Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
Рчс. 14. Схематическое изображение модели Рэбина для объяснения кооле-
ранивносш [24].
жели превращаться вновь в Е". Поэтому скорость катализа возрастает в большей степени, чем увеличивается концентрация субстрата, в результате чего получится сигмоидная кривая.
Вероятно, действие модели Рэбина лучше всего описал Уайтхед. [16]. Ниже приводится цитата из его статьи, но приведенные в ней обозначения изменены в соответствии с принятыми в данном обсуждении.
«Молекула, пока она находится в состоянии Е", сохраняет, если так можно выразиться, «память» о том, что она была соединена с молекулой S и осуществляла акт катализа. Так как Е" и Е' обладают различным сродством к S, мы могли бы сказать, что протомер узнает S по-разному в зависимости от того, встречал ли он S и катализировал ли превращение S—»-Р раньше или нет. Иными словами, происходит взаимодействие или кооперация между первой молекулой S и второй (в действительности между первой и любой последующей) до того, как молекула вернется в Е'-форму и «забудет» S, — поэтому S в этой схеме взаимодействует парами. Такое взаимодействие осуществляется во времени, а не в пространстве, как в случае равновесия».
С помощью этой кинетической модели можно также объяснить действие аллостерических ингибиторов и активаторов: ингибитор способствует протеканию реакции превращения Е" в более термодинамически выгодное состояние Е' (т. е. повы-
шает величину константы скорости &_4. Активатор увеличивает скорость реакции E'S—*E"S, вследствие чего даже при очень-низких концентрациях субстрата большое число молекул будет находиться в Е"-конформации, а соответствующая кривая приблизится к форме гиперболы. Интересно, что предложенная модель предусматривает существование двух (по меньшей мере) конформационных состояний фермента, отличающихся сродством к субстрату (ср. с симметричной моделью Моно— Уаймена—Шанжё). В равновесных моделях связывания кон-формационные состояния фермента находятся в равновесии,, тогда как в кинетической модели — в стационарном состоянии. Более того, кинетическая модель не требует наличия в молекуле белка нескольких субстратсвязывающих участков, и потому белок может быть мономерным. Нет также какой-либо-необходимости существования симметрии в структуре белка.. Однако в случае фермента, регулируемого ингибированием по^ принципу обратной связи, необходимо наличие специфических: участков для присоединения регулярных молекул, а также существование характерных конформационных перестроек, изменяющих геометрию белковой молекулы в тех центрах, которые: определяют превращение Е" вЕ'и E'S в E"S.
2. ДВУХСУБСТРАТНЫЕ ФЕРМЕНТЫ
Ферменты, катализирующие реакции с участием более чем-одного субстрата, обладают характерными особенностями, которые создают основу для кинетической теории кооперативного эффекта. Существенным отличием двухсубстратных реакций является более сложная кинетика по сравнению с односубстратными реакциями, и именно эта сложность может обусловить сигмоидную форму кривой (или, точнее, отклонения-от линейности на графике двойных обратных величин). Впервые такая сложность была отмечена Дальзиелем [25], а связь, ее с сигмоидной кинетикой ферментов была разобрана Фердинандом [26]. Модель Фердинанда представлена на рис. 15.. Необходимо, чтобы фермент действовал по случайному механизму (т. е. присоединял бы один субстрат независимо от связывания другого). Следовательно, существуют альтернативные пути образования тройного комплекса. Допустим, что путь.
Е ESX < ES]S2 ---*- Е + Продукты
кинетически предпочтительнее (т. е. k+ik+3>&+2&+4) и сродство-Е к S2 меньше, чем сродство ESi к S2. Можно показать, что начальная скорость такой системы выражается уравнением
С + D [SJ + Е [Si]2 *
где А, В, С, D и Е — константы, включающие второй субстрат S2 (они являются комплексными функциями констант скоростей). Это уравнение применимо, когда изменяется концентрация субстрата Si, а концентрация S2 поддерживается постоянной. В таком виде оно напоминает уравнение (2.15) Адайра, и Фердинанд показывает, что при CB>DA кинетика описывается сигмоидной кривой.
Качественная интерпретация данной кинетической модели заключается в следующем. Если концентрация S2 сохраняется
.'Рис. 15. Схематическое изображение модели Фердинанда для объяснения кооперативности двухсубстратных ферментов [26].
неизменной (невариабельный субстрат) и нарастание концентрации Si начинается с очень низких величин, то вначале большая часть St будет реагировать с ES2, так как концентрация последнего намного выше, чем Е. Следовательно, реакция пойдет по более медленному пути E=f=fcES2^ESiS2- Однако по мере нарастания концентрации Si увеличится его количество, реагирующее со свободным Et, и будет образовываться комплекс ESi. Расход Е на образование ESi вызовет диссоциацию ES2 на Е и S2, так что еще больше молекул Е сможет взаимодействовать с Sj. Так как концентрация вариабельного субстрата увеличивается, все большее количество фермента будет находиться в форме ESi и скорость образования конечного продукта будет возрастать. В результате на графике мы получим сигмоидную кривую. Как и в модели Рэбина, в данном случае участвуют две различные конформации фермента и соотношение между ними обусловлено концентрацией субстрата. Изменение степени доминирования одного из путей в результате присоединения молекул, отличных от субстрата (т. е. регуляторов), способно либо увеличивать (ингибирование), либо уменьшать (активация) сигмоидность кривой. С точки зрения регуляции такой механизм выглядит проще, чем модель равновесного связывания. Сигмоидность составляет неотъемлемую часть каталитического процесса и не требует никаких
