Э. Фёршт - Структура и механизм действия ферментов (1128692), страница 20
Текст из файла (страница 20)
2. Равновесие на поверхности молекулы фермента Уравнение Холдейна не связывает константу равновесия для реакции взаимопревращения ЕБ и ЕР с константой равновесия процесса 3 Р в растворе. Константы равновесия для процессов, протекающих с участием связанных с ферментом реагентов, часто весьма существенно отличаются от констант равновесия реакций между теми же реагентами в растворе. Обусловлено это несколькими причинами; 1. «Напряжение».
Геометрия активного центра может быть такова, что, например, Р связывается более прочно, чем 5. Для Р положение равновесия на поверхности фермента будет более благоприятным, чем в растворе. й, «Непродуктивное связывание», Если существуют иные, отличные от каталитически продуктивного способы связывания субстрата Б ферментом, то положение равновесия будет благоприятствовать образованию Е8.
3. «Энтропия» В том случае, когда «Р» представлен молекулами двух видов, т. е. з ч=ь р+ р', (3.49) константа равновесия для раствора содержит член, отражающий выигрыш в энтропии при образовании двух молекул из одной, Однако если с поверхностью фермента связываются как Р, таки Р',т. е. вз ч=ь врр', (3.50) то соответствующая константа равновесия этого энтропийного члена содержать не будет. Пример сильного различия между константами равновесия для раствора и при связывании субстрата с поверхностью фермента приведен в гл.
7, равд. Д. Константа равновесия для реакции гндролиза, когда АТР находится в равновесии с АДР и ортофосфатом на поверхности молекулы миозина (8,), равна лишь 9, в то время как для раствора константа равновесия составляет 1О' †'. И. Невыполнимость уравнении Михаэлиса — Ментен Помимо таких тривиальных причин, как невозможность провести измерение начальной скорости реакции, применимость 1эв ГЛАВА 3 уравнения Михаэлиса — Ментен ограничена еще двумя основными факторами. Первый из них — ингибирование избытком субстрата. При связывании с ферментом второй молекулы субстрата образуется каталитически неактивный комплекс ЕЗ,.
Если для простого механизма Михаэлиса — Ментен вторую константу диссоциации обозначить через Кз, мы получим (п(о(ч)" (3.51) Кз+(з1+(зР/Кз При низких концентрациях 5 уравнение скорости, как обычно, имеет вид и =[Е]з[5]й-~/Ка. Однако по мере увеличения [5] о достигает максимального значения и затем начинает падать. Второй фактор — активация избытком субстрата: образующийся комплекс ЕБ, более активен, чем ЕБ.
К. Мультисубстратные системы До сих пор мы рассматривали ферменты, которые взаимодействуют только с одним субстратом. Однако большинство ферментов связывают два субстрата. Так, например, дегидрогеназы связывают ХАЭ+ и субстрат, который должен быть окислен, Многие положения, справедливые для односубстратных систем, применимы и к мультисубстратным системам. Однако найти общее решение уравнений для таких случаев довольно сложно, и эта задача выходит за рамки данной монографии. Недавно вышли четыре книги, почти целиком посвященные детальному анализу стационарной кинетики мультисубстратных систем; к этим книгам мы и отсылаем заинтересованного читателя [11 — 14].
Весьма полезно ознакомиться также с превосходными краткими обзорами Клеланда [15] и Диила [16], Для нас же наибольший интерес представляет тот факт, что большинство реакций подчиняется кинетике Михаэлиса — Ментен при такой постановке опыта, когда концентрация одного субстрата поддерживается постоянной, а концентрация другого меняется. Более того, на практике обычно встречается весьма ограниченный набор механизмов. Ниже мы только перечислим некоторые из них (самые распространенные) и приведем основные термины.
Реакции, в которых все субстраты связываются ферментом до того, как образуется первый продукт, называются последовательными. Если один или несколько продуктов высвобождаются до присоединения всех субстратов, такой механизм назы- 121 ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ КИНЕТИКИ 1. Неупорядоченный последовательный механизм ЕА А,ФГ И, ~,В Е ЕА — + В к ~А ЕВ Комплекс ЕАВ называют тройным, или центральным.
(3.52) 2. Упорядоченный механизм А а Е ~ ЕА ч — ь ЕАВ (3.53) Упорядоченные механизмы часто имеют место в реакциях, катализируемых 1чАЭ+-зависимыми дегидрогеназами, причем первым связывается кофермент. Это можно объяснить тем, что связывание динуклеотида вызывает конформационное изменение, увеличиваюшее сродство фермента к другому субстрату (гл. 12). 3. Механизм Теорелла — Чанса Примером упорядоченного механизма является механизм Теорелла — Чанса, когда в ходе реакции не происходит накопления тройного комплекса (как зто установлено в случае алкогольдегидрогеназы из печени лошади): В Р Е и — ь ЕА — -э Е14. А " гГ (3.54) (Для реакции, катализируемой алкогольдегидрогеназой печени, Р— это ацетальдегид, („1 — МАРН.) 4.
