Биологическая химия. Том 31 - Карасев В.А.
Скачать (прямая ссылка):
но находилась всего одна молекула метаболита. В то же время можно предположить «конвейерный» механизм работы ме-таболона: в микрокомпартменте одновременно находится п молекул (по числу субъединиц метаболона) каждого метаболита, а все реакции осуществляются синхронно на активных центрах соответствующих ферментов.
Важно отметить, что микрокомпартмент является динамической структурой, поскольку ферменты, его образующие, претерпевают в ходе катализа конформа-ционные переходы. Это не может не приводить к изменению конфигурации канала.
При обсуждении подобной «конвейерной» модели возникают следующие вопросы:
1. Включение ферментов в столь «жесткую» структуру приводит к огра-
Рис. 22. Схематическое изображение предполагаемого расположения аир субъединиц, активных центров (а и б) и внутреннего канала (К) в мультиферментном комплексе траптофансинтазы из Е. coli (из работы [31])
ничению их конформационной подвижности. Не может ли это блокировать их каталитические функции?
2. Как может достигаться синхронизация работы ферментов с различными кинетическими параметрами?
3. За счет чего осуществляется перенос интермедиатов между активными центрами ферментов в микрокомпартменте?
4. В растворе прохождение эндергонических реакций (то есть реакций, равновесие которых сдвинуто в сторону образования субстратов) обеспечивается большим перепадом в концентрациях субстратов и продуктов, создаваемым за счет прохождения необратимых, то есть экзергонических реакций. В ме-таболоне накопление субстратов в значительных количествах
Рис. 23. Структурная организации мнкрокомпартмента метаболой а
А, В, С — отсеки микрокомлартмента; а, Ь, с, d — протоки
Рис. 24. Организация проток между отсеками
— активный центр, © — аллостерический центр
вряд ли возможно. Как в этом случае функционируют ферменты, катализирующие эндергонические реакции?
Для ответа на подобные вопросы может быть привлечена концепция «белок-машина» (см. разд. 5.1.1). Исходя из представления о том, что при образовании надмолекулярных биоструктур возникают непрерывные ССИВС (см. разд. 4.2), высказано предположение [13], что при сборке метаболона происходит перераспределение выделенных степеней свободы отдельных ферментов таким образом, что образуется одна выделенная степень свободы, и метаболой приобретает свойства^ «машины» (или, вернее, «автоматической линии» [22]). В пользу этого предположения могут свидетельствовать, например, данные Наградовой и сотрудников [17, 24]). Они показали, что для глицеральдегидфосфатдегидрогеназы в димерном и тетрамерном состоянии характерна «реакционная способность половины от числа активных центров». Однако, когда глице-ральдегидфосфатдегидрогеназа образует комплекс с фосфогли-цераткиназой, кооперативность субъединиц в молекуле дегидрогеназы исчезает. Это должно означать, что в комплексе, образованном двумя ферментами, произошла перестройка ССИВС. По-видимому, подобная перестройка происходит и при образовании метаболона. В результате все ферменты в мета-болоне начинают работать согласовано, и метаболой функционирует как единая структура. При этом оказывается возможной «рекуперация энергии» на уровне целого метаболона, то есть использование энергии экзергонических стадий для осуществления эндергонических реакций и активного транспорта метаболитов в микрокомпартменте.
Для описания функционирования метаболона Курганов [10] предложил использовать подход, в котором метаболой рассматривается как возбудимая среда, где могут распространяться автоволны. Согласно теории автоволн [6] элементы возбуди-
мой среды могут находиться в одном из трех состояний: покоя; возбуждения и рефрактерное™. Фазовый портрет возбудимо» среды представлен на рисунке 25. Точка Р соответствует состоянию покоя; линия РА—-активация, АВ — возбужденное состояние, ВС — гашение и СР — состояние рефрактерное™. Интересно, что в концепции Блюменфельда элементарный ферментативный акт представлен аналогичным образом, то есть как четырехстадийный процесс (см. разд. 5.1.1). Как видно, такой процесс может быть описан с помощью графика, представленного на рисунке 25, если в качестве оси ординат использовать условную конформационную координату, а в качестве оси абсцисс — координату взаимодействия фермента с субстратом. Важно отметить, что свойства автоволны (скорость, форма профиля, амплитуда) не зависят от начальных условий, приведших к ее возникновению, а однозначно определяются свойствами среды. Другим важным свойством автоволн является эффект синхронизации, когда ритм всей среде навязывает наиболее быстрый источник колебаний [6]. Эти свойства свидетельствуют о перспективности использования теории автоволн для описания функционирования метаболона.
Рис. 25. Фазовый портрет возбудимой среды (из работы [6])
Кривая 1 — нульнизоклина dX/dt=0, кривая 2 — нуль-изоклина dYfdt=0.
Остальные пояснения в тексте
