบบจำลองทางกายภาพของการควบคุมแบบแอลโลสเตอริก ครอบคลุมถึงช่วงเวลาของการผันผวนของโครงสร้าง แนวคิดของกลุ่มโครงสร้างที่มีอยู่ก่อนแล้ว และแบบจำลองสองสถานะแบบคลาสสิกและแบบลำดับขั้นของความร่วมมือ โดยมีฮีโมโกลบินเป็นตัวอย่างหลัก การกำหนดโครงสร้างแบบสถิตและการจับกันแบบสมดุลจะกล่าวถึงในส่วนอื่น ที่นี่จะเน้นที่การเคลื่อนที่และการเชื่อมโยง

Core questions

• การเคลื่อนที่ของโมเลกุลขนาดใหญ่เชิงหน้าที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาใดบ้าง?
• การจับกันที่ตำแหน่งหนึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงกิจกรรมที่ตำแหน่งที่ห่างออกไปได้อย่างไร?
• อะไรคือความแตกต่างระหว่างแบบจำลองแบบประสานกันและแบบลำดับขั้นของแอลโลสเตอรี?
• เหตุใดกลุ่มโครงสร้างที่มีอยู่ก่อนแล้วจึงเป็นวิธีคิดที่มีประโยชน์เกี่ยวกับการควบคุม?

Key theories

แบบจำลองแอลโลสเตอริกแบบประสานกัน (MWC)

Monod, Wyman และ Changeux เสนอว่าโอลิโกเมอร์แบบสมมาตรจะเปลี่ยนไปมาระหว่างสองสถานะที่มีความสัมพันธ์กับลิแกนด์ต่างกัน และการจับของลิแกนด์จะเลื่อนสมดุลไปสู่สถานะที่มีความสัมพันธ์สูง ทำให้เกิดความร่วมมือกัน

แบบจำลองแอลโลสเตอริกแบบลำดับขั้น (KNF)

Koshland, Némethy และ Filmer เสนอว่าการจับของลิแกนด์จะกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในหน่วยย่อยหนึ่ง ซึ่งจะค่อยๆ เปลี่ยนความสัมพันธ์ของหน่วยย่อยข้างเคียง ทำให้เกิดสถานะกลางที่ไม่สมมาตรได้

Mechanisms

โมเลกุลขนาดใหญ่ไม่ได้อยู่ในโครงสร้างที่แข็งเกร็งเพียงโครงสร้างเดียว แต่จะผันผวนไปมาระหว่างโครงสร้างต่างๆ ในช่วงเวลาตั้งแต่พิโควินาทีถึงมิลลิวินาที ดังนั้นแม้แต่สถานะพักของมันก็เป็นกลุ่มโครงสร้าง แอลโลสเตอรีทำงานโดยการเปลี่ยนจำนวนประชากรของกลุ่มโครงสร้างนั้น: ลิแกนด์ที่จับกับโครงสร้างหนึ่งโดยเฉพาะจะทำให้โครงสร้างนั้นเสถียรขึ้น และเนื่องจากโครงสร้างต่างๆ มีกิจกรรมที่แตกต่างกันในตำแหน่งอื่น ตำแหน่งที่ห่างออกไปจึงถูกควบคุม แบบจำลองแบบประสานกันและแบบลำดับขั้นเป็นคำอธิบายที่จำกัดว่าหน่วยย่อยในโอลิโกเมอร์แบ่งปันการเชื่อมโยงนี้อย่างไร โดยระบบจริงมักจะอยู่ระหว่างแบบจำลองทั้งสองนี้

Clinical relevance

การเชื่อมโยงแบบแอลโลสเตอริกอธิบายการควบคุมทางสรีรวิทยา เช่น การขนส่งออกซิเจนแบบร่วมมือกัน และถูกนำไปใช้ประโยชน์โดยยาแอลโลสเตอริกที่ปรับแต่งการทำงานมากกว่าการปิดกั้นเป้าหมาย แบบจำลองทางกายภาพในที่นี้เป็นบริบททางการศึกษาสำหรับเภสัชวิทยาดังกล่าว ไม่ใช่แนวทางการรักษา

History

การจับออกซิเจนแบบร่วมมือกันโดยฮีโมโกลบิน ซึ่งได้รับการวัดปริมาณตั้งแต่แรกโดย Hill และได้รับการอธิบายโครงสร้างโดย Perutz เป็นแรงบันดาลใจให้เกิดแบบจำลองแบบประสานกันในปี 1965 โดย Monod, Wyman และ Changeux และแบบจำลองแบบลำดับขั้นในปี 1966 โดย Koshland, Némethy และ Filmer ซึ่งยังคงเป็นแกนหลักทางแนวคิดของแอลโลสเตอรี; มุมมองแบบกลุ่มโครงสร้างได้รวมแบบจำลองทั้งสองเข้าด้วยกันในภายหลัง

Key figures

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

Seminal works

• monod1965
• koshland1966

Frequently asked questions

แอลโลสเตอรีคืออะไรในแง่ง่ายๆ?

เป็นการควบคุมจากระยะไกล: การที่บางสิ่งจับที่ตำแหน่งหนึ่งบนโมเลกุลขนาดใหญ่จะเปลี่ยนพฤติกรรมของโมเลกุลที่ตำแหน่งอื่นที่แยกจากกัน โดยการเปลี่ยนโครงสร้างที่โมเลกุลเลือกใช้

โครงสร้างของโปรตีนคงที่หรือไม่?

ไม่ โปรตีนจะผันผวนอย่างต่อเนื่องระหว่างโครงสร้างที่เกี่ยวข้องกัน และการเคลื่อนที่เหล่านี้มีความสำคัญต่อการทำงานและวิธีการสื่อสารเหตุการณ์การจับกันทั่วทั้งโมเลกุล