Индукция ферментов в норме и патологии - Крицман М.Г.
Скачать (прямая ссылка):
среды, играют существенную роль в индукции.
Благодаря конформационным изменениям индукция может возникнуть как
следствие повышения специфичности фермента. Так как субстрат меняет
конформацию белка, он участвует в перестройке, при которой белок
становится специфичным. По-видимому, разные вещества могут способствовать
или препятствовать влиянию субстрата, обусловливающего указанную
трансформацию белка.
Способность значительно повышать свою каталитическую функцию путем
соответствующей перестройки при воздействии факторов внешней среды,
включая субстрат, является особенностью и преимуществом биологических
катализаторов.
Неорганические катализаторы, по-видимому, также претерпевают перестройки
под влиянием различных факторов, однако они несравнимо более ограниченны
количественными и качественными вариантами из-за относительной простоты
строения молекул по сравнению с молекулой белка, содержащей различные
активные группы, постоянно взаимодействующие между собой и веществами
среды.
Таким образом, фермент усиливает скорость катализируемой им реакции не
только за счет увеличения числа соударений между молекулами реагентов, но
и путем изменения своей геометрии, обеспечивающей повышение эффективности
соударений, что сопряжено с образованием большого количества максимально
активированных промежуточных комплексов между ферментом и субстратом.
У ряда ферментов, в основном протеолитических, кон-формациоиные
изменения, связанные с возникновением активного центра, сочетаются с
предварительным частичным расщеплением их белковых молекул (Нейрат,
1961).
Исходя из работ, показавших химические и физические различия S- и М-
аланин-аминотрансферазы (Morino, Kaga-mijama, Wada, 1964), а также H- и
М-лактатдегидрогеназы (Kaplan, Goodfriend, 1964) и других изоэнзимов, при
анализе путей индукции ферментов необходимо учитывать, что для
осуществления одной и той же узкоспецифической ферментативной функции не
обязательно наличие строго одинаковой первичной структуры молекулы белка
данного фермента. Эта вариабельность также может обусловливать амплитуду
выраженности каталитической активности молекул при действии различных
факторов среды.
287
Связанные с индукцией конформационные изменения проявляются также
агрегацией субъединиц фермента или разрушением специфического ингибитора
ферментов; это особо вероятно при патологических состояниях организма.
Пути образования специфического белка-фермента включают в качестве
обязательного этапа перестройку структуры на уровне макромолекулы (А. С.
Копикова, М. Г. Крицман,
1965). Это является необходимым следствием чрезвычайной сложности
строения и динамичности белковых молекул, в состав которых входит большое
количество разнообразных мономеров, обладающих определенной амплитудой
вариабельности порядков связей, электронной плотности и свободной
валентности, постоянно обусловливающих внутримолекулярные химические
процессы в сочетании с коифор-мационными флуктуациями. В соответствии с
этим А. Е. Браунштейн с сотрудниками (1964) считают, что "белки, в
частности ферменты, существуют в растворе не как идентичные молекулы, а
как статистический ансамбль большого числа конформационных и
ионизационных изомеров".
Вероятно, не все молекулы фермента становятся сразу максимально активными
биокатализаторами, всегда имеется "резерв"- группа молекул, способных
превратиться при соответствующем воздействии в более активный и
максимально активный фермент, т. е. молекулы разной степени
недостроенности для проявления максимальной каталитической активности.
Как видно, коиформационпыми изменениями не исчерпывается механизм
осуществления индуцирующих влияний различных факторов, меняющих
каталитические свойства белков.
Неравномерное расположение электронных облаков, а также делокализация л-
электроиов и сопряженность орбит создают в белковой молекуле
неравномерность величин зарядов у отдельных атомов. На это накладывается
еще резонанс. Все это создает электронную динамичную мозаику в молекуле
белка, которая определяет ее реактивность. Эффекты, связанные с переносом
электронов, изменением полярности и возникновением резонансных структур в
различных участках молекулы белка, осуществлящиеся во всех молекулах
ферментов, влияют на проявление их каталитических способностей.
Кроме того, амфотерная природа молекул ферментов на фоне наличия у них
многих электрофильных и нуклеофиль-
ных группировок создает большие возможности для поляризующих воздействий
на группы, входящие в состав фермент-субстратного комплекса в условиях
постоянной флюктуации величин электрических зарядов внутри молекулы
белка.
Все эти явления могут также лежать в основе механизма индукции
ферментативной активности.
Из всего изложенного следует, что реакция биологических структур на
различные факторы среды в форме изменения активности ферментов возникает
потому, что строение биокатализаторов, их физические и химические
свойства таковы, что они не могут не реагировать на разнообразные
