Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 72
Текст из файла (страница 72)
22. Каталитический кластер, содержаний три каталитйческне цепи Регуляторный кластер, содор- жаший дне ре- гуляторные цени 1'егулято класт Втор чески рагу~од позади Регуляторный кластер ' Прекрасное описание этого фермента дано в книге: Сапуог С. К. апд Ясрнпппе1 Р. К. В)орвумса) СйеппЫгу, рь 1, рр. 139 144, Ргеегдап, Беп Ргвпс)все, 1980. ном. Во-первых, молекулы аллостерических ферментов, как н молекула гемоглобина, состоят обычно из нескольких полинептидных субъединиц; некоторые аллостерические ферменты содержат по шесть, восемь илн даже по двенадцать и более субъединнц.
Во-вторых. у алло- стерическнх ферментов связывающий центр для модулятора и каталитический центр для субстрата, по-виднмому. сообшаются между собой подобно тому, как сообшаются друг с другом субъединицы гемоглобина: связывание первой молекулы кислорода с одной из субьединиц т руктуры. обведенные жирными вставляют спбои трн ые испи одного иэ квтвлитичсских торой каталитический «лестер. также содсржыдий три ввяи, нвлодитси поэвди первого.
Рсгулвторные клвстеры выделены красным цветом. Гл. к Фегментм 2Ь3 гемоглобина служит «сигналом» для других субъединиц повысить их сродство к кислороду. В-третьих, вллостерические ферменты претерпевают конформационные изменения при связывании с молекулой модулятора, что дает им возможность переходить из относительно активного состояния в относительно неактивное, и наоборо~ (рис. 9-19). Здесь опять мы обнаруживаем сходство с гемоглобином, в котором конформационные изменения позволяют «включать» и «выключать» механизм его действия. Некоторые аллостерические ферменты имеют чрезвычайно сложную структуру и содержат много полипептидных цепей.
К ним относится, например, такой важный фермент, как аснартат-карбамоилтрансфераза, которая состоит из 12 полипептидных цепей, образующих хаталитические и регуллторные субъединицы. В дополнении 9-5 показана очень сложная четвертичная структура этого фермента, установленная по данным ренп.еноструктурного анализа. Аснартат — карбамоилтрансфераза катализирует важную реакцию в биосинтезе нуклеотидов. Более подробно мы рассмотрим его действие и регуляторные свойства в гл. 22.
9.22. Некоторые ферменты регулируются путем обратной ковилентной модификации Еще один важный класс регуляторных ферментов — зто ферменты, у которых переход активной формы в неактивную происходит путем ковалентиой модификации молекулы фермента. К этому классу относится, например, такой важный фермент, ках елихоееифосфорилаза нз мышц и печени, катализирующая реакцию: (Глюкоза)„+ Фосфат Глакогев -~ (Глюкоза)„, + Глюкозо-1-фосфвт Укороченная цепь гликоге- иа Образовавшийся в этой реакции глюкоза-1-фосфат може~ затем расщепиться и превратиться либо в молочную кислоту (в мышце), либо в свободную глюкозу (в печени).
Гликогенфосфорилаза существует в двух формах: в виде фосфорилазм а [активная форма) и фосфорилазы Ь (относителъно неактивная форма; рис. 9-22). Фосфорилаза а представляет собой димер, состоящий из двух идентичных субъединиц, в каждой из которых имеется олин специфический остаток серина, фосфорилированный по гидроксильной группе. Эти остатки фосфосеринанеобхолимы лля максимальной активности фермента. Фосфатные группы, соединенные с остатками серила, можно удалить из фосфорилазы а с помощью фермента, называемого фосфатазой фосфорилазм, который катализирует пщролитический разрыв связи между фосфатом и остатком серина. Фмфатам Фосфор»лаза и -ь 2Н»О— фс«)»9«м~Л (Более активная форма) — Фосфорилазв Ь + 2Р; (Менее активная форма) В этой реакции фосфорилаза а превращается в фосфорилазу Ь. гораздо менее активно катализирующую распад гликогена.
Таким образом, активная форма гликогенфосфорилазы превращается в относительно неактивную форму в результате расщепления двух ковалентных связей между остатками фосфорной кислоты и двумя специфическими остатками сернна в молекуле фермента. Фосфорилаза Ь может снова реактивироваться, т.е.
превратиться в активную фосфорилазу а. Эта реакция осуществляется с помощью другого фермен.гл, называемого хиназой фосфорилазм, хоторый катализирует перенос фосфатных групп от АТР к гидроксильным группам специфических остатков серина в фосфорилазе Ь (рис. 9-22): ЧАСТЬ 1. БНОМОЛЕКУЛЫ й-группы специфических остатков серпик Еасфарилази Ь(иеакгииипх ферми) ч лафита. |и Фмхр риличы Кипели фасфарллазы 2НчО ЯАПР сн фарилиэп а иииих Фарм п) 2АТР + Фасфарнлпэп Ь (Менее активная форма) 2АВР .+ Фосфарнлиэа и (Более активная форма) Итак, распад гликогена в скелетных мышцах и печени регулируется путем изменения количественных соотношений активной и неактивной форм фермента.
