Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
фаз; в частности, это касается: 1) концентрации органических и неорганических веществ, 2) pH среды, 3) энергии молекул, 4) их формы, 5) ориентации на границе фаз и т. д.
В настоящее время легче перечислить те факторы, которые могут влиять на функционирование ферментов, включенных в состав мембран, чем охарактеризовать реальное значение каждого из этих факторов. Вышеупомянутые различия свойств ферментов, свободных и связанных с определенными структурами, могут быть обусловлены четырьмя группами факторов: 1) условиями массообмена между глубиной фазы и интерфазой; 2) локальными изменениями среды; 3) влиянием носителя, которое реализуется либо воздействием непосредственно на фермент, либо через изменение микросреды; 4) изменениями конформации молекул ферментного белка при связывании.
Рассмотрим перечисленные факторы подробнее. Во-первых, в отличие от молекул, находящихся в глубине фаз, молекулы на границе поверхностей в большинстве случаев ориентированы. Так, в связи с неоднородностью поверхности кишечной клетки можно полагать, что ориентация молекул пищевых субстратов относительно поверхности и фиксированных на ней ферментов будет меняться в зависимости от лиофильности или лиофобности, а также знака заряда точки поверхности. Это позволяет думать, что на поверхности существуют благоприятные условия для обработки пищевых субстратов.
Во-вторых, в результате связывания ферментов с носителем происходят локальные изменения окружающей среды. В частности, изменение pH вызывается различной плотностью распределения протонов вблизи поверхности сорбента и в растворе, что зависит от характера подкладки, часто полиэлектролитного. В зависимости от свойств субстрата (его заряда) наблюдается более или менее значительная разница в концентрации Н-ионов для связанного и растворенного ферментов. Принципиальное значение в изменении свойств фермент-мембранных комплексов имеет природа связывающей поверхности, многочисленные примеры этого были приведены выше. Влияние носителя на свойства ферментов, как уже отмечалось, проявляется либо через воздействие последнего на микросреду, создающуюся вблизи поверхности, либо непосредственно на белковую глобулу, в частности на ее конформацию. Вероятно, многое зависит от того, за счет каких связей сорбирован фермент на поверхности и каково отношение активного центра к жидкой и твердой фазам (Уголев,
1967).
И наконец, во многих случаях связывание фермента сопровождается более или менее значительным изменением молекулы самого фермента, в частности ее геометрии, подвижности, межбелковыми взаимодействиями, изменениями в соотношении субъединиц ферментов (если последние обладают четвертичной структурой) и т. д. По-видимому, следует провести аналогию между связыванием фермента с носителем (адсорбцией) и связыванием лиганда с каталитическим (или регуляторным) центром фермента. В последнем случае придается значение гибкости ферментной глобулы и возможности изменения пространственной и электронной конфигурации в процессе образования комплекса фермент — субстрат (Кош-ланд, 1967; Koshland, Neet, 1968). Под влиянием связывания лиганда в молекуле белка возникают конформационные изменения, иногда весьма значительные.
ГЛАВА 16. МЕМБРАННОЕ ПИЩЕВАРЕНИЕ
297
Таким образом, если в соответствии с теорией Кошланда изучаются механизмы действия одной ферментной глобулы и ее изменение под влиянием субстрата реакции,- то при исследовании каталитической активности адсорбированных ферментов можно рассматривать свойства последних и их комплексов как часть определенной биоструктуры (Полторак, 1967).
Как полагает О. М. Полторак (1967), Кошланд обсуждает изменение третичной структуры, связанное с «внутренними» причинами — внедрением в глобулу фермента субстратов реакции, ингибиторов и т. д., тогда как при адсорбции рассматривается эффект внешнего воздействия на глобулу как целое — «эффект мембраны».
При этом обращает на себя внимание то обстоятельство, что структурирование ферментов, в нативном состоянии являющихся компонентами биомембран, на носителях, содержащих фосфолипиды (или на фосфоли-пидных липосомах), обычно приводит к изменению кинетических характеристик в сторону более эффективного течения ферментативного катализа. Это выражается, в частности, в снижении Км и (или) увеличении УМакС после связывания ферментов. Подобные явления объясняются тем, что ферменты, в естественном состоянии входящие в состав фермент-мембран-ных комплексов, обладают оптимальной конформацией в составе мембраны и при солюбилизации (или при выделении их из фермент-мембранных комплексов) переходят в состояние, характеризующееся снижением активности (Полторак, 1967; и др.). Эти выводы хорошо согласуются с результатами изучения очищенной из тонкой кишки крыс инвертазы, для которой показано снижение Км и возрастание FMaKC после комплексирования с лецитином или структурирования на лецитиновых липосомах (табл. 10).
ТАБЛИЦА Ю
Кинетические характеристики (Км и FMaKC) очищенных препаратов кишечных карбогидраз и их лецитиновых комплексов
Фермент J Субстрат | Км I ^макс' 10-4 м/мин
