Молекулярные основы действия ферментов - Севери Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
последнего времени рассматривались как регуляторные. Последнее
заслуживает краткого обсуждения. Появление аномального кинетического
поведения ферментов в биохимии вообще и применительно к АТФазе в
частности нередко связывают с особенностями ферментов как регулируемых
катализаторов. Весьма часто, однако (и это справедливо в отношении
функционирования АТФ-синтетазы митохондрий), в стороне от обсуждения
остается вопрос: что именно и для каких физиологических нужд регулируется
аномальным немихаэлисовским поведением. Кроме явной несостоятельности
общего утверждения о существовании "регуляторных" мест связывания для
нуклеотидов в молекуле Fi слабой их стороной является отсутствие
количественных оценок. Сродство Fi к АДФ при образовании "медленного"
комплекса неактивной АТФазы чрезвычайно велико (К~10~* - в отсутствие
фосфата и /С~Ю-в М - в присутствии "физиологических" концентраций
фосфата). Это означает, что при реальных концентрациях АДФ в матриксе
митохондрий специфическое для АДФ место связывания всегда насыщено
нуклеотидом, и "регулирование" активности фермента внешним сигналом,
реализующимся небольшими изменениями концентрации АДФ, неосуществимо. С
другой стороны, так как основной функцией Fi является синтез АТФ, логично
предположить, что постоянная насыщенность фер-
47
мента субстратом хорошо соответствует его физиологической функции.
Если принять, что гипотеза о различии путей синтеза и гидролиза АТФ
митохондриальной АТФазой ,в предложенном нами виде [53] верна, то
возникает вопрос: какова роль АТФазной реакции, протекающей по механизму,
представленному большим циклом схемы рис. 1, или, другими словами, какова
роль "гидролазной" конформации фермента (рис. 2).
АТф АТф
Рис. 2. Схема медленной трансформации митохондриальной АТФ-синтетазы,
индуцируемой субстратом и продуктами.
Толстыми стрелками показаны кинетически предпочтительные направления
реакции, катализируемые "гидролазной" (Еа) и "синтетазной" (Es)
конформациями фермента (Е)
Ответить на этот вопрос можно двояко.
Одна из возможностей, на наш взгляд, состоит в том, что высокая
АТФазная активность митохондриальной АТФ-синтетазы является биохимическим
артефактом, вызванным воздействием, необходимыми для получения
субмитохондриальных частиц или растворимого Fi. В связи с этим уместно
отметить, что АТФазная активность сопрягающих факторов из других
организмов (хлоропласта растений [93], некоторые микроорганизмы [94])
очень низка, но она может быть активирована сильными химическими
воздействиями (тепловая обработка, обработка меркаптоэтанолом,
трипсином). Митохондриальный АТФ-синтетазный комплекс также содержит
специальный низкомолекулярный белковый ингибитор (см. обзор [95]), и
препараты растворимого Fi или субмитохондриальных частиц быстро теряют
гидролазную активность при их инкубации с белковым ингибитором и АТФ
[96]. Фактически для получения активной митохондриальной АТФазы
приходится применять специальные воздействия для удаления белкового
ингибитора [61]. Интересно, что, блокируя гидролазную реакцию, белковый
ингибитор практически не влияет на окислительное фосфори-лирование [97].
Для объяснения этого явления была предложена гипотеза о Д|д,Н+-зависимой
диссоциации комплекса АТФазы с белковым ингибитором [98]. Эта гипотеза
экспериментально не доказана. Более того, далеко не все экспериментальные
факты
48
укладываются в представление о потенциал-зависимой диссоциации
ингибитора. Так, например, известно, что гидролиз АТФ "сопряженными"
субмитохондриальными частицами приводит к возникновению Д[хН+ на
сопрягающей мембране, который в свою очередь должен активировать АТФазу
за счет снятия торможения белковым ингибитором. Другими словами, АТФ-
зависимые эндер-гонические реакции в субмитохондриальных частицах,
содержащих белок-ингибитор, должны протекать автокаталитически.
Экспериментально этого не наблюдается; напротив, торможение АТФазной
активности белком-ингибитором требует гидролитического акта [99]. В
рамках предложенной нами модели действие белка-ингибитора легко
объясняется, если предположить, что оно направлено на одну из стадий
большого цикла схемы рис. 1. Функциональная роль белка-ингибитора при
таком рассмотрении состоит в обеспечении надежности сопряженной АТФазной
реакции 3.
Не исключено, что существование двух каталитических циклов,,
осуществляемых митохондриальной АТФазой, не является биохимическим
артефактом, а имеет физиологический смысл. Можно себе представить, что в
тех случаях, когда в гиалоплазме клетки создается дефицит АДФ,
митохондрии, обладая потенциально высокой АТФазной активностью, способны
быстро обеспечить необходимое количество АДф за счет активации
гидролитического* цикла, не сопряженного с возникновением
электрохимического потенциала ионов водорода на спрягающей мембране. Это
предположение, однако, весьма гипотетично, и в настоящее время не слишком
