Ферменты 2 - Диксон М.
Скачать (прямая ссылка):
ферментам, которые обладают кооперативными свойствами, независимо от
того, известны ли для них какие-либо аллостерические активаторы или
ингибиторы. Хотя для всех достаточно хорошо изученных кооперативных
ферментов действительно обнаружены аллостерические активаторы или
ингибиторы, тем не менее, как отмечено выше, фермент, который
подвергается аллостерическому ингибированию или активации, может и не
обладать кооперативными свойствами.
КООПЕРАТИВНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Кооперативные эффекты могут проявляться при связывания молекул субстрата,
активатора или ингибитора (все они называются лигандами). Этот термин
относится к явлению, при котором связывание ферментом молекулы лиганда
влияет на связывание последующих молекул. Кооперативность проявляется в
том, что зависимость количества связанного лиганда от концентрации
свободного лиганда не изображается графически н виде равнобочной
гиперболы. Влияние лиганда на связывание молекул того же лиганда иногда
называют гомотропным эффектом, влияние же лиганда на связывание молекул
другого лиганда- гетеротропным эффектом [3217]. Гомотропные эффекты, при
которых связывание лиганда приводит к увеличению сродства фермента к
последующим молекулам этого же лиганда, часто называют положительной
кооперативностью, а эффекты, при: которых связывание лиганда уменьшает
сродство фермента,- отрицательной кооперативностью или
антикооперативностью.
Кооперативные эффекты приводят к характерным изменениям кривых связывания
лигандов. Если обозначить степень насыщения фермента лигандом S через X,
где
^ - концентрация связанного лиганда, е - концентрация фермента, п - число
связывающих центров для S на моль фермента, то доля незанятых связывающих
центров будет составлять (1-X,). Заметим, что величина X в том виде, как
она здесь определена, отличается от величины г, определяемой уравнением
(8.195), так как
и, следовательно, X в отличие от г не может быть больше единицы.
(8.207)
(8.208>
572
Глава 8
Рис. 8.29. Проявление положительной кооперативности (кривые /) и
отрицательной кооперативности (кривые ///) на графиках зависимости
степени насыщения фермента субстратом от концентрации свободного
субстрата в различных координатах. Кривые II относятся к системам, не
обладающим коопера-тивностью. Значение K's одинаково для каждой серии
кривых; коэффициент Хилла [Я в уравнении (8.212)] принят равным 2 в
случае положительной кооперативности и 0,5 в случае; отрицательной
кооперативности.
На рис. 8.29 представлены теоретические кривые изменения Ys от
концентрации свободного S для систем, которые проявляют положительную,
отрицательную и "нулевую" кооператив-ность. Если скорость реакции
пропорциональна степени насыщения, аналогичные кривые будут получены при
построении гра-
Ингибирование и активация ферментов
573
фика зависимости относительной скорости ф [определенной как v/V, см.
уравнение (4.21)] от s. Отклонение кривых связывания в случае систем с
положительной и отрицательной кооператив-ностью от простой равнобочной
гиперболы будет приводить к нелинейности графиков двойных обратных
величин, как показано на рис. 8.29. Системы с положительной
неоперативностью характеризуются вогнутыми, а с отрицательной
кооперативно-стью - выпуклыми кривыми; на этом же рисунке приведены
графики, построенные и в других, часто используемых координатах.
Рассмотрим теперь различные системы, в которых наблюдаются кооперативные
эффекты.
Модель Хилла
Для того чтобы могло произойти кооперативное связывание лиганда
ферментом, ясно, что последний должен иметь более чем один центр
связывания этого лиганда. Для анализа такой системы был построен целый
ряд моделей. Одна из наиболее ранних моделей предложена А. Хиллом [1949]
для объяснения хода S-образных кривых связывания кислорода гемоглобином.
Хилл предположил, что такое связывание можно объяснить в рамках схемы, в
которой присоединение Н молекул лиганда(S) к ферменту происходит в одну
стадию:
Общая константа диссоциации этой реакции (K's) равна
где х - концентрация комплекса ESh, е/ - концентрация свободного
фермента. Степень насыщения может быть выражена следующим образом [см.
(8.207)]:
Объединив это уравнение и (8.210) и исключив х, получим
E+HS ч-^ ES//-
(8.209)
м
(8.210)
и
Ks'+S11 '
(8.212)
Преобразуем это выражение так, чтобы можно было найти величину Н:
Ys
574
Глава 8
Логарифмирование приводит к выражению
\g-^=-=H\gs-\gKs'. (8.214)
у~
Построив график зависимости lg-^ от Igs, из наклона полу-
1 К
пившейся прямой мы сможем определить Н, а точка пересечения прямой с осью
абсцисс даст нам величину -lgK's. Данная модель предполагает, что
стабильные интермедиаты (т. е. ES//-1, ЕЭя-2 и т. д.) в системе
отсутствуют и величина Я, полученная на основании такого анализа,
соответствует числу связывающих центров (т. е. Н - п). Следовательно,
если молекула фермента имеет один центр связывания или несколько
независимых центров, величина Я должна быть равна 1, и (8.213) является
