Allosztérikus fehérjék működési mechanizmus modelljei Szimmetria modell (v. concerted hipotézis) 1965 Jacques MONOD-Jeffries WYMAN- Jean-Pierre CHANGEUX MWC-modell Szekvenciális hipotézis KOSHLAND-NÉMETHY-FILMER KNF-modell

Szimmetria modell (v. concerted hipotézis) MWC ALLOSZTÉRIKUS FEHÉRJÉK EGYSÉGEI: AZONOS PROTOMEREK pl. Hemoglobin 2x2 azonos protomerből áll EGY PROTOMER EGY AKTÍV HELYET TARTALMAZ A PROTOMER KÉT KONFORMÁCIÓBAN LÉTEZHET: T(ight) R(elaxed) A LIGANDUM MINDKETTŐHÖZ KÖTŐDHET A KONFORMÁCIÓ VÁLTOZÁS MEGVÁLTOZTATJA AZ AFFINITÁSÁT A LIGANDUMHOZ MINDKÉT FORMA MEGŐRZI AZ OLIGOMER MOLEKULÁRIS SZIMMETRIÁJÁT (=vagy csak R, vagy csak T)

Szubsztrát kötés T R Szimmetria modell (v. concerted hipotézis) MWC KONFORMÁCIÓ VÁLTOZÁSON EGYSZERRE MENNEK ÁT concerted=egyszerre,összehangolva azaz mindegyik T v R konfigurációban van. Szubsztrát kötés T R gyenge KT > KR erős

T R 1 2 3 4 MWC egyensúly az állapotok között Egyensúlyi állandó L mindkettőhöz kötődik, de R-hez nagyobb affinitással KT KR Egyensúlyi állandó 1 KT KR Normalizált ligandum cc. 2 KT KR Az egyensúly R irányba tolódik el 3 Ligandum kötő Affinitások aránya KT KR 4 T R

ADAIR-egyenlet n kötőhelyre Homotrop kooperativitásnál Heterotrop kooperativitásnál

Heterotróp allosztéria: aktivátor erősebben köt R-hez (mint a S), igy elősegiti az egyensúly R irányba tolódását = sok S kötését, a S kooperativitás csökken (kevésbé szigmoid) Heterotróp allosztéria: Effektorok inhibitor erősebben köt T-hez, igy elősegiti az egyensúly T irányba tolódását = kevesebb S kötését, a S kooperativitás nő ( szigmoidicitás nő)

Ua Vmax-hoz tartanak! nincs effektor növekvő aktivátor: csökkenő növekvő inhibitor: növekvő szigmoiditás növekvő aktivátor: csökkenő szigmoiditás Ua Vmax-hoz tartanak! egy allosztérikus inhibitor növeli egy aktivátor csökkenti a szubsztrát kooperativitást (K-system)

KNF-modell alegység T Mindegyik alegység maga is átmehet a T R átalakuláson (az alegységek egymástól függetlenül válthatnak konf-t.) + S ingduced fit alegység R + S T4 R4 T3R T2R2 TR3 effektorok:aktivátor - úgy hat mint a S, de más helyre kötődvén inhibitor - merevebbé teszi az enzimet a T R átmenettel szemben.

T4 R4 T3R T2R2 TR3

ALLOSZTÉRIKUS ENZIMEK ASPARTÁT TRANSZKARBAMOILÁZ v. -karbamoiltranszferáz pirimidinszintézis: ASP +karbamoil-P N-karbamoil aspartát ATCase 12 különböző alegység protein 2 katalitikus komponens: 3-3 alegység 3 regulátor komponens – 2-2 alegységből CHIME Paisley Chapter 5.4 file kell hozzá!!! elválaszthatók, a kat. magában is enzim, de nem allosztérikus a reg. nem katalizál, de köt inhibitort:CTP ill aktivátort: ATP

