Э. Фёршт - Структура и механизм действия ферментов (1128692), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Но как раз в этом допущении ц заложено достоинство модели: она дает простую схему, которая объясняет экспериментальные данные. Такие предсказания, как переход от сигмоидной зависимости к кинетике Михаэлиса — Ментен при достаточно высоких концентрациях активатора для ферментов, выполняющих регуляториые функции, могут быть сделаны независимо от того, вводится ли допущение о наличии промежуточных состояний. Необходимо отметить также, что, несмотря на свою простоту, эта теория объясняет характер кривых связывания кислорода целым рядом мутантных форм гемоглобина (см. ниже). Теория Моно и др.
является по своей сути структурной теорией. Гипотеза, что между субъединицами, находящимися в Т-состоянии, существует напряжение, послужила отправным пунктом многих структурных работ Перутца и других исследователей при объяснении природы и энергетики этих напряжений в гемоглобине. 2. Последовательная модель Кошланда — Неметн — Фнлмера (61 Авторы этой модели не используют допущениео симметрии, а предполагают, что переход от Т-состояния к связанному с лигандом ц-состоянию представляет собой последовательный процесс. Конформация субъединиц в олигомере при связывании лиганда изменяется поочередно, без резкого «переключения» всей молекулы из одного состояния в другое (рис.
8.5). В модели Моно и др. используется идея об изменении четвертичной структуры, в то время как в рассматриваемой модели за основу принимается предположение о последовательном изменении третичной структуры. Модель Кошланда и др. основана на двух допущениях: а. В отсутствие лигандов белок существует в одной конформации. б. При связывании лиганд индуцирует в субъединице, к которой он присоединяется, конформационное изменение. Это изменение может передаваться на соседнюю, «вакантную» субъединицу. Рассматриваемая модель олицетворяет высказанную ранее Кошландом идею об индуцированном соответствии, согласно которой связывание субстрата с ферментом вызывает в послед- 259 КООПЕРАТИВНОЕ СВЯЗЫВАНИЕ ЛИГАНДОВ нем конформационные изменения, в результате чего каталитические группы фермента принимают необходимую ориентацию.
Используя эти допущения, можно описать связывание кис. порода с помощью четырех константсвязывания,что формально эквивалентно использованию уравнения Эдера, и, следовательно, модель Кошланда и др. можно рассматривать как интерпретацию этого уравнения на молекулярном уровне. В общем случае' Рнс. З.б. Модель Кошланда, Немети и Филмера связывания лигандов тетра- мерным белком. число необходимых для описания констант равно числу центров связывания в отличие от модели Моно и др., в которой всегда используется три константы. Модель Кошланда н др, является более общей и, вероятно, лучше описывает аллостерические свойства некоторых белков, чем модель Моно и др., хотя интерпретация экспериментальных данных в этом случае часто бывает несколько более сложной. 3.
Обобщенная модель ~6] Эйген указывал, что модели Моно н др. и Кошланда и др. представляют собой предельные случаи более общей схемы (рис. 8.6). Эта схема сложнее представленнойздесь«шахматной доски», поскольку по причинам симметрии в случае гемоглобина имеется 44 возможных состояния. На рис. 8.6 модель Кошланда и др, представляется перемещением слона вдоль диагонали, идущей из левого верхнего угла шахматной доски в правый нижний угол, а модель Моно и др.— перемещением ладьи вдоль вертикальных сторон доски и между этими сторонами.
В работе глава а [7] была проанализирована обобщенная модель, включающая как крайние случаи модели Моно и Кошланда и рассматривающая диссоциацию олигомера на субъединицы и т, д, Однако получающиеся результаты слишком сложны, чтобы ими можно Рис. 6.6 Обобщенная схема Эйге. на для связывания лигандов тетрамериым белком. Крайние слева и справа столбцы изображают упрощенную схему Моно и др., а диагональ, идущая из левого верхнего угла в правый нижний,— схе. му Кощланда и др. было широко пользоваться, и значительно удобнее интерпретировать экспериментальные данные в рамках рассмотренных выше моделей.
