Биохимия 1 (1984) (1128709), страница 31
Текст из файла (страница 31)
6.17. 1' ы=- Р 1+ (Ц/К,. (26) -+ Неконкурентный 1/(8) Рис. 6.18. 117 Кинетика ферментативной реакции на графике двойных обратных величин в присутствии (Ф вЂ” ° ) или в отсутствие (Π— О) конкурентного ингибнтора. К не меняется, Км возрастает. гнбитора, связываюшегося с ферментом с К, = 10 з М, кшкущаяся Км составит 3 10 ' М. Отсюда 1'= 1' /4. При неконкурентном ингибировании (рис, 6.18) (г,„уменьтпается, а это значит, Е ЕЗ вЂ” +Е+ Р +$ Кинетика ферментативной реакции на графике двойных обратных величин в присутствии(ву †'фг) или в отсутствие (Π— О) неконкурентного ингибитора. Неконкурентньй ингибитор не влияет на К, но снижает 1'„ 1/(8) что пересечение прямой с осью ординат произоцдег в более высокой точке.
В той же мере возрастает и наклон прямой, равный Км/Рч „,. В отличие от Р„Кы не изменяется при этом виде ипгнбирования. Повышение концентрации субстрата не снимает неконкурентного ингибирования. Максимальная скорость реакции (г „в присут- 1 ствии неконкурентного ингибитора задается уравнением 6.15. Лечение отравления этилевгликолем на основе конкурентного иигибирования Ежегодно около 50 человек погибают от от- равления этиленгликолем — добавки в анти- фриз для автомобильных двигателей. Сам 6. Введение в знзнмологию Ингненроеенне О Н Ъ,Г С СН ОН вЂ” + СООН СООН Щееееееее внееОте Рис. 6.19. СН ОН СН,ОН Этееенгенкоеь Этанол подавляет образование щавелевой кислоты из этиленгликоля.
по себе этиленгликоль не обладает легальной токсичностью. Собственно ядом является продукт его окисления- щавелевая кислота. Первый этап превращения — окисление этиленгликоля алкогольдегидрогеназой (рис. 6.19). Эту реакцию можно эффективно затормозить путем введения большой, почти токсичной дозы этанола. Механизм действия состоит в том, что этанол оказывается конкурентным субстратом и потому блокирует окисление этиленгликоля в альдегидные проиэводныв. Этиленгликоль прн этом вьеодится, не причиняя вреда. Такой же принцип лежит в основе лечения метанольного отравления.
6.16. Аллостерические ферменты не подчиняются квиетике Михазлнса — Меитеи Модель Михаэлиса — Ментен оказала большое влияние на развитие энзимологии. Достоинство этой модели — в простоте и широкой применимости. Все же не все ферменты подчиняются кинетике Михаэлиса — Ментен. В первую очередь-это большая группа иллостврических ферментов, для которых зависимость скорости реакции )г от концентрации субстрата (8] имеет сигмоидную форму, а не гиперболическую, как предсказывает уравнение Михаэлиса — Ментен (уравнение (15)].
Вспомним, что кривая связывания кислорода для миоглобина — гиперболическая, тогда как для гемоглобина — сигмоидная. Ситуация с ферментами совершенно аналогична. В аллостерических ферментах один активный центр в молекуле фермента оказывает влияние на другой активный центр в той же молекуле. В результате такого взаимодействия между субъединицами связывание субстрата становится кооперативным, и кривая зависимости р от Часть ! 118 Конформации и динамика Я приобретает сигмоидную форму.
Кроме того, активность аллостерических ферментов может регулироваться воздействием определенных молекул, связывающихся с ферментом в некаталитических участках, подобно тому, как на связывание кислорода гемоглобином влияют бисфосфоглнцерат, Н' и СОн 6.17. Согласованны механизм аллостерических взаимодействии Изящную и четкую модель хинетики аллостерических ферментов предложили в 1965 г. Жак Моно, Джефри Уайман и ЖанПьер Шанже (э. Молод, 3.
%ушап, ).-Р. Сйапйепх), Используя их подход, рассмотрим аллостерический фермент, состоящий из двух идентичных субъединиц, каждая с одним активным центром. Допустим, что субъединицы могут находиться в двух конформациях — К и Т. Конформация К (ге1ахед — релаксированная) обладает высоким сродством к субстрату, тогда как конформация Т (ьепве — напряженная) — низким сродством (рис. 6.20).
Вспомним, что так же обозначались две формы четвертичной структуры гемоглобина (разд. 4.10). Формы К и Т могут переходить одна в другую. В данной модели делается валеное допуи(ение, что для сохранения симметрии димера обв субьединицы должны находньпься в одном и том же конформационном состоянии. Таким образом разрешены состояния КК и ТТ и не разрешено состояние КТ. Символами Ке и Ть обозначают разрешенные состояния в отсутствие субстрата и 2.— соотношение их концентраций: (27) Кот 1о ) = 1 о/Ко. (28) Чтоб упростить рассуждения, допустим, что субстрат не присоединяется к Т-форме фермента. В К-форме димер может связать одну или две молекулы субстрата; эти состоя- (29) Ко+ В»аз К1 К1+~» К2 (30) 2[Ко] Я [Кт] [б] [К1] [К2] (31) (33) Рис.
