순차 모델

Sequential model

순차적 모델(KNF 모델이라고도 함)은 단백질 서브유닛의 협력성을 설명하는 이론이다.[1]그것은 단백질의 순응이 리간드의 각 결합에 따라 변화하며, 따라서 이웃 결합 부위의 리간드에 대한 친화력을 순차적으로 변화시킨다고 가정한다.null

내측 단백질에서 KNF 모델의 시각적 표현.

개요

이 효소의 알로스테릭 조절 모델은 복합 단백질 부유닛이 두 가지 순응 상태를 가지고 있음을 시사한다.[1]리간드의 결합은 복합단백질의 다른 서브유닛에 순응적인 변화를 일으킨다.서브유닛은 독립적으로(MWC 모델에서와는 반대로) 순응적 변화를 겪지만, 한 서브유닛의 스위치는 후속 서브유닛이 동일한 순응적 변화를 겪는 데 필요한 에너지를 줄임으로써 다른 서브유닛의 변화 가능성을 높인다.정교하게 보면, 리간드를 한 서브유닛에 결합하면 단백질 모양이 바뀌므로 다른 서브유닛이 높은 친화도 상태로 순응을 전환하는 것이 열역학적으로 더 유리해진다.또한 리간드 바인딩은 다음 바인딩 사이트에서 리간드에 대한 친화력을 감소시키거나, KNF 모델을 MWC 모델과 구별하게 하는 특징으로, 긍정적인 협력성만 제시할 수 있다.[2][3]이 모델은 코쉬랜드, 네메티, 필머의 이름을 따서 KNF라고 명명되었다.[1]

역사

복합 단백질은 리간드에 대한 친화력은 협력성으로 알려진 과정인 리간드에 결합함에 따라 변화한다.이러한 현상은 크리스천 보어가 헤모글로빈을 분석함으로써 처음 발견되었는데, 헤모글로빈은 산소가 서브유닛을 결합함에 따라 분자산소에 대한 결합 친화력이 높아진다.[1]결합된 모델(또는 MWC 모델 또는 대칭 모델)은 이러한 현상을 이해하기 위한 이론적 근거를 제공한다.이 모델은 다기능성 단백질이 T와 R이라는 두 개의 분리된 상태로 존재한다고 제안한다.리간드 결합 시, 두 상태 사이의 평형은 리간드 결합으로 인한 단백질 순응 변화로 인해 R 상태로 이동한다.이 모델은 헤모글로빈의 S자형 결합 곡선을 설명할 때 유용하다.[4]null

차동 결합 상태의 가능성을 다루기 위해 KNF 모델(또는 유도 적합 모델 또는 순차 모델)이 발생하였다.[5]코슈랜드, 네메티, 필머에 의해 1966년에 개발된 KNF 모델은 협력성을 순차적 과정으로 설명하고, 리간드를 결합하는 리간드 결합이 단백질 하위 단위의 순응성, 그리고 따라서 친화력을 변화시켜 주어진 리간드에 대해 다양한 친화력을 갖는 여러 다른 순응을 초래한다.이 모델은 MWC 모델이 개별 바인딩 사이트의 순응적 변화를 고려하지 않는다는 점에서 지나치게 협조성을 단순화한다는 것을 시사하며, 대신 단일의 전단백질 순응적 변화를 제안하는 것을 선택한다.[4]null

KNF 모델을 안내하는 규칙

KNF 모델은 효소에 대한 기질 결합의 유도 적합 모델의 구조 이론을 따른다.[5]효소의 순응이 약간 바뀌면 리간드의 전이 상태에 대한 결합 친화력이 향상되어 반응을 촉진시킨다.이는 다른 서브 유닛에 대한 리간드 결합 시 리간드 결합 부위의 변화하는 순응으로 협력성을 모델링하는 KNF 모델을 따른다.null

KNF 모델은 다음과 같은 두 가지 기본적인 가정으로 구성된다.[6]

