Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1128690), страница 12
Текст из файла (страница 12)
KM — это мера сродства данного субстрата к ферменту (в том случае, когда к3 « к2), которое в свою очередь отражаетпрочность связывания субстрата с активным центром.График зависимости v от [S] представляет собой гиперболу.График Лайнуивера-Бэрка в двойных обратныхкоординатах. Существует альтернативный способпредставления уравнения Михаэлиса-Ментен — с помощью графика двойных обратных координат, предложенного Лайнуивером и Бэрком. Перепишем уравнение в видеЕсли построить зависимость 1/v от 1/[S], то мы получим прямую с наклоном KM/Vmax, отсекающую от оси 1/vотрезок длиной 1/Vmx.
Использование такой формызаписи уравнения Михаэлиса— Ментен позволяетлегко определить значения величин Vmax и KMКонкурентные и неконкурентные ингибиторыможно отличить друг от друга по тому, как в их присутствии изменяются кинетические свойства ферментной системы. Это легче всего проиллюстрироватьс помощью графика Лайнуивера—Бэрка (рис. 13.2).Если поведение фермента подчиняется уравнениюМихаэлиса-Ментен, то это свойство фермента будетсохраняться и в присутствии ингибитора — как первого, так и второго типа. Однако при добавлении конку-рентного или неконкурентного ингибитора график вдвойных обратных координатах будет изменяться,причем в зависимости от типа ингибитора характеризменений будет различным.Конкурентные ингибиторы увеличивают Км реакции,но не влияют на Vmax .
Роль ингибитора, поскольку онконкурирует за активный центр фермента, сводитсяфактически к разбавлению субстрата. Следовательно,для достижения скорости реакции, равной половинеVmax , требуется теперь большая концентрациясубстрата (которая, как известно, численно равна Км ).Так как путем увеличения количества субстрата можно нейтрализовать действие ингибитора, Vmax не меняется.Неконкурентные ингибиторы понижают Vmax , но не влияютна Км. Поскольку ингибиторы этого типа не мешаютсвязыванию субстрата с активным центром фермента,величина Км не меняется. Механизм ингибированиясостоит в снижении скорости, с которой субстрат всоставефермент-субстратногокомплексапревращается в продукт, поэтому при неконкурентном ингибировании уменьшается лишь величина VmaxРЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТА можетосуществляться самыми разными путями, например спомощью активации зимогена (профермента), кова-лентной модификации, ингибирования по типу отрицательной обратной связи, за счет кооперативных или аллостерических эффектов.Зимоген — это неактивный предшественник фермента.Чтобы зимоген превратился в активный фермент,какая-то часть (или части) его полипептидной цепидолжна быть отщеплена.
Например, в семействесериновых протеиназ химотрипсиноген и трипсиноген являются зимогенами соответственно химотрипсина и трипсина.Ковалентной модификацией называется ковалентное присоединение или отщепление от фермента небольшой химической группы, регулирующее его активность. С помощью таких модификаций обычнолибо полностью неактивная форма фермента становится активной, либо, наоборот, полностью активный фермент инактивируется. Например, гликогенсинтаза из клеток млекопитающих, превращающаяглюкозу в гликоген, инактивируется после ковалентного присоединения фосфатной группы к боковой цепи одного из сериновых остатков и снова активируется при отщеплении фосфата.Ингибирование по типу отрицательной обратнойсвязи характерно для ферментных систем, в которыхсубстрат претерпевает несколько последовательныхпревращений, причем каждая реакция катализируетсясвоим ферментом (см., например, ферменты Е, - Е 4на рис. 13.3).
Ингибирование имеет место, если конечный продукт Т блокирует одну из более раннихстадий в цепи реакций, а для этого продукт Т долженбыть либо структурно похожим на Р (т. е. действоватькак конкурентный ингибитор), либо связываться с какой-либо другой частью фермента, регулируя такимобразом его активность (т. е. выступать в роли неконкурентного ингибитора).Рис 13.3Кооперативные эффекты характерны для мультисубъединичных белков, в том числе и для ферментов.Если имеет место кооперативный эффект, то кинетические свойства фермента уже не описываются уравнением Михаэлиса-Ментен: график зависимости v от |S] вэтом случае представляет собой S-образную кривую, ане гиперболу, а график Лайнуивера-Бэрка перестаетбыть прямой (рис.
13.1). При этом небольшое увеличение концентрации субстрата будет приводить к значительному возрастанию скорости реакции. Для объяснения этого эффекта были предложены различные модели,из которых наиболее известны модели Моно, Уаймена иШанжё (симметричная модель), а также Кошланда, Немети и Филмера (последовательная модель).В симметричной модели предполагается, что каждый мультимерный ферментный комплекс может существовать по крайней мере в двух разных состоянияхс неодинаковой четвертичной структурой, причем вкаждом состоянии все субъединицы имеют одинаковую третичную структуру. В простейшей модели рассматриваются два состояния, находящиеся в равновесии друг с другом.
