Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 103
Текст из файла (страница 103)
Некоторые различия наблюдаются на уровне структуры белков. Кроме активного центра зллостерические ферменты обычно имеют один яля несколько регуляторных (аллостерических) центров для связывания модулятора (рис. 6-31). Так же как активный центр фермента специфичен для определенною субстрата, каждый регуляторный центр специфичен для определенного модулятора. Ферменты с несколькими молуляторами обычно имеют отдельный участок для связывания каждого из них. У гомотропных ферментов активный центр и регуляторный центр совпадают.
Алластерические ферменты, как правило, имеют белее крупные размеры и сложнее устроены, чем обычные. Большинство аллостерических фермептов состоит из лвух нли более единиц. Аспартаттрансюрбамоилаза, катализирующая реакцию на рлших этапах биосинтеза пиримидиновых осномний (рис. 22-36), состоит из 12 полипептидных цепей, образующих каталитические и регуляторные субьединицьс На рис. 6-32 представлена четвертичная структура ланного белка, полученная с помощью рентгеноструктурного анализа. Во многих метаболических путях регуляторная стадия катализируется зллостерическим ферментом В некоторых полиферментных системах происходит специфическое ингибирование регуляторных ферментов конечным продукгом метаболического луги всякий раз, когда содержание этого продукта превышает необходимый клетке уровень.
При замедлении реакции, катализируемой регуляторным ферментом, все последующие ферментативные сгзлии также замедляются по мере исчерпания их губстратов. В результате скорость образования ко- СОО 1 НзГЧ вЂ” С вЂ” Н ! Н вЂ” С вЂ” ОН 1 СНз Ь-треонин пм~»и~ин ! ЗГИ!жю \ ил 3 А 1 В ! 1 С 1 О СОО ~ ~Нви С Н ~ — -Н вЂ” С вЂ” СНз ! СН СНз Ь-изалейцин Рмс. 6-33. Ингибмрввание пв принципу обратной связи.
Превращение Ь-треонмна в Ь-изолейции происходит в Результате последовательного действия пяти ферментов (ат Е, до Е,). Первый фермент треонипдегмдратаза подвергаегсл аллостерическому мигмбированию продуктом последней реакции в данной серии (мзолейцином), но не мнгибмруется никаким другим промежуточным продуктом (от А до Р).
Ингмбирование по принципу обратной связи изображено пунктирной линией и символом ® у стрелки, соответствующей реакции, катализируемой треониндегмдратазой. Такой способ изображения обратной связи используется в книге и далее. печного продукта данного метаболического пути приходит в соответствие с клеточными нуждами. Данный тип регуляции называется ингибироваиием по принципу обратной связи.
Накопление конечною продукта метаболического пути замедляет все реакции на этом пути. Одной из первых систем, в которых был обнаружен данный механизм, является бактериальная фермептативная система, катализнрующая пятиступенчатое превращение Ь-треонина в 1-изолейцин (рис. 6-33). Первый фермент, действующий в данной системе, а именно трео- [322] Часть1. б. Ферменты л Л х я Коо (З) (мМ) а о Кол Коз дол (Б] (мМ) б ло 5 (З) (мМ) в ниндегидратаза, ингибирустся изолсйцином— продуктол» последней реакции в цепочке. Это пример гетеротропного аллостерического ингнбирования.
Изолейцин — довольно специфический ингибитор. Ни один из промежуточных продуктов данной цепочки пе ингибирует треоннндегидратазу, и никакой другой фермент в цепочке не ннгибируется изолейцинол». Изолейцип связывается не в активном центре, а в другом участке молекулы фермента — в регуляторном центре. Это связывание является нековалентнь»м и обратимым; если концентрация изолейцина снижается, скорость дегидратации треонина увеличивается. Так активность треониндегидратазы быстро и обратимо реагирует на флуктуации концентрации изолейцина в клетке.
Как мы увидим в части И данной книги, механизмы регуляции многих других метаболнческнх путей гораздо сложнее. Поведение аллостерических ферментов отклоняется от кинетики Иихаэлиса-Иентен Зависимость между го и [Я] для аллостернческих ферментов нс подчиняется кинетике Михаэлнса-Ментен. Для этих ферментов также цабл»одается насыщение субстратом нри достаточно высоких значениях [3], однако график зависимости по от [Я (рис. 6-34) имеет 5-образный, а не гиперболический вид, характерный для нерегуляторных ферментов. На 5-образной кривой мы можем найти значение [Я„соответству»ощее 1/2 Р, но оно не обозначается как Кль поскольку фермент не подчиняется кш»етнке Михаэлиса-Ментен. При описании кинетического поведения аллостерических ферментов используют обозначения [3]аз или Ко„.-, соответствующие концентрации субстрата, при которой достигается половина л»аксимальной скорости реакции (рис.
