Молекулярные основы действия ферментов - Севери Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
46. Северин С. Е., Телепнева В. И., ЦейтлннЛ. А. (1970) Биохимия
35, 329-335.
47. Те ле пн ев а В. И.. Мештер Р. (1971) Вопр. мед. химии 17, 20-26.
48. Yamamoto Y. (1966) Plant Physiol. 41, 523-528.
49. Apps D. К. (1968) Europ. J. Biochem. 5, 444-450.
50. Wang T. P., Kaplan N. O. (1954) JBC, 206, 311-325.
51. Apps D. К (1969) Europ. J. Biochem. 7, 260-266.
160
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ
В. Я. Черняк
(Межфакультетская проблемная научно-исследователькая
лаборатория молекулярной биологии и биоорганической химии им. А. Н.
Белозерского МГУ)
Ровно 100 лет тому назад глубоководная драга экспедиционного корабля
"Талисман" принесла живые организмы со дна моря, с глубины 6000 м. На
такой глубине гидростатическое давление превышает 600 атм, и это сразу
привлекло внимание к вопросу
о влиянии давления на биологическую активность. Исследования, начатые на
клеточном уровне (они продолжаются и по сей день), вскоре были дополнены
изучением активности изолированных ферментов.
Однако увлечение техникой эксперимента привело к тому, что на
протяжении нескольких десятилетий опыты проводили в области
гидростатических давлений, по большей части намного превышавших 1200 атм
- предельное давление в Мировом океане [1, 2]. В результате длительное
время преобладало ошибочное убеждение, что наиболее общим эффектом
гидростатического давления является денатурация белков. Лишь после
появления теории абсолютных скоростей реакций и разработки
термодинамического аспекта ферментативных реакций под давлением [3, 4]
появилось понимание важной роли объемных эффектов, сопровождающих эти
реакции, и оживился интерес к умеренным гидростатическим давлениям,
которые могут играть важную роль в жизнедеятельности глубоководных
организмов.
В 60-е годы было обнаружено, что межсубъединичные белок-белковые
взаимодействия также могут сопровождаться значительными изменениями
парциальных объемов. В зависимости от знака этих изменений
гидростатическое давление приводит к многократному увеличению или
уменьшению константы ассоциации бел-.ков, состоящих из нескольких
субъединиц. Интересные проявления этих эффектов обнаруживаются в
скоростных опытах на ультрацентрифугах [6-8].
Способность умеренно высокого гидростатического давления вызывать
диссоциацию олигомерных белков в отсутствие таких денатурирующих агентов,
как мочевина, гуанидин-хлорид, детергенты, придает этим исследованиям
двоякий интерес: во-первых,
количественное определение изменения парциального мольного объема
позволяет делать некоторые заключения о природе меж-субъединичных
контактных участков, во-вторых, высокая степень обратимости диссоциации
под давлением дает возможность при-
6 Заказ 423
161
близиться к моделированию естественных условий формирования четвертичной
структуры [9].
Экспериментальные способы наблюдения эффектов давления весьма
разнообразны и охватывают практически все методы, применяющиеся для
изучения белков и ферментов.
В данной работе кратко излагаются теоретические основы воздействия
умеренного гидростатического давления на ферменты, описывается
разработанная в Межфакультетской лаборатории им. А. Н. Белозерского МГУ
оригинальная оптическая кювета для спектрофотометрического изучения
ферментативной кинетики под давлением и приводятся некоторые результаты
исследования лак-татдегидрогеназы.
Гидростатическое давление оказывает воздействие на химические реакции, в
том числе на ферментативные, прежде всего через объемные эффекты этих
реакций [10]. Только такой тип воздействия мы будем здесь рассматривать,
. оставив в стороне другие возможные эффекты, как, например, сдвиг рК.
буферных солей* увеличение парциального давления растворенных газов и т.
д. Точно так же не будут затронуты вопросы, возникающие при воздействии
на систему сжатыми газами.
В теории абсолютных скоростей реакции постулируется, что' все
химические реакции проходят через промежуточное активированное состояние
Х^, которое находится в равновесии с реагентами:
Важнейший вывод теории заключается в том, что скорость образования
продуктов С и D пропорциональна концентрации промежуточных активированных
комплексов [Х^], и следовательно, константа скорости реакции k
пропорциональна константе квазиравновесия 1
В равновесной термодинамике константа равновесия связана с приращением
стандартной свободной энергии Гиббса: AG° =
=-RT 1п К, а следовательно, AG0=sfc=-RT In К^=-RTlnA+ + const. Отсюда
вытекает, что константы и k являются функциями давления Р [12]:
1 Глубокое обсуждение физического смысла К41- н последующих
термодинамических соотношений читатель найдет в [22].
Основные понятия
A+B^X*->C + D.
(1)
[А] [В]
где "активационный объем" AV^ есть
162
ду* = Vx^ - (VA + Vb), (3)
