Biokhimia_T1_Strayer_L_1984 (1123302), страница 29
Текст из файла (страница 29)
6.4. фикации. Так, в частности, ну~ем присоединения фосфорилъной группы к определенным остаткам серина регулируется активность ферментов (разл. !6.!!), синтезирующих или расщепляющих гликоген. — СН вЂ” Π— Р— О- О Часть ! !06 Конформация н динамика ооойинтппроооннов производное остатка еорппо Такая модификация может быть обращена гидролизом.
Как присоединение, так н отщепление фосфорильных и других модифицирующих групп катализируется специфическими ферментами. Иной тип регуляции действует в случае многих метаболнческих последовательностей, ведущих к синтезу небольших молекул, например аминокислот. При этом фермент, катализирующий первый этап биосинтеза, подвергается ингибируюшему действию конечного продукта биосинтеза (рис.
6.5). Иллюстрацией этого механизма регуляции — ингибироеаиия по принципу обратной связи, или рстроиигибироьания,— может служит биосинтез изолейцина у бактерий. Превращение треоннна в изолейцин осуществляется в пять этапов, первый из которых катализируется треониндезаминаэой. Когда концентрация изолейцина достигает достаточно высокого уровня, происходит ингибирование фермента, обусловленное тем, что изолейцин присоединяется к регуляторному (а не к каталитическому) участку фермента.
Ингибирование фермента в этом случае опосредована обратимым аллостерическим взаимодействием. При снижении содержания изолейцина ло определенного уровня треонинпезаминаза вновь становится активной и синтез изолейцина восстанавливается. Активный фермент Специфичность ряда ферментов находится под физиологическим контролем. Особенно интересным примером в этом отношении может служить синтез лактозы в молочной железе (рис. 6.6). Лактозо-синтаза — фермент, катализирующий синтез лактозы, состоит иэ двух субъединиц -каталитической и модифицирующей. Каталитическая субъелнница сама по себе неспособна к синтезу лактозы.
Роль этой субъединицы состоит в том, что она катализирует присоелинение галактозы к белку, содержащему ковалентно присоединенную углеводную цепь. Модифицирующая субьсдиница меняет специфичность каталитической субьединицы таким образом, что последняя начинает присоелинять галактозу уже к глюкозе, образуя лактозу. Содержание модифицирующей субъединицы находится под гормональным контролем. Во время беременности в молочной железе синтезируется каталитическая субъеднница, содержание же модифицирующей субъединицы незначительно. При родах содержание гормонов в крови резко меняется, что приводит к синтезу больших количеств модифицирующей субъединицы. Далее модифицирующая субъединица присоединяется к каталитической, образуя активный лактозо-синтазный комплекс, продуцируюший большие количества лактозы.
Из всего сказанного очевидно, что гормоны могут оказывать физиологический эффект путем изменения специфичности ферментов. 6.4. Ферменты осуществляют трансформацию различных видов энергии Во многих биохимических реакциях энергия реагирующих веществ переходит иэ одной формы в другую с высокой степенью эффективности.
Так, например, при фотосинтезе энергия света превращается в энергию химических связей. В митохонлрнях своболная энергия, содержащаяся в низкомолекулярных веществах, поступающих с пищей, переходит в энергию аденозинтрифосфата Ингнонрозаннз продуктом Е А  — ~С вЂ” — ьΠ—-.Ъг Конзчныл продукт У'(х Глюкоза СН ОН Гол зктоза СН,ОН Н ОН лдктОЗА Лактоза Гзллктозк Глнкопротзнн Клтзлнтнчеокал здннниа Щ МодиФикатор специфичности Рнс.
6.6. зо ко А В, зо-з (А1 клар 10 ' 6. Введение в энзимолопно 107 Ингибированне по механизму обратной связи первого в метаболической последовательности фермента путем обратимого связывания им конечного продукта. (АТР)-разменной монеты энергетической валюты.
Энергия химических связей АТР используется далее во многих процессах. При мышечном сокращении энергия АТР преобразуется в энергию мышечного сокращения. В клетках и а субклеточных органеллах имеются насосы, использующие АТР для транспорта молекул и ионов против химического и электрического градиентов. Эти превращения энергии осуществляются молекулами ферментов, составляющими интегральную часть высокоорганизованных структур. 6.5. Ферменты не сдвигают равновесии реакции Фермент является катализатором, и, следовательно, он не может изменять равновесия химической реакции. Это означает, что фермент ускоряет как прямую, так и обратную реакцию в совершенно одинаковой степени. Рассмотрим взаимопревращение А в В.