6-34). 5-образная кривая зависимости со от [Я обычноговоритокооперативном взаимодействии между субъединицами белка. Другими словами, изменение структуры одной субъединицы путем нековалентных взаимодействий в месте ко»»такта субъсдиниц приводит к структурным изменениям в соседней субъединице. Этот принцип особенно наглядно проявляется, если белок не является ферментом, например при связывании гемоглобина с кислородом. з-образный характер Рмс. б-34. Зависимость активности различных типов ааяостермческмк ферментов от концентрации субстрата.
Здесь представлены примеры сложной реакции аллостеркческкх ферментов на действие кх модуляторов. а) Скгмовкдная зависимость для гомотропного фермента, д»ж которого субстрат является одновременно к положительным (актквиру»ощмм) модулятором. Обратите внимание ка сходство с кривой насыщения гемоглобина кислородом (ркс. 5-12).
б) Влияние положительного (+) к отрицательного (-) модулятора на поведение аллостерическкх ферментов: Коа изменяется. к остается на прежнем уровне. Центральная кривая получена без модулятора. в) Менее распространенный тип действия модулятора, лрк котором изменяетск Р а К„, практически постоянна. б5 гегуляторные ферменты [323] зависимости объясняется с помощью двух моделей (симметричной и последовательной), описывающих взаимодействие между субъединицами (рис. 5-15).
Гоиотро нные аллостеричес кис ферменты обычно являются субъедипичными белками. Как уже упоминалось ранее, центр связывания на каждой субъединице такого белка выполняет одновременно функции активного и регулятор- ного центров. Наиболее часто субстрат действует кзк положительный модулятор (акгиватор), поскольку субъединицы действуют кооперативно: связывание одной молекулы субстрата в одном центре влечет за собой изменение конформации белка, что способствует связыванию следующих молекул субстрата.
Такой тип взаимодействия как раз и приводит к 5-образному росту кривой зависимости од от ]5]. Одной из особенностей 5-образной зависимости является то, что небольшие изменения концентрации модулятора могут сильно повлиять на активность фермента. Как видно из рис. 6-34, а, сравнительно небольшое повышение ]5] на крутом участке кривой вызывает змачнтельное повышсние пш В случае гетеротропных аллостерических ферментов, модуляторами которых являются другие метаболиты, а не их нормальный субстрат, вид кривых зависимости од от 15] может быть различным. Действие активатора может приводить к тому, что кривая принимает почти гиперболический вид с попижснным значением Кдь но прежним значением г',„,,„, что выражается в росте скорости реакции при фиксированной ховцентрапии субстрата (для всех 15] значения г, располагаются выше; рис. 6-34, б, верхняя кривая). Другие гетеротропные аллостерическис ферменты реагируют на действие активатора повышением г'„„„без значительных изменений Ккз (рис.
6-34, е). Действие отрицательного модулятора (ингибитора) может приводить к формированиюболеевыраженпойсигмовидной кривой,харшперизующейся повышением Кдд (рис. 6-34, б, нижняя кривая). Таким образом, зависимость дкшвности гетеротропных адлостерических ферментов от концентрации субстрата может различным образом изменяться под действием модулятора, поскольку некоторые из этих ферментов регулируются ингибирующими модуляторами, другие — акгивирующими, а третьи— теми н другими. Некоторые ферменты регулируются с помощью обратимой ковалентной модификации В другом важном классе регуляторных ферментов активность регулируется путем ковалентной молификации одного или нескольких аминокислотных остатков в молекуле фермента.
В белках описано свыше 500 различных типов ковалентной модификации. В роли модифицирующих групп часто выступают фосфорильная, ацетильная, аденильная, урилильная, метильная, амидная, карбоксильная, миристоильная, пал ьмитоильная, преп ильная, гидроксильная, сульфатная и АГ)Р-рибозильная группы (рис. 6-35). Существуют даже целые белки, которые используются как специальные модифицирующие группы, например убиквитин и белки Я)МО (зтаД иЫдийт-Юге тог(фетз). Соответствующие группы обычно присоединяются к молекуле регуляторного белка и снимаются с нее под действием разных ферментов.
При модификации аминокислотцых остатков иа место одной аминокислоты встраивают другую — с другими свойствами. Введение заряженной группы может локальным образом менять свойства фермента и вызывать изменение его конформации. Введение гидрофобной группы может привести к связыванию белка с мембраной. Изменения часто бывают весьма существенными и могут оказаться критическими для функционирования измененного фермента. Число возможных модификаций ферментов слишком велико, чтобы обсуждать их все подробно, рассмотрим лишь несколько примеров. Примером фермента, активность которого регулируется метилированием, может служить метил-акцептирующий белок хемотаксиса бактерий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