  1. 단백질은 리간드에 묶이지 않을 때 리간드에 대한 친화력이 낮거나 높은 단일 상태로 존재한다.
  2. 결합 부위의 조임 시, 단백질 부위에서 순응적 변화가 발생한다.단백질의 이 영역을 변경하면 동일한 단백질에 대한 인근 결합 부위의 순응에 영향을 미칠 수 있으므로 리간드에 대한 친화력을 변경할 수 있다.부정적인 협력성에서는 친화력이 높은 것에서 낮은 것으로, 반면에 긍정적인 협력성에서는 친화력이 낮은 것에서 높은 것으로 바뀐다.

KNF 모델은 2002년 코슈랜드와 하마디가 만든 것을 보여주는 효소를 i협조성으로3 특징짓는다.[2]이 용어는 저자들이 다른 제안된 설명이나 유형의 협력성을 제공하지 않기 때문에 순차적 모델의 구조적 특성을 설명하는 데만 사용된다.[7]이 세 가지 특성은 다음과 같다.

  1. 복합단백질 하위유닛의 특성은 서로 동일하다.
  2. 리간드 결합은 단백질에 순응적인 변화를 유도한다.
  3. 순응적 변화는 단백질 내의 분자 내 재배열이다.

복합적이고 협력적으로 작용하는 단백질의 i3 특성은 순차 모델의 구조 및 물리적 기초를 표준화하는 데 유용하다.null

MWC 모델과의 비교

구조 차이

MWC 모델과 KNF 모델의 주된 차별화 특징은 순응적 변화의 규모에 있다.[6]둘 다 리간드를 결합할 때 주어진 리간드에 대한 단백질의 친화력이 변화한다는 것을 시사하는 반면, MWC 모델은 이것이 T 상태에서 R 상태를 선호하는 것으로 이동하면서 전체 단백질을 포함하는 분기별 순응적 변화에 의해 발생한다는 것을 암시한다.반면, KNF 모델은 인접한 서브유닛이 연속적인 리간드 바인딩으로 준수를 변경함에 따라 단백질 내의 3차 구조 수준에서 이러한 순응적 변화가 발생함을 시사한다.[8]null

MWC 모델과 달리 KNF 모델은 '부정적 협력성'[2][6] 가능성을 제시한다.이 용어는 하나 이상의 리간드를 서브유닛에 결합한 후 리간드에 대한 단백질의 다른 결합 부위의 친화력 감소를 설명한다.MWC 모델은 T에서 R 상태로의 단일 순응적 전환이 의무화되지 않은 바인딩 사이트에서 리간드에 대한 친화력을 증가시키는 긍정적인 협력성만 허용한다.따라서 T 상태에 대한 리간드 결합은 T 상태에서의 단백질 양, 즉 저선량 상태를 증가시킬 수 없다.null

Tyrosyl-tRNA 합성효소 및 글리세랄알데히드-3-인산염 탈수소효소를 포함한 다수의 생물학적으로 유의미한 분자에서 부협동성이 관찰된다.[3][6]실제로 2002년 코슈랜드와 하마다니에 의해 수행된 체계적 문헌검토에서 i협조성을3 만든 것과 같은 문헌검토에서 부정협조 단백질은 과학적으로 연구된 단백질의 50% 미만을 구성하면서, 긍정적으로 협력하는 단백질은 다른 단백질을 구성, 약간 gr을 형성하는 것으로 보인다.50% 이상 먹는 것.[2]null

