Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 73
Текст из файла (страница 73)
— Р + 1„ это реакция первого порядка, а соответствующая константа скорости (Ггг) имеет размерность обратного времени (с '). Если реагируют две молекулы, как при образовании комплекса Р + Š— Р1, такая реакция называется реакцией второго порядка, а размерность соответствующей константы скорости([г„.) — М-'с '. КЛЮЧЕВЫЕ ДОГОВОРЕННОСТИ. Константы равнове- сия принято обозначать заглавной буквой К, а константы скорости — строчной й. ° Если обе части уравнения 5-2 умножить на концентрацию лиганда, то станет видно, что отношение концентраций связанного и свободного белка прямо пропорционально концентрации свободного лиганда: [Р11 !Р! (5-3) Если концентрация лиганда многократно превышает количество центров связывания лиганда на молекулах белка, то связывание ливы|да с белком практически не влияет на концентрацию свободного (несвязанного) лиганла, т.
е. [Ц остается постоянной. Это допущение применимо к большинству лигандов, связывающихся с белками в клетке, и значительно упрощает наши вычисления. Теперь мы можем ввести параметр 8 (тета), отражающий долю занятых центров связывания лиганда на молекулах белка: (число занятых центров связывания) О— (общее число центров связывания) [РЦ (1РЦ+ [Р]) (5-4) [Ц (5-5) 1 1Ц+— К,. Подставив вместо [РЦ произведение К, [РИ1] (см. уравнение 5-3) и слелав некоторые преобразования, получаем: К„,[Ц[Р! К,.[Ц К„[1.ИР]+ [Р! К„.[1.! + 1 [230[ Чаоь(.
5. Функции белков 1, ,0; — --- 1,0 8 0,5 8 0,5 0 Ка 0 Рзо 5 б ) 10 РО» (кПа (Ц (условные единицы) Рис. 5-4. Графическое представление связывания лигаида. Представлена зависимость доли занятых центров связывания лиганда (0) от концентрации свободного лиганда. Обе кривые описываются гиперболическим уравнением. а) Кривая связывания гипотетического лигшща П Концентрация лиганда, при которой занята половина центров связывания, соответствует 1/К, или Х,. Кривая имеет горизонтальную асимптоту при О = 1 и вертикальную асимптоту при [Е] = -1/л, (не показана). б) Кривая связывания кислорода с миоглобинам.
Парциальное давление кислорода в газовой фазе над раствором выражено в килопаскалях (кПа). Кислород имеет высокое сродство к миоглобину, поэтому значение Р„составляет всего 0,26 кПа. Лк»аич 1, 10ч 1 10к' 4 ° 10 '*' 1 10' 3 10 '-' 2 10» Лвплйп (шшный бб н»к)" Рсщ'ато,'» ш»сую!л»к ('»ело»к»ья) Рост»»-, 'В И с) ма атал а ( кш оке ка) ' Н~»» сзы'Влзынвю»цп»1 б»ш»ок (Е. гай) Ка.п моду»пи (крысы)" 'Нш»югн Инсулин др41 «шшгрюик ткый ш тиггп Б11Ч-1) Н1» ' Сэ" стю»»шртаые ихлюгктейстэ»»» Наг»яз»1»г»кч»тар ~~®М ' Спзч»афнчпыс к ш сзсшкштш»ьпостн вээиыаьейсз вня бачок-»" 111К Ь»кулааввплиа »! ! ..
» .з з 1»»' го»з 11г~ 10'»а 10 э 10 ГО з за высокая а»1»»диик»ст ., втыкая а»)кр»илк»»аиь Да «моль,'л) Дветные паласы означают диапазон значений констант днссоциацик при неко»орых типичных сааииодействиях.в биологических системах. Несколько реакций такие как взаииодействке бе»»ка авидина к хофактора ферментов биотикэ, выходят за рамки нормального диапазона. Связывание звидина с бисткяаи такое прочное что реакцию кожно считать необратимом. Специфкчное к паслеловате»»ькости взаимодействие белка с ДНК характеризует белки, связывающиеся с определенной последователь»»осп ю нуклеотндов в ДНК в отличке от обычкого связывания с прокзвольныи участком ДНК.