Переход из одной формы в другую сопровождается изменениями четвертичной структуры фермента, затрагивающими и его каталитический центр. Естественно, что прн этом каталитическая активнссть фермента изменяется. Хотя в большинстве известных случаев регуляция действия ферментов путем их ковалентной модификации осушествляется через фосфорилирование и дефосфорилирование специфических остатков серина, как только что описано на ОН ОН примере глнкогенфосфорнлазы, сушествуюг и другие способы ковалентной модификации ферментов, такие, как метилнрование определенных аминокислотных остатков или присоединение к ннм вденилагных групп. Другие примеры ковалентной модификации регуляторных ферментов будут рассмотрены в последуюших главах.
Некоторые более сложные регуляторные фермен г ы модулируются посредством ковалентных и нековалентных механизмов. Такие ферменты ката~изируют реакции, представляющие собой наиболее важные этапы метаболизма; поэтому они взаимодействуют со множеством регуляторных метаболитов, осушествляющих как аллосгерическую, так и ковалентную модификацию этих ферментов.
К подобным ферментам относится только что рассмотренная гликогенфосфорилаза. Хотя регуляция этого фермента осуществляется в основном через ковалентную модификацию, как описано выше, возможно также и нековалентное (аплостерическое) взаимодействие его с аденилатом, который является активируюшим модулятором фосфорилазы Ь (гл.
20). Другой пример — глуегсыииспнглепгази Е. сой, один из наиболее сложных регуляторных ферментов, известных в настояшее время. Она взаимодействует со многими аллостерическими модуляторами и регулируется также путем обратимой ковалентной модификации (гл. 23). Оба этих фермента будут обсуждаться дальше в связи с их ролью в метаболизме. Рис. 9-22. Рсгулкцил кхгиеиасти гликагеифасфарилххы путем секаиклеигиай мадификхции.
В ект илией фариа фармеите (фссфарилкха а) апецифичсские остатки серпик (па алиаму е кыкдай субьепиилце) фасфарилираеииы. В рехульгеге фсрмеигхгиииага аггцеплеиил фасфетиых групп, кегелихируемага фасфегечай фасфарилезы, фасфарилеэи а переходит и относительно иехкгиииуы фасфарилизу Ь. фасфариллзк Ь может рехкгиеираиктьси и преерхгигьсл е фасфарилее у а пал дсйстиием килкчы фссфарилехы, хагклихируьицей фасфарилираеекие гилраксильиьц групп ссрииа хх счет АТР. ГЛ 9. ФЕРМЕНТЫ 265 9.23. Многие ферменты существуют в нескольких формах Известно много ферментов, которые существуют не менее чем в двух молекулярных формах, встречающихся у одного и того же вида, в одной и той же ткани.
и даже в одной и той же клетке. В таких случаях все зти формы фермента ка~ализируют одну и ту же реакцию, но, так как они различаются по своим кинетическим свойствам, а также по аминокислотному составу или последовательности аминокислотных остатков, их можно вьщелить и охарактеризовать с помощью соответствующих методов. Такие множественные формы ферментов называются иэаферментами или иэазитами.
Одним из первых ферментов, у которого были обнаружены такие формы, была лакгатдегидрогеназа, каталиэирующая обратимую окислительно-восстановительную реакцию: Лактат+ )ч(АО+ Пируват + )ч(А)ЗН + + Н+. В ходе этой реакции лактат теряет два атома водорода и в результате окисляется в пируват ()ч(А)З + и )ч(АззН вЂ” это окисленная и восстановленная формы кофермента никатинамидадениндинуклетида, о котором речь пойдет в следующей главе).
Лактатдепшрогеназа присутствует в тканях животных в виде пяти разных изоферментов, которые можно разделить методом электрофореза (рис. 9-23). Каждая из форм лактатдегидрогеназы состоит из четырех полипептидных цепей с молекулярной массой ЗЗ 500. Все нять изоферментов содержат в разных соотношениях полипептидные цепи двух видов, различающиеся по аминокислотному составу и последовательности аминокислот. А-цепи, называемые также М-цепями (от англ.
<апцлс)ен-мышца), кодируются двумя разными генами. Изоформа лактатдегидрогеназы, преобладающая в скелетной мышце, содержит четыре А-цепи, а изоформа, преобладающая в мышечной ткани сердца, состоит из четырех В-цепей. Лактатдегидрогеназы из других тканей представляют собой смеси пяти возможных форм, ко- Катод Старт ЛДГ, ЛЛ(; ЛЛГз лдг, ЛДГэ 9 Анод Рис. 9-23. Электрофорьтичегкое разделение резных молекулярных форм лактатдегидрогеназы (ЛДП. Нэаферменты обычно обозначаются цифровыми индексами, указывающими относительную скорость их перемещение при элеьтрофорезе в полиекриламиднам или «рахмельном геле в стандартных условиях. Разные формы лактатдагидрогеиазы обозначаются также и буквами, как указано е тексте.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
