Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
или в более общем виде для частичного насыщения Fs белка субстратом S
log (т-рг)=1о§ /С+л log [S]- (2Л4>
Уравнение (2.14) известно как уравнение Хилла, и графическое выражение зависимости log от log[S] называете»
графиком Хилла.
Для ферментативной реакции, скорость которой определяется концентрацией фермент-субстратного комплекса, насыщение эквивалентно максимальной скорости (Кщах); поэтому
график Хилла выражает зависимость log ( Vml-,)0Tl°g[s]>
где v — начальная скорость при заданной концентрации субстрата.
1 В мышечной ткани находится кислородевязы в акнций белок, миогло-бин, представляющий собой мономерный белок, молекула которого содержит одну гемовую группу. Присоединение кислорода к миоглобину выражается пиперболой, которая описывается уравнением (2.13).
Преобразуя уравнение (2.12), Хилл сделал допущение, что -существуют лишь две формы гемоглобина — НЬ и НЬ(Ог)п. При таком допущении становится очевидным, что зависимость /[НЬ(СШ \ . „ . . .
log I—[НЬ]—j0T 2 и должна быть линеинои с наклоном
п, где п равно общему числу кислородсвязывающих участков в молекуле гемоглобина [согласно уравнению (2.14)]. Однако экспериментально полученное значение п равно 2,8, тогда как известно, что в молекуле гемоглобина имеется 4 участка, связывающих кислород (4 гема). Значит, предложенная Хиллом математическая модель для объяснения сигмоидного характера кривой в реакции кислорода с гемоглобином неточна. Следовательно, графики Хилла для ферментов (т. е. графические изображения зависимости log v^ax—0 )от - ) >
даже если они линейны, не обязательно имеют наклон, равный числу субстратсвязывающих участков. Вместо этого наклон дает некоторые указания относительно степени взаимодействия между субъединицами; см. разд. Г.З.
2. МОДЕЛЬ АДАИРА 1925 г.
Очевидно, чтобы улучшить модель Хилла, необходимо было ввести все промежуточные соединения, участвующие в реакции гемоглобина с кислородом. В 1925 г. Адайр [8] выдвинул гипотезу промежуточных соединений, которая учитывала возможное существование НЬ(02), НЬ(02)2, НЬ(02)3 и т. д. Адайр предположил, что присоединение 02 к НЬ происходит ступенчато:
Кажущаяся константа ^ связывания
НЬ + О* =г=г= НЬ02 Кы.
НЬ02 + Оа HbCOJa Кьз .
НЬ(Ог)2 -f- Оя НЬ(Оа)3 КЬз
НЬСО^з + 02 НЬ(Ог)4 Кы
Этот процесс аналогичен присоединению S к Рг4, и уравнение для частичного насыщения гемоглобина кислородом может быть выражено через свободные концентрации НЬ и р02, как это было сделано ранее (разд. Б.2):
•у KbiрОа "Ь 2/Cbi^fbaPOi “Ь "Ь
s 4 (1 -j- КырОз + КыКъгРО% + Къ\Къ*КЪар01 + КыК^КыКыЩ)'
(2.15)
Уравнение в такой форме было предложено Адайром в 1925 г. Согласно этому уравнению, если КыС8/зКъ2, Къ2< /лКъз, Льз-<8/з-Кь4, зависимость 7s от р02 описывается сигмоидными кривыми. Если микроскопические константы связывания одинаковы для каждого мономера (см. разд. Б.2), кажущиеся константы связывания Кы, Къ2 и т. д. связаны простым соотношением с микроскопической константой Къ и зависят от числа доступных свободных центров связывания (/Сы = 4/Сь, Къ2=а/2Къ, Къз = 2/зКъ, Къ4 = 1иКъ); тогда уравнение упрощается и выражается гиперболой.
Г. МОДЕЛИ РАВНОВЕСНОГО СВЯЗЫВАНИЯ ДЛЯ ОБЪЯСНЕНИЯ СИГМОИДНОЙ КИНЕТИКИ
Модели Хилла и Адайра являлись по существу уравнениями, описывающими присоединение лиганда к полимерному белку, и уравнение Адайра продемонстрировало, что наблюдаемая сигмоидность может объясняться различиями между константами связывания для ряда промежуточных реакций гемоглобина с кислородом. Проблема объяснения сигмоидного характера связывания была переведена, таким образом, на молекулярный уровень осмысливания факта: почему же микроскопические константы связывания должны быть различны. Установление в 1960 г. [9] трехмерной структуры гемоглобина показало, что в молекуле гемоглобина группы гема полностью разделены. Тем самым любые объяснения, основанные , на возможности непосредственных взаимодействий, исключались. Трехмерная модель показала также, что группы гема в отдельных субъединицах гемоглобина находятся в' очень сходном окружении, и различия в константах связывания для кислорода, таким образом, могли быть вызваны только связыванием молекулы кислорода.
Стимулом к развитию молекулярных представлений о сигмоидном характере зависимости послужило наблюдение Моно и др. [4], опубликованное в 1963 г.: графики зависимости начальной скорости реакции от концентрации субстрата показали, что многие регуляторные ферменты проявляют сигмоидную кинетику в начальной стадии реакции.
Сфера интереса исследователей переместилась, таким образом, от гемоглобина к регуляторным ферментам, хотя по-прежнему любая модельная система должна была включать и гемоглобин. Значение работ, посвященных изучению связывания кислорода гемоглобином, состоит в том, что они исторически обеспечили анализ явления сигмоидности и послужили фактически основой для создания молекулярных моделей сигмоидной зависимости.