Механизм типа пинг-понг (механизм с замещением фермента, или механизм двухтактного замещения) Реакции, в которой фермент взаимодействует с одним субстратом с образованием химически модифицированного фер. вается механизмом типа пинг-понг, Последовательные механизмы называют упорядоченными, если связывание субстратов и высвобождение продуктов происходят в строго определенном порядке. Если же зтот порядок отсутствует, то механизм называют неупорядоченным, Термин быстро умгаяавлиеающееся равновесие используют в тех случаях, когда химические стадии являются более медленными, чем стадии связывания реагентов.
Ниже приведено несколько примеров рассмотренных механизмов. 128 ГЛАВА 3 мента и высвобождением одного продукта, а затем вновь реаги- рует со вторым субстратом: Е+А ч~: Е А а в Š— Р+О, Š— Р+Е п~: Š— Р — ь Е+Р— В, (3.55) (3.56) соответствует характерное семейство прямых на графике Лай- нуивера — Бэрка (рис. 3.6). Ггг1 т.7 Рпс. З.б. Параллельные прямые на графике двойных обратных координат, характерные для механизма типа пинг-понг, При увеличении конпентрапии второго субстрата в указанной последовательности и' „ возрастает, как и Км для первого субстрата. Параметр У /Км — величина, обратная тангепсу наклона прямых, — остается постоянной, к'ОН а=~ Š— Х КОРОз и Š— 1Ч вЂ” РОз з— ь Š— 1ч+ и ОРОзз (3 5у) КОН Б реакции (3.57) в случае фосфоглицеромутазы М представляет собой имидазол боковой цепи остатка гистидина (гл.
12, равд. Ж,З). Другой пример — перенос ацильной группы от ацетилкофермента А на сульфанилимид или другие амины, катали- Примером реакции, протекающей по механизму типа пинг- понг, является реакция, катализируемая переносящим фосфат ферментом (например, фосфоглицеромутазой), который фосфорилируется одним субстратом с образованием фосфорилфермента (Š— Р), а затем переносит фосфорильную группу на второй субстрат: е — и+ кого' 129 ОснОВные УРАВнения ФВРментятивной кинетики зируемый ацетил-СоА; арпламин — ацетилтрансферазой Š— $Н+ СН»СОЯСоА НННз ч:::т Š— 5Н СН»СОЯСоА >Š— 5 — СОСНз — » Š— 3Н+ НННСОСНз, НЯСоА (3.58) В ходе этой реакции почти наверняка образуется ацилтиофермент, в котором ацилируется сульфгидрильная группа остатка цистеина (!7).
Во многих отношениях кинетика реакций, протекающих по механизму типа пинг-понг, является наиболееинформативной (в отношении механизма реакции), поскольку в этом случае мы получаем данные об образовании промежуточного соединения с ковалентными связями. Тот факт, что реакция подчиняется кинетике, характерной для механизма типа пинг-понг, часто используется как доказательство образования подобного промежуточного соединения, но, поскольку характерные семейства параллельных прямых на графике двойных обратных координат (рис.
3,6) могут дать и другие кинетические механизмы, к этому утверждению всегда следует относиться с осторожностью. Данные стационарной кинетики могут использоваться для дифференциации рассмотренных выше механизмов, При соответствующих условиях они позволяют определить порядок присоединения субстратов и высвобождения продуктов. В связи с этим используемый в стационарной кинетике термин «механизм» часто обозначает просто последовательность присоединения субстратов и высвобождения продуктов. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. М!сдаецз Ь., Мепзеп М. Ь., В(осьев. 2., 49, 333 (1913), 2, Влууз б.
Е., НаЫапе У. В. В., В!осьев. У., 19, 338 (!925). 3, Саапсе В„У. Ыо!, СЬегп., 151, 553 (1943). 4. Репег Ц, А!Ьегзу Н. А., У, Апз. сьегп, Зос., 81, 5907 (1959). 5, Ь!пешеаоег Н., Вита (1., У. Азп. сьев. Бос., 56, 658 (!934). 6. Еаате 6. 5., У. Ыо!, СЬев., 146, 85 (1942). 7. Но)в!ее В. Н. У,, Наюге, Ьопб., 184, 1296 (!959). 8. Вовг( У. Е., Н!Еуз Р. В., У. Ьзо1.
СЬегп., 249, 863 (!965). 9, А!Ь(пз б. Ь., Антто У. А., В!осЬев. У., 149, 775 (1975). !О. На!капе У. В. В., Епяугпев, Ьопнвапв (!930). 11, Еготт Н. У., 1п!!(а! га1е епвупзе Ыпецсв, Брг!пиег (1975). !2. Яуопу У. Т;Е., К!пе1с(в о1 епвуве весьап1шпв, Асафьев!с Ргевв (1975). !3. Юеуе! У. Н., Епвуве Ыпецсв, %!!еу (1975). 14. Согп!за-Вовг(еп А., Рппс!р!ев о1 епгуве Ыпенсв, Впцегмогбэв (1976). (Имеется перевод: Корниш-Боуден 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