В. Отрицательная кооперативность и реакционная способность половины активных центров [8, 9] У некоторых ферментов при последовательном связывании молекул лигандов наблюдается уменьшение сродства. Как указывалось ранее, это явление можно объяснить изначальным различием в сродстве имеющихся центров связывания, приводящим к тому, что первым связывают лиганды те центры, у которых сродство выше. Однако установлено, что такое поведение свойственно и олигомерным ферментам, состоящим из идентичных субъеднниц. Результаты рентгеноструктурных исследований двух ферментов — тирозил-тРНК вЂ” синтетазы [10] и глицеральдегид-3-фосфат — дегидрогеназы [1!] из ВасИиэ згсагоуйепиорйниз — показали, что субъединицы этих ферментов располагаются симметрично, так что все центры в исходном состоянии эквивалентны. Однако тирозил-тРНК вЂ” синтетаза, являясь димером, прочно связывает только один моль тирозина, связывание же второго моля не удается обнаружить даже при миллимолярных концентрациях тирозина [12, 13].
Присоединение четырех молей 1ЧАО+ к глицеральдегид-3-фосфат — дегидро- КООПЕРАТИВНОЕ СВЯЗЫВАНИЕ ЛИГЛНДОВ 26! геназе из мышц кролика характеризуется следующим увеличением констант диссоциации; 10 — ", 10-', 3 10-' и 3 10-' М (14, 15) Аналогичные изменения сродства обнаружены при исследовании бектериального фермента. Подобный антагонизм в связывании молекул известен под названием отрицательная кооперативность (или антикооперативность), Отрицательную кооперативность нельзя объяснить, исходя из модели Моно и др., согласно которой присоединение первой молекулы лиганда только стабилизирует состояние с высоким сродством и не способно увеличить концентрацию Т-формы.
Теория Кошланда и др. объясняет отрицательную кооперативность тем, что присоединение лиганда к одному центру вызывает конформационное изменение, которое передается на вакантную субъединицу (допущение в). Таким образом, отрицательная кооперативность является отличительным признаком механизма Кошланда и др. Ситуация, аналогичная отрицательной кооперативности, возникает тогда, когда из 2п центров молекулы фермента реагируют (быстро) только и центров (реакционная способность половины связывающих центров, па!1-о1-1пе з!(ез геас!!чйу). Обнаружить это явление удается с помощью данных по предстационарной кинетике.
Показательным примером такого фермента может служить тирозил-тРНК вЂ” синтетаза: образование одного моля связанного с ферментом тирозиладенилата происходит с константой скорости 18 с-', тогда как второй центр реагирует в 10' раз медленнее [12, 16). Рассматриваемое явление не вписывается в рамки простой теории Моно и др., поскольку центры связывания неэквивалентны, и тем самым симметрия нарушена. В этой связи необходимо отметить следующее. Возможность выявления случая реакционной способности половины связывающих центров зависит от того, известна ли концеятрация центров связывания на ферменте, что в свою очередь зависит от точности определения концентрации белка и чистоты препарата. Негомогенный препарат, содержащий молекулы, обладающие разным сродством к лиганду, дает кривую связывания такого же вида, как и в случае отрицательной кооперативности, что может привести к ошибочному Выводу о наличии взаимодействия между субъединицами.
Еше одна ситуация, которую можно ошибочно интерпретировать как случай реакционной способности половины связывающих центров, имеет место в реакциях, катализируемых лактатдегидрогеназой, и обсуждается в гл. 12: из-за неблагоприятной константы равновесия между Е.ХА0+.!.Ес и Е.МАРН.Руг не происходит полного накопления ферментсодержащего промежуточного соединения Е.АРАОН.Руг !схема (12.9)).
ГЛАВА З Таблица ар фермеяты, у которых реакцкояяоа сап«обло«таю обладает только половкяа аатквяых цектров Число субъсдиииц Исто«пик двивмх в) Рввкции Фсрмспт Ацетоацетатдекарбоксялаза Альдолаэа Ияактявацяя активного цеятра лязяка «Парцкалькая» реакция с фруктово-6-фосфатом Двухфаэяое образование амяяоацкладекклата Необратямая якактквацкя (акаляэ стехяометркя) Реакция с яефязяологкческкмк субстратамк. В реакцкя с фязкологкческямя субстратамя участвуют все цеятры Связмвакяе СТР Связывавяе карбамклфосфата Необратямое ямгябярова- яяе !й Амяяоацкл-тРНК вЂ” сяя- тетазы (кекоторые) Цяткдяятркфосфатскяте- тава Глвцеральдегкд-3-фос- фат — дегядрогеяаза Асаартат-карбамокл- траясфераэа 6 (регулят.) 6 (каталят.) Глутамяксяятетаза в! 1 — эсью!б! о. и., зг,, 9(вэ!ьс!пмл Р, н., В(ось«а!э!гу, !9, !аю (!97п и ивтервтурв, привсдвиивп в юоа статье.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
