Cooperatividad y Alosterismo

¿Cumplen ambas la misma función?

Ecuacion de Hill

E + nS ESn

𝐾𝑠 =𝐸 ∙ 𝑆𝑛

𝐸𝑆𝑛

𝐸𝑡 = 𝐸 + 𝐸𝑆𝑛

𝑌 =𝑣

𝑉𝑚𝑎𝑥=

𝐸𝑆𝑛

𝐸𝑡=

𝑆𝑛

𝐾𝑠 + 𝑆𝑛

𝑣 = 0.9 𝑉𝑚𝑎𝑥

0.9 =𝑆𝑛(0.9)

𝐾𝑠 + 𝑆𝑛(0.9) 𝑆𝑛(0.9) = 9𝐾𝑠

𝑛

𝑣 = 0.1 𝑉𝑚𝑎𝑥

0.1 =𝑆𝑛(0.1)

𝐾𝑠 + 𝑆𝑛(0.1) 𝑆𝑛(0.1) = 𝐾𝑠/9

𝑛

𝑆𝑛(0.9)

𝑆𝑛(0.1)= 81

𝑛

log𝑌

1 − 𝑌= 𝑛 log 𝑆 − log 𝐾𝑠

Perutz, 1964 compara la estructura de la oxihemoglobina y la desoxihemoglobina

La forma T está estabilizada por puentes salinos

Cooperatividad: la estimulacion (o inhibicion) de un evento posterior a la ocurrencia del mismo evento en otra parte de la macromolecula

Alosterismo: un evento que desencadena una estimulacion o inhibición ocurre en un sitio diferente.

Alosterismo

Monod (1963) definió a los ligandos de una enzima que no tuvieran similitud por el sustrato como inhibidores alostericos, y postuló que se unían a sitios distintos de los del sustrato. De ahí el nombre alostéricos por “otro sitio”

De esta forma los equilibrios entre las formas T y R se pueden alterar por unión de efectores positivos o negativos

Modelo de Monod, Wyman and Changeux, 1965 (MWC)

Pre-equilibrio o modelo concertado

1. La proteína es un oligómero simétrico

2. La proteína existe en un equilibrio entre dos estados: T (tenso) y R (relajado)

3. La forma T tiene la misma constante Kt de disociación al sustrato para todos sus sitios

4. La forma R tiene la misma constante Kr de disociación al sustrato para todos sus sitios

5. Kt>Kr , y se define c=Kr/Kt < 1

6. El cooperativismo está dado por la constante de equilibrio entre las formas T y R, llamada constante alostérica, L=[T]/[L] y de c.

𝐾𝑇/𝑅 = 𝑐𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑐. 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑠𝑐ó𝑝𝑖𝑐𝑎 𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑟𝑖𝑛𝑠𝑒𝑐𝑎 =𝐸𝑆𝑖−1 𝑆

𝐸𝑆𝑖

La curva se hace mas sigmoidea a mayor L (cuando el equilibrio favorece a T) y a menor c (cuando la afinidad de T disminuye respecto a la afinidad de R)

𝑐 = 𝐾𝑅

𝐾𝑇< 1

𝐿 = 𝑇

𝑅

Mayor afinidad

Menor afinidad

Los inhibidores alostéricos se unen fuertemente a T → L aumenta

Los activadores alostéricos se unen fuertemente a R → L disminuye

Modelo de Koshland, Nemethy and Filmer, 1966 (KNF)

Encaje inducido

1. En ausencia de ligando la proteína existe como una única conformación

2. Cuando el ligando se une, induce un cambio conformacional que es trasmitido al resto de la enzima modificando las constantes de afinidad. Esto es, la constante de disociacion Ks cambia a

aKs, con a < 1.

Ks

aKs

abKs

abcKs

Los efectos son progresivos y acumulados

si a, b y c son < 1 → la afinidad de los sitios

vacantes aumenta → cooperatividad positiva

Ks es cte de disociacion

si a, b y c son > 1 → la afinidad de los sitios vacantes disminuye → cooperatividad negativa

Cuál es la importancia biológica del alosterismo y del cooperativismo?

Enzimas alostéricas con cooperatividad positiva

Enzimas alostéricas con cooperatividad negativa

Promiscuidad funcional

Origen de nuevas funciones