6.21. (34) 119 ния обозначаю~ соответственно К, и К,: Согласно полученному уравнению, присоединение как первой, так и второй молекулы субстрата к К-форме димерного фермента имеет одну и ту же микроскопическую константу диссоциации К„. Коэффициент 2 в уравнении (31) указывает на то, что субстрат может связаться с любым из двух активных центров на Ко с образованием К,, и аналогичным образом субстрат может высвободиться из любого из активных центров на Кз с образованием К,. Выразим стлеяеяь насыщения У (т.
е. долю активных центров, имеющих связанный субстрат) как функцию концентрации субстрата [Связавшие субстрат центры] У [Общее число центров] [К,]+ 2[К ] 2([То] + [Ко] + [К1] + [Кз]) Произведя замены в этом уравнении в со- ответствии с уравнениями (27) и (31), полу- чаем искомое выражение для У1 [З]~ +И ° — Ка / Ь+(1+ [Я/Кк) Изобразим уравнение (33) графически, приняв Кк = 10 ' М и 1. = 10'. Зависимость У от [З] выражается сигмоидной, а не гиперболической кривой (рис.
6.23). Другими словами, это уравнение соответствует коолератяивному связываиию субстраи1а. Если число оборотов в расчете на один активный центр одинаково для фермент.субстратных комплексов с К, и К,, то график зависимости скорости реакции от концентрации субстрата также будет сигмоидным, поскольку Рассмотрим теперь этот процесс связывания (рис. 6.21). В отсутствие субстрата почти все молекулы фермента находятся в Т-форме. В приведенном выше примере на 10з молекул в Т-форме приходится только Т.форма (низкое сродство к суастрату) и форме (высокое сродство к суестрату) Рнс. 6.20.
Схематическое изображение К- и Т-форм аллостернческого фермента. Модель согласованного механизма кооперативного связывания субстрата аллостерическим ферментом. Присоединение первой молекулы субстрата сопровождается переходом ТТ-формы с низким сродством к субстрату в КК-форму с высоким сродством. 6. Введение в эизимологию одна молекула в К-форме. Добавление субстрата сдвигает конформационное равновесие в сторону образования К-формы, поскольку именно К-форма связывает субстрат.
Когда субстрат присоединяется к одному активному центру, второй активный центр должен быть также в К-форме, согласно основному постулату данной модели. Другими словами, переход от Т к К и обратно все субъединнцы фермента осуществляют согласованно. Следовательно, иа мере добавления субстрата доля молекул фермента в Й-форме прогрессивно возрастает и связывание субстрата происходит кооперативно. При полном насьпценни активных центров все молекулы фермента оказываются в К-форме. На основе модели согласованного механизма нетрудно объяснить влияние аллостерических ингибиторов и активаторов. Аллостерическнй ингибнтор связывается преимущественно с Т-формой, тогда как аллостерический активатор связывается преимущественно с К-формой (рис.
6.22). Следовательно, аллостерический ипгибипюр сдвигаегп канформапиониое равновесие Й сл Т в опороиу Т, а аллостерическиб активатор-в сторону Й. Эти эффекты можно выразить количественно через измеменне константы аллостернческого равновесия 1., которая входит в виде переменной в уравнение (33). Аллостерический ингибитор повышает величину 1., тогда как аллосгерический активатор понижает ее. Этн влияния показаны на рис. 6.23, где У отложено против [Я при следующих значениях (.: 1О' (в присутствии активатора), 10' (без активатора и без ингибитора), 1О' (в присутствии ингибитора).
Степень насьпцения У при всех значениях [Я снижается в присутствии ингнбитора и повышается в присутствии активатора. Здесь полезно остановиться еще на двух понятиях: это гомотроппые эффекты, которые представляют собой аллостерические взаимодействия между идентичными лигандами (связанными молекулами илн ионами), н гетеротропные эффекты, т.е. взаимодействия между различными лигандами. В рассмотренном выше примере кооперативное связывание субстрата ферментом представляло собой гомотропный эффект. В отличие от этого влияние активатора или ингибитора на связывание субстрата является Часть ! 120 Коиформация м динамика Аллоствричвскии ингиоитор тсостолнив Аллостеричвски* вктиввтор Меоетолиие В соответствии с моделью согласованного механизма аллостерический ингибнтор (изображен в виде шестиугольника) стабилизирует форму Т, тогда как аллостерическнй активатор (изображен в виде треугольника) стабилизирует форму К.
Рис. 6.22. 0,6 0,6 У 0,4 0,2 ЗХ10 лм Рмс. 6,23. Насьпцение Укак функция концентрации субстрата [Я в соответствии с моделью согласованного механизма [уравнение (33)3. Показано также влияние аллостерического ингибитора и активатора. гетеротропным, поскольку в этом случае взаимодействие происходит между молекулами разного типа. При согласованном механизме аллостерических взаимодействий гомотропные эффекты всегда положительны (кооперативны), а гетеротропныелибо положительны, либо отрицательны.
6Л8. Последовательный механизм аллостеричееиого взаямодействня Аллостерические взаимодействия можно описать также с помощью модели последовательного механизма, разработанной Даниелем Кошландом (ГЬ. КозЫапд). В основу модели в простейшем случае положены три постулата. 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
