Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 30
Текст из файла (страница 30)
пеовопачально сл««««««И«ого в с«х«рону одной из конформаций, в направлении другой конформации. Если копформационный переход происходит в результате изменения температуры, ионной силы раствора или РН среды, то это означает, что константа равновесия, характеризующая переход, резко зависит от соответствующих параметров. В частности, для температурного перехода это означает довольно высокое абсолютное значение Ь11 перехода. Конформационные переходы, происходящие при связывании с биополимером специфического лиганда, с этой точки зрения могут быть объяснены как результат резкого различия сродства этого лиганда к двум конформерам. Действительно, пусть существует равновесие между двумя конформерами )1 и Т, описываемое при определенных условиях константой равновесия Х Оба конформера способны связывать лиганд с коптантами ассоциации, соответственно Х и Х: [Т]/[)1] = Х, [)1Ь]/[)1] [Ц = Х„, [ТЦ/[Т] М = ХТ 13,1) 13.2) (3.3) Можно ввести кажущуюся константу равновесия, характеризующую отношение общего количества биополимера в конформации Т (т.е.
количество биополимера как в свободном виде, так и в виде комплекса с лигандом) к общему количеству биополимера в конформации !! в присутствии лиганда 1,. Вырюкение для этой константы Х„ая запишется в виде [Т]+ [ТЦ [Т] 1+Х [Ц 1+Х [Ц = П1+1гс1 - П1 гтт~~э = ~ -.- кри =Х (3.4 Преобладание в свободном состоянии копформера Т означает, что Х Ъ 1. Однако если при этом сродство лигапда к копформеру й настолько превышает сродство к конформеру Т, что Х /Х ъ Х, то при достаточно высокой концентрации лиганда )! Т величина Хама окажется существенно меньше единицы, т.е.
в системе будет преобладать конформер Н. Способность к направленным конформациопным переходам является второй важнейшей для пх функционирования особенностью биополимеров, в первую очередь белков. Само по себе узнавание белком илн нуклеиновой кислотой некоторого партнера может слу~хить лшпь целям создания некоторой надмолекулярной конструкции, например сборке рпбосом или вирусных частиц.
В большинстве функционалыю значимых случаев узнавание специфичного партнера являетсл сигналом к некоторому последующему действию, причем такому, к которому биополимер, не будучи связан с лпгапдом, был не способен. Но это означает, что под действием лиганда в бнополимере должно произойти некоторое изменение его свойств, а следовательно, и структуры. В большом числе случаев белок должен иметь возможность выполнить свою функцию многократно и поэтому изменение структуры должно быть обратимым. По таким изменением в первую очередь может быть направленное изменение конформации биополимера.
Конформационные изменения играют важную роль в функционировании ферментов и в регуляции активности ферментов. Этот аспект проблемы неправде~Я иых конформационных переходов будет предметом специального рассмотрения в гл. б и 1О и здесь опущен При восприятии сигнала, поступающего в виде гормона или нейромедиатора на рецепторы воспринимающих клеток, последние должны отреагировать на это определенными 'физиологическими процессами — передать возбуждение по воспринимающему сигнал нейрону, вызвать мышечное сокращение, включить производство какого-либо вещества.
До получения сигнала рецептор этих действий не вызывал. Резонно полагать, что под действием специфического лиганда в рецепторе произошел конформационный переход, который изменил характер взаимодействия рецептора, причем именно его внутриклеточной части с воспринимающими сигнал клеточными структурами. Аналогичное рассуждение можно провести для транспорта вегцеств через клеточную мембрану с помощью специальных транспортных белков.
Если, например, белок осуществляет транспорт лактозы, то он должен обладать способностью образовывать специфический комплекс с находящимися вне клетки молекулами лактозы. Но для этого фрагмент белковой молекулы, узнающий лактозу, должен находиться на наружной по отношению к мембране поверхности транспортного белка, в данном случае б-галактозидпермеазы. Поэтому само по себе узнавание не может привести к попаданию лактозы внутрь клетки.
Необходимо, чтобы образование комплекса вызвало такое изменение пространственной структуры, при котором область узнавания вместе со связанпьш сахаром переместилась внутрь клетки. Диссоциация комплекса в этом случае привела бы к попаданию лактозы внутрь клетки, а лишенная лактозы /)-галактозидпе!эмеаза долгина была бы вернуться в исходное конформационное состояние с центром узнавания, экспоппрованным наружу.
