アロステリック効果
アロステリック効果とは、
タンパク質の機能が外部の
化合物、いわゆる制御物質によって調整される現象を指します。主に
酵素の反応に関して使われますが、最近では
Gタンパク質共役受容体(GPCR)などの
受容体タンパク質の活性調節にも関連性が見出されています。この効果に関与する化学物質はアロステリックモジュレーターと呼ばれ、
タンパク質の機能に変化をもたらします。
この用語はギリシャ語に由来しており、「別の」を意味する「allos」と「形」を意味する「stereos」から成り立っています。これは、アロステリック効果が、
基質と非常に異なる構造を持つエフェクターによって媒介されることから理解されます。しかし、
ヘモグロビンの
酸素分子のように、同一の分子がエフェクターと
基質の両方の役割を果たすケースも存在します。そのため、アロステリック効果は、
オリゴマー構造を持つ
タンパク質にモデル化されることが一般的です。
アロステリック制御
アロステリック効果によって、
酵素や
受容体などの
タンパク質の機能が調整されることをアロステリック制御と呼びます。
酵素においては、アロステリック部位と呼ばれる活性中心ではない部分にエフェクターが結合することで、
酵素の構造が変わり、
触媒活性や反応の平衡が変化します。活性を高めるエフェクターはアロステリック・アクティベーター、逆に抑制するエフェクターはアロステリック・インヒビターと呼ばれます。
受容体に関する場合、内因性
アゴニストの作用を強化する
リガンドはポジティブアロステリックモジュレーター(PAM)、反対に抑制する
リガンドはネガティブアロステリックモジュレーター(NAM)と呼ばれます。また、内因性
アゴニストの活性に影響を与えない
リガンドはサイレントアロステリックモジュレーター(SAM)またはニュートラルアロステリック
リガンド(NAL)と称されます。
アロステリック効果の例
血液中の
ヘモグロビンは、
酸素と結合する
ヘムを四つ持っています。
酸素との結合には各
ヘムに一定の
平衡定数がありますが、一つの
ヘムが
酸素と結合すると、その構造が変わり、他の
ヘムとの
酸素結合が促進されます。このおかげで、
酸素濃度が高い場所では
ヘモグロビンはより効率的に
酸素を取り込むことができます。
一方、
ミオグロビンは
ヘモグロビンとは異なり、
酸素との結合に協同効果がないため、
酸素濃度に対して直線的に反応するのみです。これにより、
ヘモグロビンは
酸素の豊富な肺から吸収し、豊富でない組織に
酸素を放出することが可能です。
アロステリック制御のモデル
アロステリック効果は、
ジャック・モノーたちが提唱した協奏モデルと、ダニエル・コシュランドらによる逐次モデルで説明されます。協奏モデルは、
サブユニットが同じ構造を保つと仮定し、一部が変化すると全体が影響を受けるとしています。一方、逐次モデルでは、
サブユニットが別々の構造を持ち、
基質との結合によって一つずつ変化することが想定されています。
アロステリック効果の種類
アロステリック促進とは、
リガンドが結合することで
基質親和性が高まる現象を表します。
ヘモグロビンの
酸素がその良い例です。一方、アロステリック抑制は、
リガンドが結合することで親和性が低下する現象です。例えば、2,3-ビスホスホグリセリン酸が
ヘモグロビンに結合すると、全ての
サブユニットの
酸素親和性が低下します。
このように、アロステリック効果は
タンパク質の機能における非常に重要な調節メカニズムであり、複雑な生理的プロセスに深くかかわっています。