Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
Влияние структурирования ферментов на их каталитические и регуляторные свойства
Основные феномены. До сих пор были рассмотрены лишь специфические особенности мембранного пищеварения, которые зависят от того, что ферментные и транспортные системы особым образом организованы на одной и той же поверхности мембраны. Следует остановиться на тех особенностях ферментативных процессов, которые обусловлены изменением свойств ферментов в резуль*гате их связывания со структурами мембран.
Уже в первых работах по мембранному пищеварению было показано, что при отделении ферментов от мембраны, с которой они связаны в нативных условиях, в ряде случаев существенно меняются не только каталитические характеристики этих ферментов, но и их регуляторные свойства. Эти различия чрезвычайно важны для понимания мембранного пищеварения, которое во многих отношениях является частным случаем протекания каталитических процессов на неоднородных пористых поверхностях (Уголев, 1963, 1967, 1972).
За последние годы в литературе накопилось большое число сведений, отражающих результаты сравнительного изучения различных ферментов, сорбированных на модельных мембранах или связанных с инертными синтетическими носителями. В большинстве случаев эти сведения относятся к области биоорганической химии. Данных об особенностях ферментов, сорбированных на поверхности тонкой кишки, чрезвычайно мало. Уже в начале 60-х годов было продемонстрировано, что: 1) активность панкреатической а-амилазы, сорбированной на поверхности тонкой кишки белых крыс, резко возрастает по сравнению с активностью растворенного фермента (Ugolev, 1960); 2) адсорбированная а-амилаза, в отличие от растворенной, более устойчива к тепловой и кислотной денатурации (Уголев,
1963); 3) при адсорбции а-амилазы на поверхности тонкой кишки наблюдается изменение спектра ее ферментативной активности. Оказалось, что увеличение активности а-амилазы происходит при ее действии на частично расщепленный крахмал и декстрины. Что касается коллоидной амилозы, то в прямых экспериментах было обнаружено, что растворенный фермент гидролизует ее быстрее, чем адсорбированный (Уголев,
1963); 4) энергия активации для адсорбированной а-амилазы ниже, чем для растворенной, а температурная устойчивость, напротив, выше. Кроме
ГЛАВА 16. МЕМБРАННОЕ ПИЩЕВАРЕНИЕ
287
того, существуют резкие различия в действии ряда модификаторов на этот фермент в растворенном и адсорбированном состояниях (De Laey, 1967а, b; 5) кривая, характеризующая влияние pH на активность солюбилизированной инвертазы, имеет довольно узкий пик, в то время как активность инвертазы вывернутых кусочков тонкой кишки максимальна в более широком диапазоне pH (Уголев, 1967).
В течение последних лет эти вопросы усиленно разрабатываются на более простых моделях. Установлено, что различные характеристики фермент-мембранных комплексов или нерастворимых производных фер' ментов изменяются по сравнению с растворенными ферментами. Эти изменения касаются устойчивости нерастворимых комплексов, которая, как правило, повышается по сравнению с устойчивостью растворенного фермента. Меняется стабильность ферментов по отношению к действию таких различных факторов, как тепловая, щелочная и кислотная денатурации, влияние ингибиторов и активаторов, автолиз, окисление. Во многих случаях могут меняться субстратная специфичность, уровень и спектр активности ферментов, а также такие кинетические характеристики, как Км, 1^макс> pH-функции, температурная зависимость и т. д.
В частности, возрастает резистентность к щелочной или кислотной денатурации, как это было показано для очищенной ct-амилазы (тах-amylase), включенной в ДЭАЭ-декстрани КМ-целлюлозу (Wykes et al.,
1971), |3-Д-глюкозидазы в комплексе с микрокристаллической целлюлозой (Barker et al., 1971), искусственного комплекса полистирол-трипсин (Bar-Eli, Katchalski, 1963) и папаина, ковалентно связанного с полимерами акриловой и метакриловой кислот (Manecke et al., 1970). Отмечено значительное удлинение срока сохранения активности комплекса фермент — носитель по сравнению с нативным ферментом для комплекса глюкоамилаза — ДЭАЭ-целлюлоза (Wilson, Lilly, 1969), (3-галактозидаза — ДЭАЭ-целлюлоза (Lilly, 1971), для амилазы и пепсина после их связывания с макромолекулярными носителями (Manecke, 1962), пепсина в комплексе с пористым стеклом (Line et al., 1971), трипсина и химотрипсива в комплексе с эфирами целлюлозы (Суринов, Манойлов, 1966) и глю-козооксидазы, ковалентно связанной с окислом никеля (Weetall, Hers, 1970).
Меняется стабильность ферментов и по отношению к действию других факторов. Например, политирозилтрипсин значительно более устойчив к автолизу, чем трипсин (Glazer et al., 1962), а комплексы целлюлоза — фицин (Lilly et al., 1965), бромелаин — КМ-целлюлоза (Wharton et al.,
1968) и РНКаза — КМ-целлюлоза (Epstein, Anfinsen, 1962) — к окислению. Возрастает устойчивость нерастворимых производных трипсина к денатурирующему действию мочевины. ДНКаза, сорбированная на целлюлозе, проявляет меньшую чувствительность к действию ионизирующей радиации (Fletcher, Okada, 1955).
