Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Ьолее того, как мы только что убедились, для ферментов, которые регулируются подобным образом, молекула Х может либо «вклк>чать» фермент (положгпсльная регуляция), либо «выключать» его (отрицательная регуляция). Ьлагодаря такому механизму аллостерические белки служат главными переключателями, которые, в принципе, позволякп' какой либо одной молекуле в клетке влиять на метаболическос будущее другой молекулы. дкти иный молекула х молекула х отрицательная регуляция глюкоза нбдктивный активность 10 1ь активность 100 % Рис. З.Б9. Отрицательная регуляция, обусловленная конформационным сопряжением между двумя разнесенными в пространстве участками связывания. Представленная здесь схема напоминает таковую на предыдущем рисунке, но здесь молекула Х предпочитает огпкрыгпую конформацию, тогда как глюкоза отдает предпочтение зомкнулюй конформации. Поскольку глюкоза и молекула Х побуждают белок принять противоположные конформации 1соответственно замкнутую и открытую), присутствие какого-либо из лигандов мешает связыванию другого.
3.2,18, Сивлвяетрицмые белковые иоваплеисы создают иооппратипнып зллостю)зичпскип пйрпходы Односубьединичный фермент, который регулируется отрицательной обратной связью, в ответ на 100 кратное увеличение концентрации ингибирующего лиганда, с которым он связывается, может самое большее снизить активность с 90'. до при близительно 10 (рпс. 3.60, красная линия). Вполне очевидно, что отклика такого уровня недостаточно для оптимального управления клеткой, и болынинство фер ментов, которые включаются или отключаются посредством связывания лиганда, образовано симметричными комплексами, состоящими из идентичных субъединиц.
При таковой организации связывание молекулы лиганда на единственном участке одной субъединицы может обусловить аллостерическое изменение во всей сборке, которое помогает соседним субъединицам связывать тот же лиганд. В результате происходит кооперапшвный аллосгперический переход (рис.
3.60, синяя линия), позволяющий при относительно малом изменении концентрации лиганда в клетке переводить весь ансамбль белков из почти полностью активной конформации в почти полностью неактивную форму (или наоборот). Принципы, лежащие в основе кооперативного перехода (осуществляющего ся по правилу «все или ничегоь), одинаковы для всех белков, будь то ферменты или нет. Но эти принципы, возможно, легче всего наглядно продемонстрировать на примере фермента, который образует симметричный димер.
В примере, по казанном на рис. 3.61, первая молекула ингибирующего лиганда связывается с болыпим трудом, так как ее связывание нарушает энергетически благоприятное взаимодействие между двумя идентичными мономерами в димере. Однако после 0фо,б $ 2 о 1О б концентрация ингибитора —— Рис. З.бо. Активность фермента в зависимости от концентрации инп«бирующего ли>аида: для фермента из одной субъеди лицы и миогосубъединич ныл аллостерических ферментов. В случае фермента из одной-единственной субъединицы [кроснпя линия) для снижения его ферментативной активности с 90 до 10% (отмечены двумя точками на кривой] требуется увеличение концентрации ингибитора в 100 раз.
Активность фермента вычисляется из простого отношения равновесия ГГ = [>Р[/[Ц [Р[, где Р— активный белок, > — ингибитор„а >Р— неактивный белок, связанный с ингибитором. Такая же кривая будет отражать характер любого простого взаимодействия типа связывания между двумя молекулами: А н В. В противоположность первому„многосубъединичный аллостерический фермент может откликаться на изменение концентрации лиганда по типу «переключателям крутой учасюк кривой соответствует кооперативному связыванию молекул лиганда, которое поясняется на рис.
3 61, Здесь зеленая линия представляет идеализированный результат, ожидаемый от кооперативного связывания двух и н гибирующих молекул лига нда с аллостерическим ферментом из двум субьеди ниц, а соняя лония показывает идеализированный «отклик» для фермента из четырех субъединнц.
Как отмечено двумя точками на каждой из кривых, для более сложных ферментов снижение активности с 90 до 10 З«происходит в гораздо более узком диапазоне концентраций ингибитора, чем для фермента, состоящего из одной-единственной субъединицы. эп>го вторая молекула ингибирующего лиганда связывается легче, потому что ее связывание восстанавливает энергетически благоприятные мономср мономерные контакты в симметричном димере (в результате этих процессов фермент полностью инактивируется).
