Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Вопервых, как и все ферменты, аллосгерические ферменты имеют иипалити»»вский центр, в котором происходит связывание субстрата и превращение его в продукт, но у алластерических ферментов есть по меньшей мере еще один регуляторный, или аллостерический, центр для связывании регулирующего метаболита, называемого эффектарам или мадуяппюрол» (рнс. 9-19). Аллостернческий центр специфичен по отношению к своему модулятору аналогично тому, как каталитический цен'»р специфичен на отношению к своему субстрату. Во-вторых, молекулы аллостернческнх ферментов обычно намного крупнее и более сложно устроены по сравнению с молекулами простых ферментов.
Большинство из них состоит нз двух или более полипептидных цепей, или субъединиц. И наконец, в-третьих, кинетика реакций, катализируемых аллостерическими ферментами, обычно значительно отклоняется от классического уравнения Мнхаэлиса -Ментен; это один из признаков,по которому они были впервые обнаружены. 9.19. Алластерические ферменты иигибяруются или актявируются ях модуляторами Когда специфический и»»гибируитщий, или оп»ри»)»ипе»»алый, модулятор связывается с аллостерическим центром, чта происходит при повышении концентрации модулятора в клетке, фермент переходит в менее активную илн совсем неактивную форму, т.е.
«выключается» Когда же концентрация модулятора в клетке снижается, ишибитор покидает вллостернческий цен»р и фермент вновь «включается», т.е. переходит в активную форму. Существуют, однако, и такие аллостерические ферменты, которые активируютсл молекулами модулятора. В этом случае функцию ахтивирующега, или полол»сип»еяь»»ага„модулятора выполняет не конечный продукт данной цепи ферментативных реакций, а какойто другой метаболит, который служит Активацию И»1гиг»ирои»х~иг А -ч / Аллооп рис»окии 0» + » 1 л ! ! Алмх:тгричгокии 9чу»к»» ит - — — и Рис.
9-20. Схема леле»вил иигибируюших и активируюших аллсстерических регуляторов. молекулярным сш налом, означающим, что фермент должен «поспешить» (рис. 9т20). Часто в роли вктивируюн»его модулятора такого типа выступает сама молекула субстрата. Аллостернческие ферменты этого класса, называемые гол»отроп»»ими (так как модулятором н субстратом служит одно и то же соединение), имеют два или большее число центров связывания для субстрата.
Эти центры связывания нередко выполняют двойную функцию, действуя и как каталитическне, и как регуляторные центры. Аллостерические ферменты это»о типа реагирую~ на ситуации, при которых субстрат накапливается в избьпочных количествах и должен быль удален в ходе последующих реакций. Таким образом, имеются аллостерические ферменты двух типов. Ферменты первого типа ингибнруются своими модуляторами, которые обычно па своему химическому строению отличаются от субстрата (паэтому эти ферменты называются гетвротропными). Ферменты второго типа активируются своими модуляторами, часто самими субстратами.
«Включение» и «выключение» вллостерических ферментов во многом напоминает «включение» и «выключение» гемоглобина днфасфоглнцератом (гл. 8]. Некоторые аллостерические ферменты подвержены влиянию двух и более модуляторов, которые могут оказывать на фермент противоположное действие, т.е. один модулятор (илн большее их число) активирует фермент, а другой (или другие) -ингибирует его. ЧАСТЬ 1.
БИОМОЛЕКУЛЫ У таких более сложных ферментов каждый модулятор имеет свой специфический аллосгерический центр, связываясь с которым модулятор посылает ферменту сигналы о повышении илн снижении его каталитической активности. 9.20. Поведение аллостерических ферментов не описывается уравнением Михаэлиса- Ментеи Для аллостернческнх ферментов соотношения между концентрацией субстрата и скоростью реакции отличаются от соотношений, отвечающих классическому уравнению Михаэлиса- Ментен, причем характер этих различий зависит от того, подчиняется ли фермент действию ингибирующего или активирующего модулятора.
У аллостерических ферментов так же, как и у нерегуляторных ферментов, наблюдается «насыщение» субстратом. когда последний присутствует в достаточно болыпнх концентрациях, однако график зависимости начальной скорости реакции от концентрации субстрата для некоторых аллосгерических ферментов представляет собой сигмаидиую кривую, а не классическую гиперболу, характерную для нерегуляторных ферментов (рис. 9-21). Хотя на сигмоидной кривой насыщения субстратом для аллостерических ферментов мы можем найти точку, в которой скорость реакции равна половине ее максимальной скорости, эта точка не соответствует величине Км, поскольку поведение аллостернческнх ферментов не описывается гиперболической зависимостью, вьпекающей из уравнения Михаэлиса-Ментен.
В данном случае вместо символа Км использУнзт символы Яр з и Кр н обозначающие концентрацию субстрата, при которой скорость реакции„ каталиэируемой аллостернческим ферментом, равна половине ее максимальной скорости. Гиперболическая кривая насыщения субстратом дпя нерегуляторного фермента, приведенная выше на рнс. 9-4, очень напоминает кривую связывания кислорода миоглобином [разд. 8-13).
