Ферменты 2 - Диксон М.
Скачать (прямая ссылка):
(8.235), рассматривает систему с четырьмя связывающими центрами. Эта
модель была построена для объяснения S-образности зависимости для
связывания кислорода гемоглобином, однако сходные уравнения могут быть
получены для ферментов с любым числом центров связывания. Так, в случае
фермента, имеющего два центра:
1 Е ES ES2, (8.237)
Связывание субстрата описывается следующим уравнением:
У __ JKjs +_2s2---------------------- (8.238)
s 2(/(1A-2 + A-2s + s2)'
Такие уравнения показывают на языке математики, почему различия в
константах диссоциации для отдельных стадий связывания субстрата приводят
к появлению кооперативных эффектов, но не раскрывают механизма
кооперативное(tm) на молекулярном уровне. Наиболее простой случай, когда
могло бы наблюдаться кооперативное связывание,- это наличие у фермента
различающихся по микроскопическим константам диссоциации центров
связывания рассматриваемого лиганда. Однако во многих теоретических
моделях кооперативности предполагается, что У каждой молекулы свободного
фермента все центры связыва-
578
Глава 8
ния данного лиганда идентичны и связывание одной молекулы лиганда
вызывает изменение свойств незанятых центров. Это предположение основано
на данных о том, что многие кооперативные ферменты состоят из идентичных
субъединиц, каждая из которых имеет один центр связывания данного
лиганда. С тех пор как кристаллографические исследования показали, что
идентичные субъединицы белка, по-видимому, располагаются симметричным
образом, стали считать, что в свободном ферменте все центры связывания
лиганда являются идентичными.
Модель Полинга и Уаймена
Попытка понять природу кооперативности гемоглобина с точки зрения
субъединичной структуры белка была предпринята Полингом [3627], а позже и
другими исследователями [701, 4726, 5176]l Полинг отметил, что, если на
сродство к субстрату любой субъединицы влияет занятость соседних
субъединиц, наблюдаемые эффекты будут зависеть от исходной геометрии
фермента. Возможные варианты взаимодействия субъединиц схематически
представлены на рис. 8.30, где молекула фермента изображена в виде
тетраэдра, квадрата или прямоугольника. В случае тетраэдра ближайшими
соседями каждой субъединицы являются все три оставшиеся, а в случае
квадрата и прямоугольника- только две. Различие между квадратной и
прямоугольной моделями в свою очередь заключается в том, что в случае
квадрата влияние двух соседних субъединиц на данную субъединицу
одинаково, а в случае прямоугольника различается.
Полинг рассмотрел тетраэдрическую модель, представленную на рис. 8.30. Он
предположил, что связывание субстрата с одной субъединицей изменяет
сродство соседней субъединицы в постоянное число раз (а) и,
следовательно, сродство какой-либо субъединицы зависит от того, сколько
субъединиц уже занято. В отличие от модели Эдера используется одна
константа диссоциации, однако вводится "фактор взаимодействия" (а).
Рис. 8.30. Различное пространственное расположение субъединиц в тетрамер-
ных белках, рассмотренное Полингом [3627] и Уайменом [5176].
Тетраэдр
Ингибирование и активация ферментов
579
Таким образом, в свободном ферменте все четыре субъединицы связывают
субстрат с одинаковой константой диссоциации Ks-Если одна из субъединиц
связала молекулу субстрата, то константа диссоциации для любой из трех
оставшихся субъединиц составляет aKs', если две субъединицы связали
субстрат, то эта константа становится равной a2Ks, если три- а3К8- При
а<1 связывание субстрата субъединицей будет приводить к увеличению
сродства к нему соседних субъединиц; при а>1 будет наблюдаться уменьшение
сродства рассматриваемой субъединицы к субстрату при связывании его
соседней субъединицей, и, наконец, если а=1, субъединицы будут
функционировать независимо.
Уравнение связывания для такой модели может быть получено таким же
образом, как и для модели Эдера, и оно имеет такой же вид [см. уравнения
(8.234) и (8.235)]:
s 3s2 3s3 s4
Ks a-Ks2 a3KS3 aeM4
Y =
4s 6s2 . 4s3
<T '
1 + Ks +' aAV2 T a3Kss ^ a6^s4
asKs3s + 3a;,Ks2s2 -f За3Л>:! -f s4 ,q f,(tm).
~ aPKsi + 4a*Ks3s + 6a5Ks2s2 -f 4a3tfss3 + s4 ' ^ ^
Модель Полинга была обобщена Уонгом и Эндрени [5147], которые рассмотрели
случай, когда величина факторов взаимодействия изменяется по мере
заполнения субъединиц субстратом; постулируется, что микроскопическая
константа диссоциации равна аК8, когда занята одна субъединица, а2К8 и
ахК8, когда заняты две и три субъединицы соответственно. Уравнение
связывания для такой модели будет иметь следующий вид: s 3s2 3s3 s4
у Ks a^s2 aia2Ks3 aia2a3Ks" /о одоч
6s2 4s3 s4 ¦
1. '
Ks o-iKs2 ~r a1a2A"s;i ~r аха<р.гК8х
В "квадратной" модели взаимодействия субъединиц, представленной на рис.
8.31, на сродство к субстрату свободной субъединицы способны влиять
только две субъединицы. Таким образом, предполагается, что на сродство
данной субъединицы, к субстрату не влияет связывание субстрата
субъединицей, расположенной по диагонали. При условии, что две соседние
