Bioquímica estrutural/ Função das proteínas/ Locais de ligação/cooperatividade

A ligação cooperativa pode produzir cooperação negativa, cooperação positiva, cooperação heterotrópica e cooperação homotrópica.

Cooperatividade negativaEditar

Um exemplo de cooperação negativa é a diminuição da afinidade de ligação quando um dos locais é ligado. medida que os ligandos se ligam à proteína, a afinidade da proteína com o ligando diminui. Por exemplo, a relação entre a gliceraldeído-3-fosfato e a enzima gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase é um exemplo claro deste processo.

Positive CooperativityEdit

A hemoglobina é composta por quatro subunidades. Se uma subunidade se liga ao oxigênio, aumenta a chance das outras três fazerem o mesmo.

Um exemplo de cooperatividade positiva pode ser visto quando um substrato se liga a uma enzima com múltiplos locais de ligação e os outros locais de ligação são afetados por esta mudança.

Este comportamento é visto na ligação do oxigênio à hemoglobina para formar a oxihemoglobina. A hemoglobina é feita de quatro subunidades, duas alfa e duas beta. Elas se juntam para formar um tetrâmero, cada subunidade tendo seu próprio local ativo para a ligação do oxigênio. Este local ativo contém uma estrutura de anel de porfirina com um átomo de ferro no centro. Quando a subunidade não está ligada a um oxigênio, o ferro está cerca de 0,4 A abaixo do plano do anel. Quando o tetrâmero está neste estado, considera-se que está no estado T ou tenso.

O estado R, ou estado relaxado ocorre quando a hemoglobina está ligada ao oxigénio. A desoxi-hemoglobina, ou o estado T, tem uma baixa afinidade com o oxigênio. Quando uma molécula se liga a uma única heme, porém, a afinidade com o oxigênio aumenta, o que permite que as seguintes moléculas se liguem mais facilmente em sucessão. Isto ocorre quando o ferro ligado ao oxigénio é levantado para ficar no mesmo plano que o anel. Isto força o resíduo de histidina a que está ligado, o que, por sua vez, força a hélice alfa onde a histidina está ligada, a mover-se. O terminal carboxil no final da hélice está localizado na interface dos dois dímeros alfa-beta, favorecendo assim a transição do estado R. Em geral o estado R é mais estável que o estado T, mas sob certas condições isto pode mudar.

A afinidade de oxigénio da 3-oxi-hemoglobina é cerca de 300 vezes maior que a da sua contraparte da desoxi-hemoglobina. Este comportamento leva a curva de afinidade da hemoglobina a tornar-se sigmoidal, não hiperbólica como na curva de afinidade da mioglobina monomérica. Da mesma forma, a capacidade da hemoglobina de perder oxigênio é maior, já que menos moléculas de oxigênio são ligadas. Essa cooperatividade pode ser observada na hemoglobina quando um dos componentes do oxigênio se liga a uma das subunidades do tetrâmero. Isso aumentará a probabilidade dos outros três locais se ligarem ao oxigênio.

Um exemplo de cooperatividade homotrópica é o efeito que a molécula do substrato tem sobre sua afinidade.

Um exemplo de cooperatividade heterotrópica é quando uma terceira substância causa uma mudança na afinidade.

Modelo Concertado de CooperatividadeEditar

O modelo concertado (modelo de simetria ou modelo MWC): as subunidades enzimáticas estão ligadas de tal forma que uma mudança conformacional numa subunidade é necessariamente conferida a todas as outras subunidades. Assim, todas as subunidades devem existir na mesma conformação. Exemplo: Na hemoglobina, o tetrâmero muda a conformação em conjunto (estado R) após quatro moléculas de oxigénio se ligarem aos quatro monómeros. A transição do estado T para o estado R ocorre em uma etapa.

O Modelo Concertado, também conhecido como modelo MWC ou modelo de simetria, de hemoglobina é usado para explicar a cooperatividade na ligação do oxigénio bem como as transições de proteínas constituídas por subunidades idênticas. Centra-se nos dois estados da Hemoglobina; os estados T e R. O estado T da hemoglobina é mais tenso, pois está na forma de desoxi-hemoglobina, enquanto o estado R da hemoglobina é mais relaxado, pois está na forma de oxi-hemglobina. O estado T é limitado devido às interações subunidade-subunidade, enquanto o estado R é mais flexível devido à capacidade de ligação ao oxigênio. A ligação do oxigênio em um local aumenta a afinidade da ligação em outros locais ativos. Assim, no modelo concertado da hemoglobina, mostra que uma ligação de oxigénio a um local activo aumentará a probabilidade de ligação de oxigénio a outros locais activos. Em um modelo concertado, todos os locais de ligação de oxigênio na hemoglobina no estado T devem ser ligados antes de se converterem para o estado R. Isto também é verdade na conversão do estado R para o estado T, no qual todo o oxigênio ligado deve ser liberado antes que a conversão total possa ocorrer. Em cada nível de carga de oxigênio, existe um equilíbrio entre o estado T e o estado R. O equilíbrio passa de favorecer fortemente o estado T (sem limite de oxigênio) para favorecer fortemente o estado R (totalmente carregado com oxigênio). Em geral, a ligação de oxigénio desloca o equilíbrio em direcção ao estado R. Isto significa que em níveis altos de oxigênio, a forma R será predominante e em níveis mais baixos de oxigênio, a forma T será predominante. Efeitos alostáricos da hemoglobina, como a 2,3-BPG, funcionam deslocando o equilíbrio para o estado T ou para fora dele, dependendo se é um inibidor ou um promotor. Este modelo e o modelo sequencial mostram os casos extremos de transições R e T. Num sistema real, são necessárias propriedades de ambos os modelos para explicar o comportamento da hemoglobina.

Modelo sequencial de cooperatividadeEditar

O modelo sequencial: as subunidades não estão ligadas de tal forma que uma mudança conformacional num induza uma mudança semelhante nos outros. Todas as subunidades enzimáticas não necessitam da mesma conformação. O modelo sequencial afirma que moléculas de substrato se ligam através de um encaixe induzido. Exemplo: Na hemoglobina, os quatro monómeros mudam de conformação (estado R), um de cada vez, à medida que o oxigénio se liga a cada monómero. Isso permite que a hemoglobina tenha monômeros de estado R e monômeros de estado T.

O Modelo Sequencial da hemoglobina explica a cooperatividade envolvida na ligação do oxigénio. Este modelo segue o conceito de que após a ligação ocorrer em um local no local ativo, a afinidade de ligação nos outros locais ao redor da proteína também aumentará. Assim, o gráfico da concentração de substrato versus taxa de reação é de forma sigmoidal. Devido a esta cooperação, ela não segue a cinética de Michaelis-Menten. A diferença entre este modelo e o modelo concertado é que os estados T não têm de se converter todos em estados R ao mesmo tempo. Neste modelo, o ligando mudará a conformação da subunidade à qual está vinculado e induzirá mudanças nas subunidades vizinhas. O modelo sequencial não requer que o estado geral da molécula esteja apenas no estado T ou apenas no estado R. Simplesmente, cada local de ligação influencia os locais de ligação próximos até que todos os locais de ligação estejam no mesmo estado. Nem o modelo sequencial nem o modelo concertado explicam completamente a natureza da hemoglobina. As propriedades de ambos os modelos aparecem num sistema real.