Что же касается сзпмоидной кривой для аллостерического фермента, показанной на рис. 9-21,А, то она похожа на кривую связывания кислорода гемоглобином (разд. 8-13). Действительно„ миоглобин и гемоглобин можно рассматривать как удобные модели для сравнительной интерпретации поведения обычных и аллостерических ферментов. Миоглобнн имеет только один центр связывания для своего лиганда (кислорода) и одну полипептидную цепь; для него характерна гиперболическая кривая насыщения кислородом. Подобно миоглобину, многие нерегулятарные ферменты также имеют только один центр связывания для своих субстратов и одну полипептидную цепь; их поведение описывается гиперболической кривой насьпцения субстратом. Гемоглобин же содержит четыре центра связывания, по одному в каждой нз четырех субьединиц, причем все зти центры лействуют кооперативно.
Вспомним, что когда один центр связывания гемоглобина занят молекулой кислорода, у других центров связывания сродство к кислороду возрастает. Это проявляется в том, что после связывания первой молекулы кислорода кривая насыщения гемоглобина кислородом резко идет вверх и принимает сигмондную форму. Аналогичным образом гомоераииый аллостерический фермент (рис. 9-21, А) имеет несколько центров связывания для своего субстрата, действующих кооперативно, так что связывание одной молекулы субстрата значительно облегчает присоединение к ферменту последующих молекул субстрата.
Поэтому зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата описывается сигмондной, а не гиперболической кривой. В случае гетеротроиных ферментов, для которых модулятором служит не субстрат, а какой-либо другой метаболит, трудно говорить о какой-то общей для них форме кривой насьпцения субстратом, так как она зависит от того, является ли модулятор положительным (активирующим] нли отрицательным (ингнбирующим).
Если модулятор 261 ГЛ. 9. ФЕРМЕНТЫ (В) Б (В) — э А (б) — + В Рис. 9-2(. Криеыезаэисимостиактиеностн фермента от концентрации субстрата, характерные лля аллостеричжжнх фермеэтоа. А. Сигме нлиая криеая, полученная лля гомотропиого Фермента, субстрат которого служит также полшкительиым (ахтияируюшим) модулятором. Величина К вЂ” это концентрация субстрата, при которой скорость реакции равна полозине максимальной.
Обратите внимание, что относительно небольшое лоэышенис концентрации субстрата е крутой части «рикой может аызеать еесьма значительное уаелнчеиие скорости реыохии. Обратите внимание также на то, что эта криках напоминает криауго насышения гемоглобинакислоролом. Б. Влияние полвкительного (актиаируюшего) модулятора (+ ), отрицательного (ингибируюшего) молулятора ( — ) и отсузстэия молулятора (0) иа аллостерический фермент, лля которого характерно изменение величины Кол при постоянной ееличаие Р „.
В. Кривые, харектеризунлпие свойства аллостерического фермента менее часто астречаюшегося типа. Величина )' изменяется, а ееличина К ел сстаетск почти постоянной Зги примеры иллюстрируют разнообразные, ииогла очЕнь сложные ответы аллостерачесюж ферментов на лейстеие их мопуляторое. оказывает на фермент актнвирующее действие, то кривая насыщения субстратом становится ближе по форме к гиперболе; при этом величина Кол уменьшается, а величина )гшах остается неизменной. В результате в присутствии положительного модулятора скорость реакции при данной концентрации субстрата павышается (рис.
9-21, Б). Некоторые аллостерические ферменты отвечают на воздействие активирующего модулятора повышением )'шэх и небольшим изменением величины Ко э (рис. 9-21, В). В случае от- рнцательного, или ингибирующего, модулятора сигмоидная форма кривой насыщения субстратом становится более выраженной, а величина Кол повьппается (рнс. 9-21,Б). Следовательно, поведение аллостерических ферментов описывается различными кривыми зависимости субстрат — активность, так как одни из этих ферментов взаимодействуют с ингибирующими модуляторами, лругие — с активирующими, а третьи и с теми и с другими одновременно. 9.21. Субьединицы аллостернчесинх ферментов сообщаются между собой У аллостерических ферментов имеются и другие сходные черты с гемоглоби- члсть 1, биомолнкулы Дополнение 9-5. Трехмерная структура регуляторного фермента аспартат- карбамоилтрансферазы Этот аллостеричсскнй регуляторный фермент (рис.
1) имеет два каталнгическнх кластера, в каждом из которых находится по три свернутые в третичную структуру полнпептндные цепи н три регуляторных кластера )показаны красным цветом), содержащие по две полипептидные цепи. Один каталитический кластер с тремя полипептнднымн цепямн в свернутой конформации обведен более жирной линией. За ним виден другой каталитический кластер. Структуру этого фермента установили по данным рентгеноструктурного анализа Уильям Липском н сто сотрудники в Гарвардском университете'. Вопросы, связанныс с родью этого фермента в синтезе нуклеотндов и с сто регуляцией, будут рассмотрены в гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