CHIME

http://www.pdb.org/pdb/explore/jmol.do?structureId=1R0B&bionumber=1

http://www.pdb.org/pdb/explore/jmol.do?structureId=1R0B&bionumber=1 K1 K2 K3 R1 R2 R3

Az allosztéria klasszikus példája Hemoglobin Az allosztéria klasszikus példája Hemoglobin és myoglobin : oxigén transzport és tároló proteinek Oxigén kötési görbék: hemoglobinra és myoglobinra Myoglobin -- monomer; 153 aa, 17,200 Ms Hemoglobin -- tetrameric 2 α 141 AS 2 β 146

pihenő izom Működő izom 0,5 1,0 26 100 MIOGLOBIN HEMOGLOBIN Artériás pO2 Vénás pO2 O2 parc.nyomás Hgmm O2 szaturáció

A Hem csoport szerkezete Fig. 7-2 Voet

T és R állapot közötti konformáció változás Hemoglobinnál The T form is Blue while the R form is red. In the T form, the Fe lies above the porphyrin ring by about 0.6 A while in the R form, the Fe moves into the plane of the ring pulling helix F with it. Fig. 7-9 Voet

Alegységek közötti kötés változás T és R állapot változásná l The contacts between a1 and b2 change the most. In the T form the side chain of His97 (His FG4) fits inot the helical groove next to Thr41 in the a1 chain. In the R form this residue has shifted by one turn of the helix and now lies next to Thr 38. Fig. 7-10 Voet

Melyik modell az igazi?

SZIMMETRIA MODELL T T R T T T NINCS OXIGÉN Nő az oxigén tenziója

SZIMMETRIA MODELL T T R T T T

SZIMMETRIA MODELL T T R R T R

SZIMMETRIA MODELL T T R R T R

SZIMMETRIA MODELL R T R R T R

SZIMMETRIA MODELL R T R R T R

SZIMMETRIA MODELL R R R R T R

SZIMMETRIA MODELL

NKF MODELL NINCS OXIGÉN Majd minden alegység T formában van

NKF MODELL NÉMI OXIGÉN KÖTŐDÖTT TOLÓDIK EL AZ EGYENSÚLY,

NKF MODELL TÖBB OXIGÉN KÖTŐDÖTT TOVÁBB TOLÓDIK EL AZ EGYENSÚLY

NKF MODELL SOK OXIGÉN KÖTŐDÖTT TOVÁBB TOLÓDIK EL AZ EGYENSÚLY

NKF MODELL SOK OXIGÉN KÖTŐDÖTT TOVÁBB TOLÓDIK EL AZ EGYENSÚLY Az alegységek többsége R konformációjú

Hbg keverék modell nincs döntés

T R α1 α2 β1 β2 oxigén

Oxigén transzport emlősökben

FOSZFOFRUKTOKINÁZ 2H 2*3 CO + 5*2H = C H O CO ( 6 C - atom) (3C ( 6 C NAD koenzimQ 2*3 CO 2 + 5*2H = C 6 H 12 O CO gl ü k ó z ( 6 C - atom) G P F 1,6 diP Gliceraldehid (3C PEP Pyr Ac CoA citr á t Ox lacet gl ü k ó z ( 6 C - atom) G 6 P F 1,6 diP Gliceraldehid (3C PEP Pyr Ac CoA citr á t 2H Ox lacet Cis akonit i a keto glutar Szukcin Fumar Mal ADP ATP 2 glicer 3 1,3 Cis - akonit á t i citr a keto glutar Szukcin Fumar Mal ADP ATP 2 P glicer 3 1,3 diP 2H AMP cAMP NH4+ Pi FOSZFOFRUKTOKINÁZ Mg2+ 2H 2H 2H 2H 2H 2H CO 2 2H 2H 2H 2H NAD CO 2 CO 2H 2H 2H 2H 2 tetramer 2H 2H 2H 2H koenzimQ 2*3 CO + 5*2H = C H O 2 6 12 6