Направленные конформационпые изменения лежат в основе и других видов перемещения в биологических системах, в том числе в основе работы аппарата мышечного сокращения и, по-впднмому, перемещения молекул, иесупгих информацию, относительно устройств, считывающих эту информацию: мР11К относительно рибосом, ДНК относительно Д1!К- и РНК-полпмераз. 3.10.
КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ЗАКО!!ОМГРНОСГИ СПГьЦИФИЧГьСКИХ ВЭАИя1ОДЕИСТВИВ ВИОПОЛИ1ЫГь! — ЛИГАНД Как уже отмечалось в 1 3.2, взаимодействие бнополимера со специфическим лигандом не сопряжено с преодолением существенных энергетических барьеров и является быстрым процессом. Поэтому чаще всего исследователи имеют дело с равновесными системами, требующими термадпнамического опнсапил.
В дальнейшем будут рассматриваться системы, в которых либо оба партнера находятся в растворе, как в гомогенных ферментативпых реакциях при взаимодействии гемоглобияа с кислородом, так и при взаимодействии в растворе аптигена с аптнтелом и т.п,, либо биополимер находится в составе мембраны на поверхности клег ки или в препарате мембран и, следовательно, образует отдельную фазу, как в случае рецепторов или белков, осуществляющих транспорт веществ через плазматическую мембрану. Если партнеры находятся в растворе, то характеристиками количества как биополимера Р, так и лиганда Е могут служить концентрации В гетерогенных системах можно говорить лишь о количестве биополимера. Характеристикой взаимодействия в общем случае, служит константа ассоциации Ха, выражение для которой запишется в виде итэоис «Р1 /ар [Ц (3.5 где квадратные скобки у символа компонента означают его молярную концентр цию, а пх — количество (в молях) компонента )(.
Для гомогенной системы можн также написать [РЦ/[Р] [Ц = Ка (3.6 (3.7 где [Р]< — полная концентрация бпонолил<ера в данный мол<е«т и, следовательно, (]ь (Р<- ! ь)1! а — аа . (38) Это выра<кение легко преобразуется к виду [('] Ь/ [<-] Г = <еа [! ] с «а [Ц Ь (3.9) известному как уравнение Скзчерда. Согласно этому выражению должна существ вать линейная зависимость между отношением [Ц Ь/[Ц! и величиной [Ць. Ин ми словами, если экспериментально найденные значения [Ць н [Цг, полученн в нескольких экспериментах, различа<ощнхся использованными концентрациям лиганда, отложить в координатах [! ]ь/[Цг, [Ць (каардииап<м Скэиерда), дола<и получиться прямая линия с тангенсол< угла наклона, равным Аа Если биополимер содержит несколько функционирующих независимо друг друга активных центров, то фигурирующим в предыду<цнх выкладках величина [Р] и [РЦ следует придавать смысл концентраций свободных и занятых акти ных центров, а вместо величины< [Р]< следует использовать произведение п[!']и В дальнейшем для 'единообразия в написании соотношений будем использова вторую форму записи.
При этом надо иметь в виду, что для гетерогенной сист мы понятия концентрации биополимера и комплекса РЕ имеют условный хара тер, представляя собой отношение их количества в образце к объему исследуемой пробы. Если речь идет о каком-либо функционально значимом узнавании, то образование комплекса не является самоцелью, но лишь снп<алом к последующему действию — ответу системы. Так, узнавание ферментом субстрата приводит к превращению субстрата в продукт реакции, узнавание гормона рецептором — к возникновению определенных внутриклеточных процессов. Чаще всего именно этот ответ и является объектом регистрации.
Но в ряде случаев может регистрироваться и само образование комплекса, если, например, используется лиганд, содержащий высокорадноактпвную метку, н комплекс может быть отделен от избытка лиганда за время, исключающее заметную д«ссоцнацшо комплекса. Если же измеряется какой-либо химический илн биологический ответ на узнавание, то резонно предполагать, что по крайней мере в первом приближении величина, характеризующая этот ответ (например, скорость фермснтативной реакции), пропорциональна количеству образовавшегося комплекса. Выражение (3.6) можно преобразовать, введя понятия о концентраци связанного в комплекс н свободного лиганда, соответственно [Ць (от англ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
