Биологическая химия. Том 31 - Карасев В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Объединение обоих альтернативных вариантов развития ЭДОКС возможно с учетом следующего соображения. Формирование метаболонов могло осуществляться после этапа образования мембранной структуры, приводившей к выделению внутренней среды в ЭДОКС (см. разд. 6.2.1), в которой обособлялась метаболическая система. В такой фазово-обособленной системе могли уже развиваться и катализаторы эндергониче-ских реакций, используя энергию базисного процесса. Внутренняя сторона мембраны могла служить подложкой, на которой формировались метаболоны, обладавшие тем преимуществом, что обеспечивали максимальное использование энергии химической трансформации субстратов. При этом совершенствование каталитических механизмов могло осуществляться путем рекомбинации и отбора, но уже не в пределах популяции, а внутри фазово-обособленной метаболической системы.
7.4. Принципы организации метаболонов
Одной из важнейших характеристик метаболона является его симметрия, которая должна соответствовать симметрии той структуры, на которой метаболой формируется. Как показано в предыдущей главе, для интегральных мембрано-связанных белков характерна тримерная структура с осью симметрии третьего порядка, перпендикулярной плоскости мембраны. Исходя из этих представлений мы предположили, что метаболоны должны иметь ось симметрии третьего порядка (которая в случае метаболонов, формирующихся на мембране, должна быть перпендикулярна плоскости мембраны) [12, 14]. С другой стороны, модель переноса энергии в биоструктурах (см. разд. 4.3.2) требует дупликации, то есть наличия оси симметрии второго порядка. Наиболее простой из точечных групп симметрии, которые удовлетворяют обоим условиям, является диэдрическая группа симметрии D3. Структуры, симметрия которых относится к группе D3, содержат одну ось симметрии третьего порядка и три перпендикулярные к ней оси симметрии второго порядка и состоят из 6 идентичных субъединиц. По-видимому, симметрия типа D3 является среди метаболонов преобладающей.
Рассмотрим принципы организации метаболона и прежде всего сформулируем требования к ферменту, который образует «ядро» метаболона и играет ключевую роль в формировании комплекса. Этот фермент должен отвечать следующим требованиям [12],
а) Молекула фермента должна иметь наибольшие размеры среди ферментов метаболической системы, то есть иметь наибольшую поверхность.
б) Фермент должен быть способен адсорбироваться на мембране, сохраняя при этом каталитическую активность.
в) Фермент должен иметь ось симметрии третьего порядка или собираться в тримеры в адсорбированном состоянии.
г) Фермент должен проявлять способность к самоассоциа-ции. Эта способность означает наличие у фермента «липких концов», которые в условиях in vivo могут насыщаться путем взаимодействия с якорным белком подложки и с другими ферментами метаболической системы.
д) Фермент должен быть чувствителен к действию «вторых посредников, так как он образует вместе с якорным белком подложки центр управления метаболона.
Для определения взаимного расположения ферментов в ме-таболоне предложены следующие принципы [12].
1. Ферменты, которые катализируют реакции, следующие одна за другой в метаболическом пути, должны занимать соседние позиции в комплексе.
2. Ферменты, использующие и регенерирующие NAD, АТР, СоА и другие коферменты, должны находиться в контакте друг
с другом. В ряде случаев целесообразно, чтобы все ферменты, использующие один кофермент были расположены рядом.
3. Ферменты, активность которых регулируется интермедиатами данной метаболической системы, должны располагаться в метаболоне таким образом, чтобы обеспечить возможность реализации этого регуляторного механизма.
При построении модели должны учитываться также экспериментальные данные о взаимодействии ферментов, не связанных общими метаболитами. Не менее информативны, очевидно, и данные об отсутствии контактов между определенными ферментами.
7.5. Гипотетические структуры метаболонов
7.5.1. Комплекс ферментов цикла трикарбоновых кислот из митохондрий сердца млекопитающих
При построении структурной модели метаболона цикла трикарбоновых кислот в качестве «ядра» был принят а-кетоглута-ратдегидрогеназный комплекс [15]. Сердцевину этого комплекса составляют 24 субъединицы транссукцинилазы. образующие структуру куба с тремя осями симметрии четвертого порядка, четырьмя осями третьего порядка и шестью осями второго порядка (группа симметрии О) [56]|. К ним присоединяются по шесть димеров а-кетоглутаратдегидрогеназы и липоамиддегид-рогеназы [56], что приводит к понижению симметрии. Аналогичную организацию имеет и а-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс из Е. coli [56],.
Точная структура а-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса остается невыясненной. Авторы работы [72] на основании данных по взаимодействию in vitro ферментов, входящих в а-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс из Е. coli, пришли к выводу, что комплекс не имеет уникальной четвертичной структуры, а представляет собой семейство структурных изомеров, общее число которых может достигать 125 000.
