Động lực học cấu hình và tính dị lập thể

Cách các đại phân tử di chuyển giữa các cấu hình, và cách sự gắn kết tại một vị trí làm thay đổi hoạt động tại một vị trí xa thông qua các trạng thái cân bằng cấu hình được ghép nối.

Definition

Động lực học cấu hình là các chuyển động do nhiệt của một đại phân tử giữa các cấu trúc có thể tiếp cận của nó; tính dị lập thể là sự điều hòa hoạt động tại một vị trí bởi một sự kiện tại một vị trí khác biệt về không gian, được trung gian bởi những thay đổi cấu hình đó.

Scope

Chủ đề này đề cập đến các chuyển động chức năng của đại phân tử và các mô hình vật lý của điều hòa dị lập thể. Nó bao gồm các thang thời gian của dao động cấu hình, ý tưởng về các tập hợp cấu hình đã tồn tại trước, và các mô hình hai trạng thái và tuần tự cổ điển của tính hợp tác, với hemoglobin là ví dụ điển hình. Việc xác định cấu trúc tĩnh và gắn kết cân bằng được đề cập ở nơi khác; ở đây trọng tâm là chuyển động và ghép nối.

Core questions

• Các chuyển động đại phân tử chức năng xảy ra trong khoảng thời gian nào?
• Làm thế nào sự gắn kết tại một vị trí có thể làm thay đổi hoạt động tại một vị trí xa?
• Điều gì phân biệt các mô hình dị lập thể đồng thời và tuần tự?
• Tại sao một tập hợp cấu hình đã tồn tại trước là một cách hữu ích để suy nghĩ về sự điều hòa?

Key theories

Mô hình dị lập thể đồng thời (MWC)

Monod, Wyman và Changeux đề xuất rằng một oligomer đối xứng chuyển đổi giữa hai trạng thái với ái lực phối tử khác nhau, và sự gắn kết phối tử làm dịch chuyển trạng thái cân bằng về phía trạng thái ái lực cao, tạo ra tính hợp tác.

Mô hình dị lập thể tuần tự (KNF)

Koshland, Némethy và Filmer đề xuất rằng sự gắn kết phối tử gây ra một thay đổi cấu hình trong một tiểu đơn vị làm thay đổi dần dần ái lực của các tiểu đơn vị lân cận, cho phép các trạng thái trung gian, không đối xứng.

Mechanisms

Một đại phân tử không chiếm giữ một cấu trúc cứng nhắc duy nhất mà dao động giữa các cấu hình trên thang thời gian từ picosecond đến mili giây, vì vậy ngay cả trạng thái nghỉ của nó cũng là một tập hợp. Tính dị lập thể hoạt động bằng cách dịch chuyển quần thể của tập hợp đó: một phối tử gắn kết ưu tiên với một cấu hình sẽ ổn định nó, và vì các cấu hình khác nhau về hoạt động tại các vị trí khác, vị trí xa được điều hòa. Các mô hình đồng thời và tuần tự là các mô tả giới hạn về cách các tiểu đơn vị trong một oligomer chia sẻ sự ghép nối này, với các hệ thống thực tế thường nằm giữa chúng.

Clinical relevance

Ghép nối dị lập thể giải thích sự điều hòa sinh lý như vận chuyển oxy hợp tác và được khai thác bởi các loại thuốc dị lập thể điều chỉnh chứ không phải chặn một mục tiêu; các mô hình vật lý ở đây là bối cảnh giáo dục cho dược lý đó, không phải hướng dẫn điều trị.

History

Sự gắn kết oxy hợp tác của hemoglobin, được Hill định lượng sớm và được Perutz hợp lý hóa về mặt cấu trúc, đã thúc đẩy mô hình đồng thời năm 1965 của Monod, Wyman và Changeux và mô hình tuần tự năm 1966 của Koshland, Némethy và Filmer, những mô hình này vẫn là các cực khái niệm của tính dị lập thể; quan điểm tập hợp sau đó đã thống nhất chúng.

Key figures

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

Seminal works

• monod1965
• koshland1966

Frequently asked questions

Tính dị lập thể là gì theo cách đơn giản?

Đó là sự điều hòa từ xa: một thứ gì đó gắn kết tại một vị trí trên một đại phân tử làm thay đổi cách phân tử hoạt động tại một vị trí khác, tách biệt, bằng cách dịch chuyển các cấu hình mà phân tử chấp nhận.

Cấu trúc của protein có cố định không?

Không; một protein liên tục dao động giữa các cấu hình liên quan, và những chuyển động này rất cần thiết cho chức năng và cách các sự kiện gắn kết được truyền đạt khắp phân tử.