Регуляция ферментативной активности - Коэн Ф.
Скачать (прямая ссылка):
Молекула фосфорилазы b состоит из двух идентичных субъединиц (Afr=97 000), симметрично расположенных относительно кристаллографической оси второго порядка. Участок связывания аллостерического активатора АМР (рис. 6.1) находится в области контакта субъединиц, а нуклеотид взаимодействует с аминокислотными остатками обеих субъединиц. В частности, адениновое основание встраивается между боко-
Рис. 6.1. AMP-связывающий участок гликогенфосфорнлазы Ъ> (личное сообщение д-ра Луизы Джонсон).
выми группами Туг-75 (из спирали АА') и Val-45-соседней субъединицы. Гидроксил второго атома рибо-зы образует водородную связь с карбонилом Asn-44 основной цепи соединений субъединицы. Фосфатная группа АМР стабилизируется при взаимодействии с гуанидильной группой Arg-309 из спирали ВВ'. Участок связывания аллостерического эффектора удален примерно на 3,2 нм от каталитического центра, и в настоящее время не очень понятно, как взаимодействуют между собой эти участки молекулы. Можно полагать, что перемещение спирали В В7, обусловленное взаимодействием фосфатной группы АМР с Arg-309,. влияет на положение петли, в состав которой входят остатки Rhe-285 и Phe-286, расположенные вблизи активного центра. Изменение конформации в этом участ-
же молекулы может включать небольшие перемещения боковых цепей аминокислот в области активного центра, обеспечивающие появление каталитической активности и увеличение сродства к субстрату.
При рентгеноструктурном исследовании фосфорилазы Ъ не удалось локализовать первые 19 аминокислотных остатков с N-конца молекулы, среди которых находится' Ser-14, фосфорилируемый киназой фосфорилазы. Этот факт говорит о значительной подвижности рассматриваемого участка. В структуре же фосфорилазы а остатки 8—19 занимают фиксированное положение; фосфатная группа Ser-14 взаимодействует с Arg-:69 на внешней стороне спирали АА' и с боковой цепью Arg-43 соседней субъединицы. В N-концевой части молекулы около Ser-14 находятся четыре основные аминокислоты (Lys и Arg); поэтому при переходе •фермента из формы а в форму Ъ N-концевая часть как бы отталкивается от кластера аргининовых остатков, локализованных в участке узнавания серилфосфата.
В молекуле фосфорилазы а серилфосфат находится на расстоянии около 1,5 нм от участка связывания АМР и на расстоянии — 3,5 нм от каталитического центра. АМР и серилфосфат взаимодействуют с аминокислотными остатками спирали АА'. Это позволяет предполагать, что механизмы происходящего при связывании АМР и при фосфорилировании перехода фермента из неактивной формы в активную имеют сходные черты. Детали этого процесса пока остаются неясными. Поскольку участок фосфорилирования доступен для киназы фосфорилазы и протеинфосфата-зы-1, очевидно, что он локализован на поверхности молекулы фермента; аналогичная ситуация, вероятно, имеет место и у других обратимо модифицируемых ферментов.
Многие современные представления4 о природе кооперативных эффектов сформировались на основе исследования гемоглобина. Хорошо известио, что этот белок имеет структуру афь т. е. построен из субъединиц двух типов; каждая субъединица (Мг=16 000) содержит одну гемовую группу. Атом железа гема связывает одну молекулу Ог, так что при полной ок-
сигенации гемоглобин содержит четыре молекулы Ог-Третичные структуры окси- и дезоксигемоглобина сходны, однако существуют и определенные различия. Показано, что при связывании Ог происходит перемещение атома железа в плоскость кольца тема. Это вызывает изменения в структуре субъединиц и их взаимной ориентации, поскольку атом железа в субъединицах обоих типов эффективно взаимодействует с определенным остатком гистидина [5, 6].
Свыше 60 лет назад было установлено, что зависимость степени оксигенации гемоглобина от парциального давления Ог описывается кривой, имеющей четко выраженный сигмоидный характер. Возможно, такой вид графика обусловлен трудностью связывания первой молекулы Ог с любой из четырех групп гема и последующим более легким связыванием остальных молекул Ог. Принимая во внимание, что группы гема расположены далеко друг от друга, что их прямое взаимодействие невозможно и что конформации окси-и дезоксигемоглобина различны, можно полагать, что затруднение при связывании первой молекулы Ог обусловлено особенностями конформации молекулы дезоксигемоглобина.
Это представление легло в основу двух математических моделей, которые позволяют объяснить сигмоидные эффекты при функционировании белков и ферментов. Их детальное описание читатель может найти в оригинальных статьях [7, 8], а также в двух прекрасных обзорах [9, 10].
Согласно модели Кошланда [7] связывание Ог с первой субъединицей индуцирует в ней структурное изменение, которое передается на соседнюю субъединицу через контактную зону. Индуцированное во второй субъединице структурное изменение обеспечивает более легкое связывание кислорода. Образование комплекса со второй молекулой Ог в свою очередь влияет на конформацию третьей субъединицы и т. д.
Модель Моно [8] предполагает, что в равновесии молекулы гемоглобина находятся в двух конформаци-онных состояниях: «напряженном», или Т-состоянии, характеризующемся низким сродством к 02, и «релак-