헤모글로빈의 기능적 차이

헤모글로빈은 4개의 산소 분자를 운반하는 4중성 단백질로 그동안 알로스테리에서 논란의 대상이 되어온 생물학적으로 관련이 높은 단백질이다.그것은 협력성을 나타내는 S자형 결합 곡선을 보여준다.대부분의 과학적 증거가 일치된 협력성을 지적하는 반면,[9][10] 산소에 대한 특정 헤미 하위유닛의 친화성에 대한 연구는 특정 생리학적 조건 하에서 하위유닛이 순차적 암시성을 표시할 수 있다는 것을 밝혀냈다.[11]핵자기공명(NMR) 연구는 인산염, 탈산성 성인 헤모글로빈의 알파 헤모글로빈 서브유닛이 베타 서브유닛에 비해 분자산소에 대한 친화력이 증가했음을 보여준다.결과는 알파 서브유닛이 2분위 저선호도 T 상태에서 산소에 더 큰 친화력을 갖는 수정된 결합 모델 또는 인산염 결합이 T 또는 R 상태와 구별되는 베타 서브유닛의 낮은 친화력 형식을 안정화하는 부분 과점 상태를 생성하는 순차 모델을 제시한다.[11]따라서 생리학적 조건에 따라 MWC와 KNF 모델의 조합은 헤모글로빈의 결합 특성을 가장 포괄적으로 설명하는 것으로 보인다.[9]null

참조

  1. ^ a b c 코슈랜드, D.E., 네메티, G. 및 필머, D. (1966) 서브유닛을 포함한 단백질에서 실험 결합 데이터와 이론 모델의 비교.생화학 5, 365–385.DOI: 10.1021/bi00865a047
  2. ^ a b c d Koshland, Daniel E.; Hamadani, Kambiz (2002-12-06). "Proteomics and Models for Enzyme Cooperativity". Journal of Biological Chemistry. 277 (49): 46841–46844. doi:10.1074/jbc.R200014200. ISSN 0021-9258. PMID 12189158.
  3. ^ a b Henis, Y I; Levitzki, A (1980-09-01). "Mechanism of negative cooperativity in glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase deduced from ligand competition experiments". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 77 (9): 5055–5059. Bibcode:1980PNAS...77.5055H. doi:10.1073/pnas.77.9.5055. ISSN 0027-8424. PMC 349994. PMID 6933545.
  4. ^ a b Marzen, Sarah; Garcia, Hernan G.; Phillips, Rob (2013-05-13). "Statistical mechanics of Monod-Wyman-Changeux (MWC) models". Journal of Molecular Biology. 425 (9): 1433–1460. doi:10.1016/j.jmb.2013.03.013. ISSN 1089-8638. PMC 3786005. PMID 23499654.
  5. ^ a b "Model Binding Systems". Biology LibreTexts. 2013-11-21. Retrieved 2017-02-21.
  6. ^ a b c d Alan, Fersht (1999). Structure and mechanism in protein science : a guide to enzyme catalysis and protein folding. Freeman. ISBN 9780716732686. OCLC 837581840.
  7. ^ Purich, Daniel L. (2010-06-16). Enzyme Kinetics: Catalysis and Control: A Reference of Theory and Best-Practice Methods. Elsevier. ISBN 9780123809254.
  8. ^ Ronda, Luca; Bruno, Stefano; Bettati, Stefano (2013-09-01). "Tertiary and quaternary effects in the allosteric regulation of animal hemoglobins". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics. Oxygen Binding and Sensing Proteins. 1834 (9): 1860–1872. doi:10.1016/j.bbapap.2013.03.013. PMID 23523886.
  9. ^ a b Cui, Qiang; Karplus, Martin (2017-03-25). "Allostery and cooperativity revisited". Protein Science. 17 (8): 1295–1307. doi:10.1110/ps.03259908. ISSN 0961-8368. PMC 2492820. PMID 18560010.
  10. ^ Berg, Jeremy M.; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert (2002-01-01). "Hemoglobin Transports Oxygen Efficiently by Binding Oxygen Cooperatively". {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)
  11. ^ a b Lindstrom, Ted (1972). "Functional nonequivalence of alpha and beta hemes in human adult hemoglobin". Proceedings of the National Academy of Sciences. 69 (7): 1707–1710. Bibcode:1972PNAS...69.1707L. doi:10.1073/pnas.69.7.1707. PMC 426783. PMID 4505648.