Молекулярные основы действия ферментов - Севери Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
изменения парциальных мольных объемов исходных реагентов при образовании
активированных комплексов, либо - в благоприятном случае -
найти ве.личи-
ну парциального мольного объема активированного комплекса Xf.
Надо, однако, иметь в виду, что величина парциального объема не
совпадает с физическим объемом макромолекулы. Действительно, определение
парциального удельного объема v гласит [И], что это есть увеличение
объема при добавлении 1 г сухого белка к очень большому объему раствора.
Размерность и - см3/г. Парциальный мольный объем (см3/моль) получается
умножением v на молекулярный вес (массу) белка М.
Из этого определения видно, что величина парциального объема, а
следовательно, и AV^, отражает не только изменение физического объема
белковой молекулы, но и ее воздействие на окружающую воду - воздействие,
которое называют гидратацией и которое все еще остается плохо изученным,
несмотря на громад-
165
Оценка изменений в AV^ при различных
химических и физических реакциях (при 1 атм) (17)
Реакция ---ак
Вклад в AV ,
см s/моль
Разрыв связи....... + 10
Деформация связи..... ~0
---10
Замещение........ -5
Компенсация диффузии . . . >+20
Циклизация........
Ионизация........ ---20
Стерические ограничения . , (-)
Нейтрализация...... +20
Рассредоточение зарядов . . +5
Концентрация зарядов . . . ---5
ное число посвященных ему исследований (см., например, обзоры [15, 16]).
Физическая сущность гидратации состоит, по-видимому, главным образом
,в небольшом торможении теплового движения молекул воды в
непосредственной близости от заряженных и полярных групп белка [16]. И
хотя эту воду нельзя считать иммобилизованной, все же ее асимметричные
дипольные молекулы ориентируются в этих местах "специфической гидратации"
ие столь беспорядочно, как в свободной воде, благодаря чему уменьшается
занимаемый ими объем. Поэтому перезарядка боковых групп в белке, в
частности при взаимодействии с лигандами, обязательно сопровождается
изменениями гидратации и соответственно парциального мольного объема.
Согласно формуле (5), если то давление будет либо
замедлять скорость реакции (при ДУ^>0), либо увеличивать ее (при
ДУчЬ<0). Ориентировочное представление о том, какого порядка вклад могут
вносить в изменение парциального мольного объема активации различные
химические и физические реакции, дает таблица, составленная по данным о
низкомолекулярных соединениях [17].
Для сравнения укажем, что при инактивации митохондриальной АТФазы в
процессе гидролиза АТФ ДУ=^=184 см3/моль [18].
Интересное наблюдение было сделано Пеннистоном [19]. Ис-хледовав
большое число ферментов, он пришел к заключению, что в случае мономерных
ферментов ДУ^СО, т. е. давление активирует их, в_то время как для
мультисубъединичных ферментов, наоборот, ДУ=)Ь>0, и под давлением они
инактивируются. Пример с АТФазой укладывается в эту схему, но тем не
менее заключение Пеннистона нельзя рассматривать как общую закономерность
[2, 10]. К тому же, как отмечалось ив [19], инактивация мультимерных
ферментов под давлением полностью или частично вызывается их диссоциацией
на субъединицы. В таком случае по формулам (2) или (5) уже нельзя
определить активационный объем, так как на скорость реакции оказывают
воздействие не только изменения в активном центре, но и на
межсубъединичных участках.
Формально это вытекает из следующих простых рассуждений.
В общем случае мультисубъединичного фермента, состоящего
166
из п ковалентно не связанных между собой субъединиц Ef т типов,
константу ассоциации и ее зависимость от давления можно записать в виде t
К = - J!------- K/-P*V-'RT. (24)
П tE'f' i
где Е - интактный активный фермент, v,- - число субъединиц
i-того типа (t=l, 2, т), AVS - парциальный мольный объем
реакции ассоциации субъединиц. Обозначив парциальный мольный объем
свободных субъединиц V,-, имеем
т
AVs= Ve-? v,V,. (25)
i=\
Когда изолированные субъединицы Е,- не обладают каталитической
активностью, уравнение скорости ферментативной реакции у=&[Е] с учетом
(5) и (24) принимает вид
, т, A rc IV- -P(Av?a VS)/RT
V = AqKo П [Eii - (26)
i
Отмеченная Пеннистоном [19] часто встречающаяся инактивация давлением
мультимерных ферментов в рамках (26) означает, что (AV^+AVs) >0. Могут
встречаться разные типы и размеры приращения активационного объема и
