Proteine allosteriche

PROTEINE ALLOSTERICHE

COS'È L'ALLOSTERICITÀ (Pag.270-274)

Termine coniato nel 1963 da Monod, Jacob e Changeaux.

Introdotto per descrivere il comportamento di alcuni enzimi che presentavano un profilo di saturazione sigmoidale invece che iperbolico (di Michaelis e Menten) tale profilo indica che il legame di una molecola di substrato all'enzima deve influenzare la capacità dell'enzima stesso di legare altre molecole.

L'enzima ha più di un sito di legame per il substrato.

Allostericità è la capacità di una proteina di essere più sensibile alle variazioni di concentrazione del ligando rispetto alle proteine con profilo di saturazione iperbolico.

Grafico sigmoidale: l'enzima allosterico è quasi del tutto inattivo al di sotto della concentrazione soglia di substrato e attivo quasi al massimo al di sopra di questa concentrazione.

Mantenimento dell'omeostasi chimica in modo più efficace.

rispetto agli enzimi michaeliani. I FONDAMENTI MOLECOLARI DELL'ALLOSTERICITÀ (Pag. 274-275)

Agli inizi degli anni '60 del secolo scorso venne proposto per la prima volta un modello molecolare per giustificare il comportamento allosterico delle proteine. Ciò fu reso possibile dalla disponibilità della struttura tridimensionale dell'emoglobina mediante cristallografia ai raggi X. Dopo le prime strutture a bassa risoluzione della fine degli anni '50, si ottennero ben presto strutture molto meglio risolte, e in tal modo fu possibile ottenere la struttura di due forme di emoglobina:

• ossigenata (ossiemoglobina)
• non ossigenata (desossiemoglobina)

Ciò poneva i presupposti per comprendere quali modificazioni strutturali il legame dell'ossigeno provocasse nella proteina, e quindi per interpretare l'allostericità su base molecolare.

Il ligando instaura con la proteina un legame cooperativo. Cooperatività =

affinità del ligando. La crescita della concentrazione del ligando è una caratteristica fondamentale delle proteine allosteriche. La regolazione di questa affinità richiede almeno due siti di legame per il ligando sulla proteina. Se la proteina avesse solo un sito di legame per il ligando, si verificherebbe un unico evento di saturazione che non potrebbe influenzare altri eventi. In questo caso, l'affinità non aumenterebbe con l'aumentare della concentrazione di ligando e la proteina non avrebbe un profilo sigmoidale, ma iperbolico. Le proteine allosteriche sono quasi sempre costituite da subunità identiche, e ogni subunità possiede un sito di legame. La struttura quaternaria delle proteine allosteriche garantisce la presenza di più siti di legame sulla stessa molecola proteica e, di conseguenza, il comportamento allosterico. La struttura quaternaria è un prerequisito necessario ma non sufficiente per il comportamento di affinità del ligando.

allosterico.

EQUAZIONE DI HILL (Pag. 275-Per spiegare il perché il legame dell'ossigeno all'emoglobina ha andamento sigmoidale Hill▪ postulò che n molecole di ligando L si legassero alla proteina P in un unico passaggio:

P + n L ⇋ P(L) n

Equazione non realistica poiché mostra solo la condizione di massima cooperatività del legame trascurando tutte le condizioni intermedie.

Costante di dissociazione complessiva per questa reazione:

n[P][L]K =L [P(L) ]n

La frazione di saturazione media della proteina:

[P(L) ]nθ = [P] + [P(L ]n

Ricavo [P(L) ] e sostituisco (vedi quaderno), ottenendo l'equazione di Hill:

n n[L]θ = nK + [L]L2 casi limite: 1 nθ = [L]Con [L] che tende a 0 !n▪ KLθ = 1Con [L] che tende a infinito massima saturazione.▪ ! !ncon n = 1 l'equazione coincide con un'equazione con profilo iperbolico.! !Il coefficiente di Hill può essere determinato sperimentalmente utilizzando la forma

parziale di ossigeno nei polmoniBanda verde frazione di saturazione dell'emoglobinaBanda gialla frazione di saturazione della mioglobina

parziale di ossigeno nei polmoni. Curva rossa mioglobina. Curva azzurra proteina di trasporto. Una proteina trasportatrice con profilo iperbolico e con alta affinità potrebbe saturarsi molto a livello dei polmoni ma cederebbe poco ossigeno a livello dei tessuti. Proteina di trasporto efficiente nel legame ma inefficiente nel rilascio. Una proteina trasportatrice a bassa affinità rilascerebbe efficientemente ossigeno a livello dei tessuti, ma ne legherebbe poco a livello dei polmoni. Proteina di trasporto efficiente nel rilascio, ma inefficiente nel legame. Una proteina di trasporto come l’emoglobina, che ha profilo sigmoidale, garantirebbe la migliore efficienza di trasporto, poiché si satura completamente a livello dei polmoni e cede il grosso dell’ossigeno a livello dei tessuti periferici. Proteina di trasporto (emoglobina) efficiente sia nel legame che nel rilascio.

▪ Le proteine allosteriche rispondono più prontamente alle variazioni di substrato.

Stabilendo una concentrazione soglia di substrato, si può vedere come un enzima allosterico è quasi inattivo al di sotto di questa soglia ed è quasi alla massima efficienza al di sopra della soglia. Per via di queste capacità, un enzima allosterico contribuisce all'omeostasi metabolica e garantisce al meglio la costanza della concentrazione dei metaboliti cellulari.