يعد فهم العلاقة بين بنية البروتين ووظيفته أحد أكثر المشكلات تحديًا في الكيمياء الحيوية الحديثة، ويعتبر معقد بسبب حقيقة أن تشابه الهياكل لا يعني ضمناً وظيفة مشتركة، ويمكن للبروتينات ذات الخصائص المختلفة أن تشترك في إطار هيكلي مشترك في حين أن نفس الوظيفة يمكن أن تؤديها بروتينات ذات طيات مختلفة، وتعتبر تفاعلات البروتين المحددة والتعرف على المركبات منخفضة الوزن الجزيئي أمرًا بالغ الأهمية لجميع الأنظمة الحية.
مفهوم البروتينات الالوسترية
يُعرَّف البروتين الالوستري عمومًا على أنه عملية تنظيم وظيفة البروتين بسبب ارتباط المستجيب أو بروتين آخر في موقع على سطح البروتين يُشار إليه على أنه مركز خيفي، ويأتي مصطلح “allosteric” من الجذور اليونانية (allos) أخرى و(Solid)، ويمكن ترجمته على أنه “شكل مختلف” من أجل التأكيد على علاقة الحالات المطابقة بين المواقع البعيدة هيكليًا في البروتينات من المعروف أن التنظيم الخيفي لعملية التمثيل الغذائي مهم لجميع الخلايا الحية، ويمكن أن تكون المؤثرات الخيفية إما مثبطات أو منشطات فيما يتعلق بوظيفة البروتين.
البروتينات الالوسترية وهيكلها
من الناحية التاريخية، يشير البروتين الالوستري عادةً إلى تأثير تعاوني في البروتينات متعددة الوحدات الفرعية التي تعمل على المستوى الهيكلي الرباعي، وتم اقتراح أول نموذج جزيئي “منسق” من الالوسترية، والمعروف باسم نموذج Monod-Wyman-Changeux)، وفي عام 1965 بناءً على 24 نموذجًا معروفًا آنذاك تشير الزيادة المفاجئة في تقارب أكسجين الهيموغلوبين الموصوف بمنحنى على شكل حرف S إلى تأثير تعاوني.
ومع ذلك، فإن التركيب البلوري للهيموغلوبين الذي تم الحصول عليه في عام 1960 بدقة 5.5 أمبير أظهر أن جزيئات الهيم التي تربط الأكسجين تقع في وحدات فرعية مختلفة من البروتين على مسافة كبيرة من بعضها البعض، وقد أدى هذا إلى استنتاج مفاده أن البروتينات الخيفية لها ترتيب متماثل للوحدات الفرعية التي يمكن أن تتبنى على الأقل حالتين توافقيتين -R (مسترخى) أو T (متوتر)، ويتميزان، في حالة الهيموغلوبين، بتقارب مرتفع ومنخفض للأكسجين، على التوالي.
يمكن القول بأنه من المقبول عمومًا أنه ليس فقط البروتينات متعددة الوحدات الفرعية، ولكن أيضًا البروتينات الأحادية تخضع للتنظيم الخيفي، وتعتبر الروابط الخيفية أساسًا مركبات منخفضة الوزن الجزيئي ترتبط بالمواقع التنظيمية المستقلة طوبولوجيًا عن المراكز الوظيفية، وبالإضافة إلى ذلك، فإن التأثيرات التنظيمية الناتجة عن تفاعلات البروتين والبروتين، والفسفرة وحتى الطفرات النقطية تعتبر أحيانًا أيضًا تأثيرات خيفية.
