Ферменты 2 - Диксон М.
Скачать (прямая ссылка):
после связывания NAD+. Показано, что продолжительность лаг-периода хорошо
согласуется с величиной, рассчитанной по скорости перехода Т-HR, которая
была получена в результате релаксационных опытов. Эти исследования
показывают также, что фермент в Т-состоянии имеет более низкое сродство к
NAD+ и не обладает каталитической активностью.
Наличие на кинетических кривых ферментативных реакций лаг-периодов или
всплесков, длительность которых существенно превосходит величины, обычно
связываемые с переходным периодом, по-видимому, типично для
аллостерических ферментов. В работе Курганова и др. [2661] представлен
детальный математический анализ влияния медленных конформационных
изменений на форму кинетических кривых накопления продуктов для
ферментов, описывающихся согласованной моделью кооперативности.
Ингибирование и активация ферментов
651
Наличие медленных конформационных переходов, которые влияют на активность
фермента, может приводить к ситуации, при которой в результате
взаимодействия лиганда с ферментом свойства последнего оказываются
измененными в течение конечного промежутка времени после диссоциации
этого лиганда (или образовавшегося из него продукта,). Например, в случае
механизма (8.400) связывание субстрата с ферментом приводит к образованию
конформационной формы фермента, отличной от исходной; эта форма может
сохраняться в течение некоторого периода времени после ухода продукта.
Таким образом, фермент обладает "памятью" в том смысле, что в течение
короткого промежутка времени на его свойства могут влиять предшествующие
события. Вследствие низкой скорости конформационных изменений фермента
может наблюдаться замедление изменения скорости катализируемой реакции, а
следовательно, концентраций соответствующих метаболитов. Рассмотрим,
например, простую реакцию связывания, которая индуцирует конформационное
изменение
Е + А зр==* FA. (8.406)
k-t
Если величины k+\ и fc-i относительно невелики, то система будет медленно
реагировать на изменение концентрации А. Если скорость существенного
конформационного перехода, происходящего при взаимодействии фермента с
субстратом, мала, то очевидно, что активность фермента практически не
будет изменяться при кратковременном изменении концентрации его
субстратов, хотя при продолжительном изменении концентрации фермент,
конечно, будет изменять свою конформацию. Такие эффекты могут играть
важную роль при функционировании ферментов в клетке, однако оценить их
значение на основании имеющихся в настоящее время данных довольно трудно.
АРТЕФАКТЫ
Наличие кинетических эффектов типа кооперативных, которые связаны с
различными артефактами или с недооценкой сложности системы, свойственно
многим системам. В приведенный ниже общий перечень типичных случаев
включены также некоторые примеры из числа рассмотренных ранее.
Ферментативные реакции с участием двух молекул одного субстрата
Этот случай был рассмотрен в гл. 4. Отмечалось, что ферментативные
реакции с участием двух молекул одного субстрата (А), протекающие по
различным механизмам, приводят к еле-
652
Глава 8
дующему уравнению для начальной скорости реакции:
V
1
КА КА КАКА * (8.407)-
Ад , ^М' , ^М'
т. е. зависимость скорости реакции от концентрации субстрата может быть
S-образной. Только в том случае, когда стадии связывания двух молекул
субстрата разделены необратимой стадией, реакция между двумя молекулами
одного субстрата бывает лишена каких-либо кинетических аномалий; примером
может служить механизм двухстадийного переноса в условиях применимости
уравнения (4.180). Если фермент функционирует по механизму с
неупорядоченным присоединением субстратов в стационарных условиях, то
уравнение скорости является чрезвычайно сложным; можно, однако, показать,
введя коэффициенты в уравнение (4.82) и преобразовав его, что это
уравнение третьей степени следующего вида:
а^ + а3дЗ (g т)
v~ Ро + М + раа* + IVr * 1 ;
Поэтому, прежде чем делать вывод о том, что аномалии кинетических кривых
обусловлены кооперативными свойствами фермента, важно проверить
стехиометрию ферментативной реакции. Например, для реакции,
катализируемой карбамоилфосфат-син-тетазой (КФ 6.3.4.16)1 из почек,
сначала предполагали, что S-образность зависимости начальной скорости от
концентрации субстрата (АТР) обусловлена кооперативными свойствами
фермента. Однако, как потом оказалось, эта реакция протекает с участием
двух молекул АТР по уравнению со следующей стехиометрией:
2АТР + НС03" -f- NH4+ ч -fc 2ADP -f Карбамоилфосфат -f Рг.
Показано, что кинетический механизм, описывающий эту ферментативную
реакцию, является упорядоченным, стадия связывания бикарбоната находится
между двумя стадиями связывания АТР. Таким образом, при очень высоких
концентрациях бикарбоната между двумя стадиями связывания АТР появляется
практически необратимая стадия и зависимость скорости реакции от
концентрации АТР становится гиперболической [1235].
1 В Номенклатуре ферментов (Пер. с англ. - М.: ВИНИТИ, 1979) этот фермент