Данные значения констант лнссоциацни верны талька в зех конкретных условиях, в кап»рых ~ни были определены. Значения Кз могут сильно изменяться (ннагла на несколько порялкав) ~рн изменении концентрации солей н рН раствора, а.сашке некоторых лругнх параметров. " Связь авилнпа с бнотнном (кафактором ферментов) является одной из наиболее прочных ~ековалентных связей, известных в биохимии нв сегодняшний день. '" Кэльмолулнн имеег четыре центра связывания кзльш»я. Здесь привелены з»ючения Капля ценров связывания с наибольшим и наименьшим сродством, полученные в одном эксперименте. 8.1 Обратимое связывание белков с лисандами: белки, связывающие кислород [231[ 1,О В 0,8 [РПЦ Ь [РЦ б., (5-6) [РЦ [Р[[Ц Ка (5-7) О= [Е[ !Ц+ Кз ° (5-8) диссоциации.
Значение К„. можно определить из графика зависимости О от концентрации свободного лиганда ([Ц), как показано на рис. 5-4, и. Графиком лоГаго уравнения 11ида х - у/(у + г) является гипербола, таким образом, 0 представляет собой гиперболическую функцик1 [Ц. Но мере увеличения [Ц доля занятых центров связывания аснмптотически стремится к единице (насыщение). Концентрация лиганда, при которой занята половина центров связывания (О = 0,5), соответствует 1/К„. Чаще используют Гюлее понятный параметр — константу диесоциации Кз = 1/К,. Константа Кд измеряется в молях и характеризует реакцию высвобождения лиганда, т. е.
диссоцнацию комплекса Р1.. Прн [Ц =. Ка занята половина центров связывания лигапда. По мере снижения [Ц все меньшая доля белка связывает лигапд. Для связывания лиганда в 90% доступных центров связывания значение [Ц должно в девять раз превышать Кь На практике как меру сродства белка к ;шганду константу К„используют гораздо чав1е, чем К, Заметьте, что чем меньше К,~, тем выше сродство белка к лиганду. Математические выкладки привели нас к простому утверждению: константа К„равна молярной концентрации лиганда, при которой занята половина доступных центров связывания.
В данной точке наблюдается полунасыщение белка лигандом. Чем вьппе сродство белка к диганпу, тем меньше концентрация лигапда, необходимая лля достижения полунасыщення, т. е. тем меньше К„. Некоторые значения констант диссоциацни представлены в табл. 5-1; на масштабной линейке нанесены типичные ддя биологических систем значения констант ~ Пример5-1 КОНСТАНТЫДИССОЦИАЦИИ КОИПЛЕКСА «РЕЦЕПТОР-ЛИГАНД» Два белка Х и У связывают один и тот же лиганд А; кривые связывания приведены ниже. 2 4 В 8 10 12 14 16 <А) СмкМ) Какова константа диссоциации Кд для каждого белка? Какой белок (Х или У) обладает более вы- соким сродством к лигапду А? Решение.
Константы диссоциации можно найти из графиков. Если О представляет собой долю центров связывания, занятых лигандом, то концентрация лиганда, при которой занята половина пентров связывания (т. е. точка, в которой кривая связывания пересекает прямую О = 0,5), соответствует константе диссоциации. В случае белка Х Кд = 2 мкМ; в случае белка 1' Кд = 6 мкМ. Поскольку половина насыщения Х достигается при более низкой концентрации лиганда [А], его сродство к лиганду выше, чем сродство белка 1'. Связывание кислорода с миоглобипом подчиняется описанным выше закономерностям.
