Войти
последовательная модель (также известная как модель KNF ) - это теория, которая описывает кооперативность белковых субъединиц. Он постулирует, что конформация белка изменяется при каждом связывании лиганда, таким образом последовательно изменяя его сродство к лиганду в соседних сайтах связывания.
Визуальное представление модели KNF в тетрамерном белке. Эта модель аллостерической регуляции ферментов предполагает, что субъединицы мультимерных белков имеют два конформационных состояния. Связывание лиганда вызывает конформационные изменения в других субъединицах мультимерного белка. Хотя субъединицы претерпевают конформационные изменения независимо (в отличие от модели MWC ), переключение одной субъединицы повышает вероятность изменения других субъединиц за счет снижения энергии, необходимой для последующих субъединиц, чтобы претерпеть то же самое. конформационное изменение. В дальнейшем связывание лиганда с одной субъединицей изменяет форму белка, тем самым делая его более термодинамически благоприятным для переключения конформации других субъединиц в состояние с высоким сродством. Связывание лиганда может также привести к отрицательной кооперативности или снижению сродства к лиганду на следующем сайте связывания, что отличает модель KNF от модели MWC, которая предполагает только положительную кооперативность. Он назван KNF в честь Кошланда, Немети и Филмера, которые первыми предложили модель.
Сродство мультимерного белка к лиганду изменяется при связывании с лигандом, процесс, известный как кооперативность. Это явление было впервые обнаружено Кристианом Бором при анализе гемоглобина, чье сродство связывания с молекулярным кислородом увеличивается по мере того, как кислород связывает его субъединицы. Согласованная модель (или модель MWC, или модель симметрии) обеспечивает теоретическую основу для понимания этого явления. Модель предполагает, что мультимерные белки существуют в двух отдельных состояниях, T и R. При связывании лиганда равновесие между двумя состояниями смещается в сторону R-состояния, что, как считается, является результатом изменений конформации белка из-за связывания лиганда. Модель полезна для описания сигмоидальной кривой связывания гемоглобина.
Модель KNF (или индуцированная модель соответствия, или последовательная модель) возникла для рассмотрения возможности дифференциальных состояний связывания. Модель KNF, разработанная Кошландом, Немети и Филмером в 1966 году, описывает кооперативность как последовательный процесс, в котором связывание лиганда изменяет конформацию и, следовательно, сродство проксимальных субъединиц белка, что приводит к нескольким различным конформациям, которые имеют различное сродство к белку. данный лиганд. Эта модель предполагает, что модель MWC чрезмерно упрощает кооперативность в том смысле, что она не учитывает конформационные изменения отдельных сайтов связывания, вместо этого предлагая единое конформационное изменение для всего белка.
Модель KNF следует структурной теории модели индуцированной подгонки связывания субстрата с ферментом. Небольшое изменение конформации фермента улучшает его сродство связывания с переходным состоянием лиганда, тем самым катализируя реакцию. Это следует модели KNF, которая моделирует кооперативность как изменение конформации сайта связывания лиганда при связывании лиганда с другой субъединицей.
В основе модели KNF лежат два важных допущения:
Модель KNF характеризует ферменты, которые проявляют то, что было предложено Кошландом и Хамади в 2002 году, как кооперативность. Этот термин используется только для описания структурной природы последовательной модели, поскольку авторы не предоставляют других предлагаемых описаний или типов сотрудничества. Этими тремя свойствами являются следующие:
Природа мультимерного, кооперативно действующего белка полезна для стандартизации структурной и физической основы последовательной модели.
Основная отличительная черта между моделью MWC и моделью KNF заключается в масштабе конформационных изменений. В то время как оба предполагают, что сродство белка к данному лиганду изменяется при связывании лиганда, модель MWC предполагает, что это происходит в результате четвертичного конформационного изменения, которое включает весь белок, переходя из состояния T в состояние, благоприятствующее состоянию R. С другой стороны, модель KNF предполагает, что эти конформационные изменения происходят на уровне третичной структуры внутри белка, поскольку соседние субъединицы изменяют конформацию с последовательным связыванием лиганда.
В отличие от модели MWC, модель KNF предлагает возможность «негативного сотрудничества». Этот термин описывает снижение аффинности других сайтов связывания белка с лигандом после связывания одного или нескольких лигандов с его субъединицами. Модель MWC допускает только положительную кооперативность, когда однократное конформационное переключение с T на R-состояния приводит к увеличению сродства к лиганду в нелигированных сайтах связывания. Таким образом, связывание лиганда с Т-состоянием не может увеличивать количество белка в Т-состоянии или состоянии с низким сродством.
Отрицательная кооперативность наблюдается у ряда биологически значимых молекул, включая тирозил-тРНК синтетазу и глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназу. Фактически, в систематическом обзоре литературы, проведенном в 2002 году Кошландом и Хамадани, в том же обзоре литературы, который выдвинул идею кооперативности, отрицательно взаимодействующие белки составляют чуть менее 50% научно изученных белков, которые проявляют кооперативность, в то время как положительно взаимодействующие белки составляют другой - чуть более 50%.
Гемоглобин, тетрамерный белок, который транспортирует четыре молекулы кислорода, является биологически значимым белком, который был предметом споров в аллостерии. Он показывает сигмоидальную кривую связывания, что указывает на кооперативность. В то время как большинство научных данных указывает на согласованную кооперативность, исследования сродства определенных субъединиц гема к кислороду показали, что при определенных физиологических условиях субъединицы могут проявлять свойства последовательной аллостерии. Исследования ядерного магнитного резонанса (ЯМР) показывают что в присутствии фосфата дезоксигенированные субъединицы альфа-гема взрослого гемолглобина человека проявляют повышенное сродство к молекулярному кислороду по сравнению с бета-субъединицами. Результаты предполагают либо модифицированную согласованную модель, в которой альфа-субъединицы имеют большее сродство к кислороду в четвертичном низкоаффинном Т-состоянии, либо последовательную модель, в которой связывание фосфата создает частично олигомеризованное состояние, которое стабилизирует низкоаффинную форму соединения. бета-субъединицы, отличные от состояния T или R. Таким образом, в зависимости от физиологических условий комбинация моделей MWC и KNF, по-видимому, наиболее полно описывает характеристики связывания гемоглобина.