В одном из них белок имеет высокое сродство к субстрату (R-состояние, от англ. relax —ослаблять), а в другом — низкое (Т-состояние, от англ.tense - напрягать). Добавленный субстрат будет предпочтительно связываться с R-конформерами фермента, а связывание его с Т-конформером приведет квозникновению напряжения в субъединицах фермента, что вызовет одновременный переход всех субъединиц в R-состояние (в котором напряжение отсутствует). При таком согласованном переходе сохраняетсямолекулярная симметрия каждой мультимерной молекулы. При дальнейшем добавлении субстрата всебольше и больше молекул будет переходит из Т- в Rсостояние.
Такой сдвиг равновесия в присутствиисубстрата представляет собой эффект положительнойкооперативности. В результате этого эффекта графикзависимости v от [S] будет иметь S-образную форму(см. предыдущую страницу).В последовательной модели предполагается что,отдельные субъединицы мультимерной молекулы могут в одно и в то же время иметь разные третичныеструктуры. При этом связывание субстрата однойсубъединицей может вызывать изменение третичнойструктуры соседней субъединицы (или соседних субъединиц) и в результате увеличивать (положительнаякооперативность) или уменьшать (отрицательная кооперативность) их сродство к субстрату.Аллостерическая регуляция (от греч.
аллос — другойи стереос — тело, пространство) представляет собойэффект, наблюдаемый в тех случаях, когда небольшиемолекулы (эффекторы), связываясь с ферментом не вобласти активного центра, изменяют скорость реакции. Подобная регуляция может быть гомотропной,когда молекула субстрата, взаимодействуя с ферментом, изменяет его сродство к молекулам того же субстрата, и гетеротропной, когда сродство к субстратуизменяется при взаимодействии фермента с молекулой, не похожей на молекулы субстрата. Гомотропныеи гетеротропные эффекторы могут быть активаторамиили ингибиторами.
Аллостерический активатор, действующий на фермент, описываемый симметричноймоделью, будет связываться предпочтительно с R-KOHформером, стабилизируя это состояние. В результатеактиватор будет увеличивать начальную концентрациюR-конформеров по сравнению с концентрацией Тконформеров и, следовательно, увеличивать сродствофермента к своему субстрату (положительная кооперативность). Аллостерический ингибитор, наоборот,предпочтительно связывает и стабилизирует фермент,находящийся в Т-состоянии, вызывая таким образомуменьшение сродства фермента к своему субстрату (отрицательная кооперативность). В целом роль аллостерических эффекторов заключается в том, чтобы либорасширить (в случае ингибитора), либо сузить (в случаеактиватора) диапазон концентраций субстрата, в котором фермент способен увеличивать скорость реакции.14.
Белки в роли ферментов: лизоцимЛизоцим — это фермент, способный разрушать определенные бактериальные клетки, расщепляя полисахаридные цепи клеточной стенки. Лишенная жесткойклеточной стенки, бактерия разрывается под действием осмотического шока, вызываемого быстрымпроникновением воды внутрь клетки.Полисахарид клеточной стенки представляет собойполимер, в котором чередуются остатки сахаров двухтипов — N-ацетилглюкозамина (NAG) и N-ацетилмурамовой кислоты (NAM).
Сахара, имеющие β-конфигурацию относительно аномерного С1 -атома, образуют полимерную цепь с помощью гликозидных связеймежду С1 -атомом одного сахарного кольца и С4-атомом следующего (гл. 31).Структура лизоцима. Лизоцим из белка куриного яйцасостоит из одной полипептидной цепи, насчитывающей 129 остатков и имеющей четыре дисульфидных мостика (гл. 10). Фермент может связыватьсяРасщепление полисахарида осуществляется путемгидролиза гликозидной связи между сахарными кольцами, располагающимися в участках D и Е.
Анализкристаллографических данных позволил предположить, что непосредственно перед и во время гидролиза сахарное кольцо в участке D имеет не обычнуюконформацию кресла, а конформацию полукресла,характеризующуюся тем, что в ней пять из шести атомов, образующих сахарное кольцо, лежат практически в одной плоскости (рис. 14.3)Центральную роль в функционировании лизоцима играют остатки глутаминовой кислоты 35 иаспарагиновой кислоты 52. Боковые цепи этихостатков располагаются близко к гликозидной связи(примерно на расстоянии 0,3 нм) между сахарнымикольцами, локализованными в участках D и Е.
Glu 35находится в неполярном окружении, и поэтому егокарбоксильная группа остается протонированной(т. е.Рис. 14.2. Структура молекулы лизоцима в области активного центра. Коричневым цветом изображен связанный в активном центре субстрат(NAG-NAM)3 . NH- и СО-группы соответственно выделены серым и черным цветами. Водородные связи изображены пунктирными прямыми.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
