Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
деленное при помощи уравнения (2), равно изменению объема реакции для образования фермент-субстратного комплекса плюс изменение объема, связанное с активацией комплекса. Во втором случае, который чаще встречается на практике, величина А\/ф, определенная при помощи уравнения (2), представляет собой изменение объема активации для связывания субстрата с ферментом. Таким образом, при низких концентрациях субстрата изменение объема в ответ на повышение давления относится к реакции связывания субстрата с ферментом, в то время как при высоких концентрациях субстрата связанное с давлением изменение объема происходит на стадии активации фермент-субстрат-ного комплекса. Конечно, можно рассмотреть и более сложные реакции, однако и этого примера достаточно для того, чтобы сделать следующий важный вывод: влияние давления на скорости ферментативных реакций может проявляться как на стадии связывания субстрата, так и на стадии активации фермеит-субстрат-ного комплекса либо сразу на обеих стадиях. Для того чтобы решить, какая стадия процесса ответственна в основном за наблюдаемый эффект, должен быть подробно проанализирован каждый отдельный случай. Величина Адля связывания субстрата может отличаться по знаку от величины АУФ для активации комплекса. Мы обнаружили, например, что давление ингибирует активность АТРазы из мембран Streptococcus faecalis при низких концентрациях субстрата, но стимулирует ее в случае высокого уровня АТР. В этой реакции, по-видимому, величина А для связывания субстрата положительна, а для активации фермент-
субстратного комплекса отрицательна. В литературе можно найти много других примеров реакций, два объема активации которых имеют противоположные знаки.
Хочачка и сотр. (Hochachka et al., 1972) изучали ферменты, выделенные из рыб, обитающих на средней и большой глубине; они хотели определить природу адаптивных изменений в структуре ферментов, в результате Которых эти катализаторы приобретают способность функционировать при давлениях, существующих на больших глубинах. Исследователи пришли к заключению, что «адаптация ферментов к высоким давлениям обусловлена высокой степенью сродства ферментов к субстратам, кофакторам и модуляторам, а не величиной АУФ или энергией активации». Следует отметить, что величина ДУ^, которая имеется здесь в виду, представляет собой изменение объема конкретно для активации фермент-субстратного комплекса, а совсем не обязательно является AV^ в уравнении (2). По мнению Хочачки и сотр., в природных условиях, где концентрация субстратов может быть низкой, стадия связывания субстратов имеет первостепенную важность так же, впрочем, как стадия связывания кофакторов и модулирующих лигандов.
Одним из ферментов, которые они исследовали более подробно, была фруктозодифосфатаза, выделенная из радужной форели и из глубоководных химеровых рыб. Оказалось, что при значениях pH выше 7,7 и при высоких' концентрациях субстрата давление стимулирует активность обоих ферментов. Однако при низких концентрациях субстрата фермент из химеровых рыб по-прежнему проявлял активность, в то время как активность фермента форели подавлялась. Поэтому был сделан вывод о том, что при повышении давления константа Михаэлиса фермента химеровых рыб снижается, а для фермента из форели она повышается. Сходное поведение в отношении константы Михаэлиса было отмечено для связывания Мg2+, играющего роль кофактора. Характер влияния на ферменты регуляторного ингибитора, аде-иозинмонофосфата, также говорит о том, что фермент химеровых рыб лучше приспособлен к функционированию при повышенном давлении, особенно при высоких концентрациях АМР. Естественно, прежде чем прийти к каким-то обобщениям, необходимо подробно изучить как можно больше других подобных примеров. Не следует также забывать о том, что существуют ферменты, выделенные из организмов, встречающихся вне больших глубин, ак-, живность которых при низких концентрациях субстратов может повышаться под действием давления; к ним относится, например, .лизоцим (Neville, Eyring, 1972). Поэтому не исключено, что поведение фруктозодифосфатазы химеровых рыб носит чисто случайный характер, а не обусловлено ее адаптацией к повышенному давлению.
В. ВЫВОДЫ
Как следует из материала, рассмотренного в данном разделе, для того чтобы объяснить механизмы реакций живых организмов на давление в биохимических терминах, необходймр рассмотреть его действие на процессы химического равновесия и скорости реакций. Наиболее яркими примерами действия давления на процессы равновесия может служить вызываемая им диссоциация специфических полимерных агрегатов, таких, как микротрубочки или ферменты, построенные из нескольких субъединиц. Важную роль в природных условиях может также играть денатурирующее действие давления на белки, особенно если другие параметры окружающей среды, такие, как температура, pH или ионная сила, отличаются от оптимальных. Как показало изучение выделенных белков, они могут подвергаться денатурации под давлением значительно ниже одного килобара. Влияние давления на большинство процессов катаболизма или биосинтеза в клетках проявляется прежде всего в том, что под действием этого фактора меняются скорости реакций. В большинстве случаев они замедляются, если давление составляет -—- 300 или более атмосфер. Однако многие другие реакции при повышении давления ускоряются. Из-за различной, чувствительности к давлению огромного множества внутриклеточных реакций в условиях повышенного давления могут происходить существенные нарушения в метаболической регуляторной системе клеток.