Однако поскольку кислород представляет собой газ, мы должны несколько видоизменить наши уравнения для их использования в лабораторной практике. Для начала вместо концентрации лиганда в уравнение 5-8 подставим концентрацию растворенного кислорода: [оЛ 102] + Кз (5-9) Как и для любо~о другого лигапда, константа Кд равна концентрации кислорода, при которой занята половина центров связывания миоглобина. О Ш С ~ — Ре — ~ б Х ,о О ! ~ — Ре — ~ а Х (О,]+ 1О]ьз рОз 6= рО,+ рз„ ф (5-11) [232] Часть 1.
б. Функции белков Обозначим зту концентрацию через [О,]ел. Урав- нение 5-9 примет вил: В тех случаях, когда в качестве лиганда выступает кислорол, изменяемым параметром являстся парциальное давление кислорода в газовой фазе нал раствором (РОт)„поскольку его легче контролировать, чем концснтрациго растворенного кислорода в жидкой фазе. Концентрация летучего вещества в растворе всегда пропорциональна его парциальному давлению в газовой фазе.
Таким образом, если мы обозначим парциальное давление кислорода при его концентрации [Оз]ьл как Р,о и произведем замсны в уравнении 5-10, то получим следующее выражение: Кривая связывания миоглобина с кислородом в координатах 0 от РОз представлена на рис. 5-4, б. Структура белка влияет на связывание с лигандом Связывание лиганла с белком редко осуществляется так просто, как может показаться при рассмотрении уравнения реакции. Это взаимодействие в значительной степени зависит от структуры белка и часто сопровождается конформационными изменениями.
Например, специфичность связывания гема с лигандамн изменяется„когда он встроен в молекулу миоглобина. Сродство монооксида углерода СО к свободному гому в 20000 раз превышает сродство кислорода (т. е. Кз или Рю для связывания СО со свободным гемом в 20 000 раз ниже, чем соответствующие значения для кислорода), однако сродство СО к гему в составе миоглобина лишь в 200 раз выше сролства кислорода. Это различие частично объясняется стерпческими факторами.
Нри связывании От со своболным гемом ось молекулы кислорода расположена под углом к связи Гс — О (рис. 5-5, а). Напротив, при связывании СО со свободным гемом все три атома — Ге, С и Π— расположены на одной прямой (рис. 5-5, б). В обоих случаях образование связи определяется геометрией гибридных орбиталей кажлого лиганда. Когда гем связан с миоглоби- Рис. Б-б. Стеричесиие зффекты при связывании яищкдов с гемом в составе миоглобинв. о) При связывании кислорода с геном ось молекулы О, расположена лол углом к порфириновому кольцу, что вполне допускает конформация миоглобина.
б) При связывании мюкооксида углерода со свободным геном ось молекулы СО перпендикулярна плоскости порфиринового кольць. При связывании с гемом в составе миоглобина молекула СО должна несколько изогнуться, поскольку ее вертикальному положению мешает остаток НЬ Е7 (дистзльный НЬ). Это ухудшает связывание СО с миоглобкнож в) Еще один способ представления гема в составе мкоглобина (РОВ 10 1МВО), демонстрирующий расположение ключевых аминокислотных остатков. Молекула О, образует водородную связь с дистальным НЬ (НЬ Е7 юж Н1з"), что еще более облегчает связывание кислорода. нолт, остаток Н)з™ (НЬ Е7) на От-связывающей стороне гема расположен слишком далеко, чтобы координировать гемовое железо, но тем не менее способен взаимодействовать с лигандок гема.
Этот остаток, называемый дистальньщ гистидииом, образует водородную связь с молекулой Оз (рис. 5-5, в), но может препятствовать 5 1 Обратимое связывание белков с лншндамн: белки, связывающие кислород ~ 2ЗЗ) линейному связыванию СО, что и объясняет относительное снижение сродства СО к гему н составе миоглобина (и гемоглобина). Это явление имеет важное физиологическое значение, поскольку СО является минорным побочным продуктом клеточного метаболизма. Возможно, существуют и какие-то другие факторы, модулирующие взаимодействие гема с СО в данных белках.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
