Enzima alostérica

Los enzimas alostéricos son enzimas que cambian su conformación al unirse un efector, lo que conduce a un cambio aparente en la afinidad de unión de otro ligando en un sitio distinto de la molécula. Esta "acción a distancia" de la unión de un ligando que afecta a la unión de otro en un sitio claramente diferente es la esencia del concepto de alostería o alosterismo. El alosterismo juega un papel crucial en muchos procesos biológicos fundamentales, incluyendo la señalización celular y la regulación del metabolismo, entre otros. Las enzimas alostéricas no necesitan ser oligómeros como se pensaba anteriormente,​ y de hecho muchos sistemas han demostrado alostería en enzimas de una sola subunidad.​

Mientras que los enzimas sin dominios acoplados o subunidades muestran una cinética de Michaelis-Menten, la mayoría de los enzimas alostéricos tienen varios dominios o subunidades acoplados y muestran una unión cooperativa. En general, la cooperatividad en los enzimas alostéricos muestran una dependencia sigmoidal con respecto a la concentración de sus sustratos en los sistemas positivamente cooperativos. Esto permite que los enzimas más alostéricos varíen mucho su actividad catalítica en respuesta a pequeños cambios en la concentración del efector. Las moléculas efectoras, que pueden ser el propio sustrato (efector homotrópico) o alguna otra molécula pequeña (efector heterotrópico), pueden hacer que el enzima sea más o menos activo alterando el equilibrio entre los estados de mayor y menor afinidad. Los sitios de unión para los efectores heterotrópicos, llamados sitios alostéricos, son generalmente independientes del sitio activo todavía acoplado termodinámicamente.

Propiedades cinéticas

Las propiedades cinéticas de los enzimas alostéricos se han explicado en términos de un cambio de conformación entre un estado de baja actividad, baja afinidad, "tenso" o T y un estado de alta actividad, alta afinidad, "relajado" o R. Aunque se ha demostrado que existen estas formas estructuralmente diferentes en varios enzimas alostéricos conocidos, se conoce peor la base molecular de la interconversión entre los dos estados. Se han propuesto principalmente dos modelos para describir el mecanismo básico del enzima alostérico. En el modelo concertado de Monod, Wyman y Changeux,​ se propone que la proteína tiene solo dos estados globales de "todo o nada", mientras que el modelo secuencial de Koshland, Nemethy, y Filmer​ admite un número de diferentes estados conformacionales globales. Recientemente, el uso combinado de técnicas físicas (por ejemplo, la cristalografía de rayos X y la difracción de rayos X en ángulos pequeños, o SAXS) y de técnicas genéticas (mutagénesis dirigida) ha permitido a los investigadores estudiar más profundamente la base molecular de la alostería. El enzima aspartato carbamoiltransferasa de Escherichia coli se ha consolidado como uno de los sistemas modelo de regulación alostérica, aunque el sistema alostérico canónico que ha dado forma a nuestra comprensión actual de la alostería es la hemoglobina tetramérica de los vertebrados, ya que fue la primera macromolécula cuya estructura cristalina se resolvió (Max Perutz).