Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
глобином, от парциального давления кислорода (эквивалент концентрации субстрата для фермента) описывается сигмоидной, а не гиперболической кривой. Известно, что в каждой молекуле гемоглобина имеется четыре участка, связывающих кислород. Следовательно, кооперативность можно объяснить тем, что присоединение молекулы кислорода к одному гему приводит к увеличению .сродства остальных гемовых групп к Оа {возможные молекулярные механизмы о писаны ниже). Однако, как показала трехмерная структура гемоглобина,.
Рис. 8. Гиперболическая и сигмоидная кривые зависимости активности фермента от концентрации субстрата.
Для увеличения активности от Vi до V» (т. е. от 10 до 90%) требуется изменение концентрации субстрата от а до с в случае гиперболической кривой и от 6 До, d — в
случае сигмоидной.
опубликованная Перутцем и сотрудниками в 1960 г., все четыре гема в молекуле гемоглобина пространственно разделены и непосредственное взаимодействие между ними невозможно. Так был установлен факт, свидетельствовавший о роли конформации белка в обмене информацией между различными участками белковой молекулы.
Сообщение, опубликованное в 1963 г., имело большое значение, поскольку в нем были собраны убедительные доводы в пользу раздельного существования в молекуле фермента двух участков (каталитического и регуляторного). Подобное разделение имело преимущество и для процесса естественного отбора: оба центра могли развиваться совершенно независимо друг от друга, что обеспечивало наибольшую эффективность как системы каталитической активности, так и системы метаболической регуляции. В этом случае нет ограничений, накла--
дываемых на регуляторный механизм характером каталитического процесса, и отбор регуляторов метаболических путей может, по-видимому, основываться на преимуществах общего клеточного метаболизма, а не на какой-либо одной индивидуальной реакции или отдельном процессе как таковом.
К тому же любая мутация, приводившая к изменению аминокислотной последовательности в участке полипептидной цепи, не участвующем в. связывании субстрата или регулятора, могла бы видоизменять степень взаимодействия между обоими центрами. Подобная мутация могла бы оказаться существенной для совершенствования регуляторных свойств фермента и, следовательно, была бы закреплена естественным отбором. Таким образом, с эволюционной точки зрения алло-стерическая регуляция создает чрезвычайно гибкую систему.
Б. ВЫВОД УРАВНЕНИЯ, ОПИСЫВАЮЩИХ ПРОЦЕСС РАВНОВЕСНОГО СВЯЗЫВАНИЯ
После опубликования в 1963 г. основных идей о существовании аллостерических ферментов были предложены различные модельные системы, с помощью которых пытались объяснить сигмоидную зависимость ферментативной активности от концентрации субстрата. Все эти модели можно разделить на две группы. К первой группе относятся модели, постулирующие существование множества связывающих участков на одной белковой молекуле, причем предполагается, что между этими участками существует та или иная форма взаимодействия. Основу кооперативного эффекта в таких моделях составляют связывание молекул субстрата и возникающие в результате различные конформационные изменения в молекуле фермента, причем изменения эти происходят столь быстро (по отношению к скорости данной каталитической реакции), что различные конформационные состояния находятся в равновесии друг с другом. Ко второй группе относятся кинетические модели, согласно которым кооперативность обусловлена кинетикой катализируемой ферментом реакции. В моделях этого типа предполагается, что конформационные изменения происходят относительно медленно по сравнению со скоростью катализируемой реакцией и различные конформационные состояния не находятся в равновесии, а достигают стационарных концентраций. Кооперативность в этом случае вытекает из фактических параметров кинетики и может иметь место как в мономерном, так и в полимерном белке. Экспериментально установленный факт, что некоторые ферменты, проявляющие кооперативность, являются олигомерами (т. е. состоят из нескольких идентичных субъединиц, или протомеров), свиде-
тельствует в пользу моделей, предусматривающих наличие множества связывающих участков. Основные различия между двумя предложенными типами моделей будут детально рассмотрены далее в этой главе. Прежде чем обсуждать различные модели, целесообразно привести краткое описание вывода основных уравнений для моделей с несколькими связывающими участками.
1. РАВНОВЕСНОЕ ПРИСОЕДИНЕНИЕ К МОНОМЕРНЫМ БЕЛКАМ
Прежде чем рассматривать математическое описание присоединения лиганда (низкомолекулярной молекулы) к алло-стерическим ферментам (т. е. к множественным связывающим участкам), рассмотрим присоединение лиганда S к мономерному белку Рг.
В состоянии равновесия процесс может быть представлен следующим выражением:
Pr + S =?==* PrS.
*—1
Пусть Ys будет частичное насыщение белка лигандом S (т. е. часть общего числа S-связывающих участков, занятых S) и (1—Ys) —часть незанятых участков.