Пусть в отсутствие фермента скорость прямой реакции ((гл,у составит !О з с ', а скорость обратной ((гооз( составит 1О ' с Константа равновесия К определяется соотношением этих скоростей: Таким образом, в состоянии равновесия концентрация В будет в 100 раз выше, чем концентрация А, независимо от того, присутствует фермент или нет. Однако в отсут- отвис фермента равновесие установится лишь через несколько часов, тогда как при участии фермента оно булет достигнуто всего лишь за несколько секунд.
Следовательно, ферменты ускоряют наступление равновесия, но не сдвигают его. 6.6. Ферменты снижают энергию активации каталнзируемых ими реакций Химическая реакция А В протекает через переходное состояние с более высокой знер- Синтез лактозы — сахара, состоящего из остатков глюкозы и галактозы, происходит под действием фермента, ко~орый содержит каталитическую субьединицу и субъединицу, модифицирующую субстратную специфичность. Каталитическая субъединица в отсутствие субъединицы-модификатора катализирует другую реакцию. Переходное состояние % я о е о гней, чем энергия А или В. Скорость прямой реакции зависит от температуры и от разности значений свободной энергии для А и переходного состояния; зта разность называется свободной энергией активации Гоббса и обозначается ЛСх (рис. 6.7,А): боерехолное состояние 6субстрег Скорость реакции пропорциональна количеству молекул, свободная энергия которых равна нли выше Лбе.
доля таких молекул возрастает с повышением температуры. Ферменты повышают скорость реакций путрм сниэкения активационного барьера Лб . При взаимодействии субстрата с ферментом реакция протекает по новому механизму, характеризующемуся более низкой энергией переходного состояния, чем реакции, протекающие в отсутствие фермента (рис. 6.7, Б). 6.7. Первый этап ферментатнвного катализа -образование фермент-субстратного комплекса Образованию или расщеплению химических связей каким-либо ферментом предшествует формирование фермент-субстратного (Е$) комплекса.
При этом субстрат присоединяется к специфическому участку на ферменте, называемому активным центром. Большинство ферментов проявляет высокую избирательность в отношении связывания субстратов. В сущности, специфичность каталитического действия ферментов в основном зависит от специфичности процесса связывания. Более того, на этой стадии нередко осуществляется и регуляция ферментативной активности. Существование фермент-субстратных комплексов баяло доказано разными способами. 1. Е8-комплексы были непосредственно выявлены с помощью электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа.
Комплексы нуклеиновых кислот и их полимераз видны под электронным микроскопом (рис. 6З). При реьпгеноструктурном анализе комплекса карбоксипептидазы А с ее субстратом глицил-Ь-тирозином была получена подробная информация относительно места и характера связывания субстрата с ферментом в этом ЕЯ-комплексе. Часть 1 108 Конформации н динамика А Время протекания реакции е" о о о Ю о Б Время протекания реакции Рис. 6.7. А. Определение свободной энергии активации Л6 7. Б. Фермент ускоряет реакцию путем снижения Л6;.
2. При образовании ЕБ-комплекса нередко изменяются физические свойства фермента, например растворимость или термостабильность. 3. Спектроскопические характеристики многих ферментов и субстратов изменяются при образовании ЕБ-комплекса подобно тому, как меняется характерный для дезоксигемоглобина спектр поглощения при связывании кислорода или при окислении в ферриформу, что было описано ранее (рис. 3.18). Эти изменения проявляются особенно отчетливо, если фермен~ содержи~ окрашенную простетическую группу. Хорошей иллюстрацией может служить триптофан-синтаза — бактериальный фермент, содержащий в качестве простетической группы пиридоксальфосфат. Этот фермент катализирует синтез 1.-триптофана из 1.-серина и индола. При добавлении Ь-серина к ферменту резко возрастает флуоресценция пиридоксальфосфатной группы (рис.
6,8). Последующее лобавление второ- я я Ф о а Ь о о я Ю я о и Ф ж (рис. 6.9). Такой эффект насыщения не свойствен реакциям, протекающим без катализатора. В 1913 г. Леонор Михаэлнс (1.. М(сЬае11з) рассмотрел понятие максимальной скорости фермепптаптивиой реакции с позиций образования дискретного ЕБ-комплекса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
