Молекулярные основы действия ферментов - Севери Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
согласно которому кинетические параметры прямой и обратной реакций,
катализируемых единственным, ферментом, не могут быть произвольными, а
должны зависеть от константы равновесия реакции. Более детальное
теоретическое рассмотрение принципа Холдейна можно найти в обзоре
Клиланда [84], а его возможное приложение к функционированию
митохондриальной АТФазы в обзоре Бойера [82]. Следует отметить, что
недавно три независимые группы исследователей сообщили об
экспериментально наблюдаемом увеличении констант Михаэлиса для АДФ и
неорганического фосфата в процессе окислительного фосфорилирования [74,
85, 86]. Легко показать, что, если обратимая ферментативная реакция
катализируется единственным ферментом, из принципа микрообратимости
следует невозможность избирательного торможения любым ингибитором только
одного направления реакции при условии, что ингибитор не влияет на
положение равновесия (не реагирует с субстратами или продуктами реакции).
Действительно, для реакции
Е
S ----"Р
соотношение Холдейна может быть записано так:
yf rsP
-gg-= Кд = -Гх-~ "s . (27)
р ^-Ksm
где Рр и Sj, - концентрации субстрата и продукта в равновесии,
определяемом константой КР; V^ax и V^ax - значения максимальных скоростей
прямой и обратной реакции соответственно;
- константы Михаэлиса для субстрата и продукта при протекании
реакции в прямом и обратном направлениях. Если ингибитор (или активатор)
изменяет то неизменность
константы равновесия требует пропорционального изменения одного или
одновременного изменения всех трех других параметров (^max' ^т'
Сообщения об одностороннем торможении
АТФазной реакции обычно касаются изменений скоростей, измеренных в
оптимальных для данного направления условиях, т. е. величин, близких, но
не идентичных Vmax- К сожалению, нам не известно ни одной работы, где
влияние "одностороннего" ингибитора на "оптимальную" активность
сопровождалось бы анализом его эффектов на три другие параметра, входящие
в соотношение Холдейна [83].
Таким образом, существование "односторонних" ингибиторов в той мере,
в какой изучена феноменология их действия, не противоречит представлению
об АТФазной реакции как о реакции фосфорилирования, протекающей в
обратном направлении (см.
44
краткое обсуждение проблемы односторонних ингибиторов в работе [87]).
Существует возможность принципиально иного подхода к проблеме
обратимости окислительного фосфорилирования. Рассмотрим гипотетическую
ферментативную реакцию гидролиза АТФ, сопряженную с векторным
перемещением протона и происходящую по стадиям 1-4:
±АДФ
-Е-АДФ ---------Е
6 (28)
Е-АДФ *-^=-Е
± АДФ
Пусть, как и в предыдущем случае, стадия 4 сопряжена с переносом протона.
Тогда все сказанное выше применительно к большому циклу схемы рис. 1
окажется справедливым для циклической реакции 1-4, и фосфорилирование АДФ
представляет собой последовательность реакций 4-1. Уместно подчеркнуть,
что сопрягающая функция фермента (гидролиз/перенос протона), по-видимому,
должна состоять в строго детерминированной последовательности
элементарных актов, следующих после активации кинетически инертной и
термодинамически нестабильной молекулы АТФ при ее связывании в активном
центре.
Допустим теперь, что при солюбилизации Fi или при получении
субмитохондриальных фрагментов происходит "незначительное" изменение
структуры фермента, прийодящее к тому, что вместо специфической
изомеризации комплекса "фермент-продукт" (реакции 3) происходит
диссоциация комплекса в соответствии с последовательностью реакций 5 и 6.
Суммарная АТФазная реакция в этом случае катализируется циклической
последовательностью реакций 1, 2, 5 и 6, а если одна из новых стадий,
например 5, необратима, невозможно обращение и всей последовательности
реакций. При таком рассмотрении АТФазная и АТФ-син-тетазная реакции
протекают по различным механизмам. Для необратимой последовательности
реакций 1, 2, 5 и 6 соотношение Холдейна не имеет смысла. В том случае,
если обе последовательности: 1-4 и 1, 2, 5, 6 обратимы, то для каждой из
них существуют два соотношения, связывающие кинетические параметры с
константой равновесия, каждое из которых однозначно. Очевидно, что
константа Михаэлиса для АТФ и значения максимальных скоростей гидролиза,
протекающего по различным механизмам, могут существенно различаться; это
в полной мере справедливо и для обратных реакций. При таком рассмотрении
существование "односторонних" ингибиторов фермента не только возможно, но
и прямо следует из схемы /[28]. Действительно, ингибитор, действие
