Кинетика биологических процессов - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
ESi + S^ES^^lEXY^lEZZlE + Ps. к
Если в результате реакции образуются два продукта, то возможно существование по меньшей мере еще трех промежуточных соединений: ЕРи ЕР2 и EPXP2.
Заметим, что во многих ферментативных реакциях осуществляется строго определенный порядок связывания субстратов и высвобождения продуктов (упорядоченные реакции), в других случаях последовательность присоединения субстратов к ферменту не имеет существенного значения (случайные связывания).
Механизмы регулирования активности ферментов
Многие ферменты обладают способностью изменять свою активность или специфичность каталитических центров под действием определенных веществ. Такие вещества, вызывающие изменения активности или специфичности ферментов, называются модификаторами, регуляторами или эффекторами. Существуют два класса модификаторов — активаторы и ингибиторы. Молекулы активаторов, присоединяясь к ферменту, вызывают увеличение каталитической активности или сродства ферментов к субстратам, а молекулы ингибиторов — уменьшение активности или сродства.
Молекулы природных модификаторов могут взаимодействовать как с активным центром фермента, так и с иными участками белковой молекулы. Регулирование называют изостерическим, нли конкурентным, если молекула регулятора будет структурным аналогом субстрата и может занимать его место в активном центре, иными словами, конкурировать с субстратом за каталитический центр фермента. Основное свойство конкурентных регу--ляторов проявляется в том, что их действие может быть ослаблено или вовсе устранено путем увеличения концентрации субстрата. Так, при конкурентном ингибировании степень угнетения фермента зависит не от абсолютной концентрации ингибитора, а от соотношения концентраций ингибитора и субстрата.
Подобное конкурентное ингибирование осуществляется, например, продуктом ферментативной реакции, имеющим существенное сродство с активным центром фермента. К конкурентным относят также сложные механизмы ингибирования, допускающие образование наряду с неактивным комплексом фермент—ингибитор и тройных комплексов—фермент—субстрат—ингибитор. При этом последний тройной комплекс и активный комплекс фермент—субстрат могут образовывать продукты реакции с одинаковой скоростью.
Молекулы многих модификаторов взаимодействуют не с активным центром фермента, а с другими группами белковой молекулы. Такой тип регулирования называют неконкурентным. В этом случае агент, атакующий молекулу фермента, в отличие от изостерических модификаторов, не может быть вытеснен субстратов ни при каких концентрациях, что имеет место; например, при всех необратимых химических изменениях активного центра.
К неконкурентному типу относится и так называемое алло-стерическое - регулирование. Подчеркнем, что в отличие от изостерических модификаторов, затрагивающих активный центр фермента, аллостерические регуляторы не имеют структурного сходства с субстратом и присоединяются к совершенно иному — регуляторному центру белковой молекулы. Отсюда и термин — аллостерическое (структурно-несвязанное) регулирование. Так, аллостерический ингибитор может связываться либо со свободным ферментом, либо с комплексом ES, либо с тем и с другим:
E + I+EI,
ES + I-^ESI.
Фермент, несущий на себе аллостерический регуляторный центр, называют регуляторным, или аллостерическим. С помощью регуляторных ферментов осуществляется управление биохимическими процессами клетки — путем подавления или активации деятельности биокатализаторов.
По современным представлениям, связывание молекулы модификаторов в аллостерическом регуляторном центре вызывает изменение активности фермента и специфичности каталитического центра путем изменения конформации фермента: в результате
общей деформации белковой глобулы меняется взаимное расположение функциональных групп центра ферментативной активности. Это не мешает образованию комплекса фермента с субстратом, но препятствует образованию продукта реакции. Подобные представления легли в основу теории механизма действия алло-стерических ферментов, предложенной в 1963 г. Моно, Шанже и Жакобом.
Многие ферментные системы обладают способностью автоматически поддерживать требуемую скорость реакции за счет внут-ренних механизмов саморегулирования. К числу таких механизмов прежде всего относится ингибирование активности фермента конечным продуктом реакции, или регулирование по принципу отрицательной обратной связи. Этот механизм регулирования не только обеспечивает высокую чувствительность ферментной системы к изменениям внешней среды, но отвечает также за стабилизацию концентраций важнейших метаболитов клетки.
В управлении биохимическими процессами немаловажную роль играют также автокаталитические ферментативные реакции, т. е. реакции с продуктной активацией катализирующих их фер-
ментов. На основе теоретических исследований, выполненных как в нашей стране, так и за рубежом, показана ведущая роль такого механизма регулирования в генерации концентрационных колебаний в гликолизе.
