Redesigning allosteric activation in an enzyme
Research article published in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (2011)
Abstract
Enzyme activation by monovalent cations is widely documented in plants and the animal world. In type II enzymes, activation entails two steps: binding of the monovalent cation to its allosteric site and transduction of this event into enhanced catalytic activity. The effect has exquisite specificity for either Na(+) or K(+), the most abundant cations present in physiological environments. Enzymes requiring K(+) such as kinases and molecular chaperones are not activated as well or at all by the larger cation Cs(+) or the smaller cations Na(+) and Li(+). Enzymes requiring Na(+) such as β-galactosidase and clotting proteases are not activated as well by Li(+), or the larger cations K(+), Rb(+), and Cs(+). Efforts to switch specificity between Na(+) and K(+) in this large class of enzymes and completely redesign the mechanism of allosteric transduction leading to enhanced catalytic activity have so far been unsuccessful. Here we show how mutagenesis of two loops defining the Na(+) binding site of thrombin, a Na(+)-activated clotting protease, generates a construct that is most active in the presence of K(+) toward synthetic and physiological substrates. The effect is the result of a higher binding affinity and more efficient allosteric transduction of binding into enhanced catalytic activity for K(+) compared to Na(+), which represents a complete reversal of the properties of wild type. In addition, the construct features altered specificity toward physiological substrates resulting in a significant anticoagulant profile. The findings are relevant to all Na(+)-activated proteases involved in blood coagulation and the complement system.
Abstract sourced from PubMed (NCBI) for the cited record. See the original publication for the authoritative version.
Zusammenfassung
Enzyme activation by monovalent cations is widely documented in plants and the animal world.
Warum dies für die Hirudotherapie relevant ist
Diese Studie untersuchte die allosterische Aktivierung von Thrombin, einer Na+-aktivierten Gerinnungsprotease, und zeigte, wie die Mutagenese zweier Schleifen, die die Na+-Bindungsstelle definieren, ein Konstrukt erzeugt, das bevorzugt durch K+ statt durch Na+ aktiviert wird. Das Konstrukt weist eine veränderte Spezifität gegenüber physiologischen Substraten auf, was zu einem signifikanten antikoagulatorischen Profil führt und eine vollständige Umkehr der Wildtyp-Eigenschaften darstellt, mit Befunden, die für Na+-aktivierte Proteasen relevant sind, welche an der Blutgerinnung und dem Komplementsystem beteiligt sind. Das Abstract liefert keine Daten zu Blutegeln, Hirudotherapie, Hirudin oder zu irgendeiner Komponente des Blutegelsekretoms. Daher hat dieser Artikel keine erkennbare Relevanz für die American Society of Hirudotherapy oder die therapeutischen Anwendungen der Blutegeltherapie.
Zitation
Redesigning allosteric activation in an enzyme
Rana S et al. · Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2011
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Zur ASH-Bibliothek hinzugefügt: May 27, 2026 · Letzte Aktualisierung der Website: 18. Juni 2026