В качестве альтернативы такой модели кооперативного аллостерического перехода но типу инду>«ированного соответствия мы можем рассматривать такой симметричный фермент как имеющий только две возможные конформации, соот встствующие структурам «фермент работает» и «фермент не работает», показанным оа рис. 3.6[. Согласно такому представлению, связывание лиганда возмущает равновесие типа «все или ничего» между этими двумя состояниями, таким образом изменяя долю активных молекул. Обе модели представляют истинную и удобную в использовании концепцию; вот зту вторук> модель мы и опишем в очередном иунктс.
3.2.19. Анностерйчясийй нерюкод н аснартаттранскарбавлойназе Науманн с точность>О дО Отдюльньгх атовлОВ Одним из ферментов, применявшихся в ранних исследованиях аллосте рической регуляции, была аснартатгранскарбамоилаза, получаемая из Е. со[1. АКТИВНЫЙ ФЕРМЕНТ ТРУДНЫИ ПЕРЕХОД ®г.- субстрат Рис. 3.61. Кооперативный аллостерический переход в ферменте, состоящем из двух идентичных субъедиииц. На данной схеме показан механизм, посредством которого коиформация одной субъедииицы может влиять иа коифармацию соседней.
Связывание одной молекулы иигибирующего лигаида )желгпого) с гщиой субъедииицей фермента происходит с трудом, потому что приводит к изменению конформации этой субъедииицы и таким образом нарушает симметрию фермента. Однако, как только такое коиформациоииое изменение произошло, выигрыш в энергии, получаемый при восстановлении симметричности спаривания между этими двумя субъедииицами, обусловливает возможность особенно легкого связывания второй субъедииицы иигибирующего лигаида с осуществлением того же коиформациоииого перехода. Поскольку связывание первой молекулы лигаида увеличивает сродство, с которым другая субъедииица связывает тот же лигаид, реакция фермента иа изменение концентрации этого лигаида намного более резкая, нежели отклик фермента, состоящего лишь из одной субъедииицы Гсм. рис.
3.60). Она катализирует важную реакцию, с которой начинается синтез пирими липового кольца нуклеотидов С, Г и Т: карбамоилфосфат ь аспартат -+ -+ )ч)-карбамоиласпартат. Один из конечных продуктов этого пути, цитозинтри фосфат (СТР), связывается с ферментом, чтобы выключить его, всякий раз, когда концентрация СТР достигает определенного порога. Аспартаттраггскарбамоилаза представляет собой крупный комплекс из шести регуляторных и шести каталитических субъелиниц. Каталитические субъедини цы образуют два тримера, каждому из которых придана форма равностороннего треугольника; эти Лва тримера смотрят друг на друга и удерживаются в должном положении тремя регуляторпыми димерами, которые образуют своеобразный мост между ними.
Вся молекула в целом подгггтовлена к осуществленинэ слаженного, отвечающего принципу «все или ничегоь аллостерического перехода между двумя конформациями, обозначаемыми буквами Т (напряженное) и К (пенапряженное) состояния (рис. 3.62). Связывание субстратов (карбамоилфосфата и аспартата) с каталитическими гримерами переводит аспартаттранскарбамоилазу в каталитически активное состоя ние гс, гго сопровождается диссоциацией регуляторных молекул СТР.
И наобо рот, связывание СТР с регуляторными лимерами ггереводит фермент в неактивное состоянис Т, и тогда происходит диссоциация субстрата. Такое «перетягивание каната» между СТР и субстратами по своему принципу тождественно описанному нами ранее «противоборству» на рис. 3.59 — на примере более простого аллосте НЕАКТИВНЫЙ ФЕРМЕНТ: СОСТОЯНИЕ Т катвлитичвскив субъвдиницы рвгупяторныв оубъединицы СТР В 6 СТР 6 им Рис. 3.62. Переход между состояниями а и Т в ферменте аспартаттранскарбамоилазе. 3тот фермент представляет собой комплекс из шести ката литическ их субъедин иц и шести регулято рных субъеди ниц; структуры неактивной (состояние Т) и активной )состояние а) форм этого фермента были определены с помощью рентгеносгруктурной кристаллографии, Фермент квыключаетсяь посредством ингибирования по типу обратной связи, когда концентрация СТР повышается. Каждая регуляторная субъединица может сватать одну молекулу СТР— один из конечных продуктов пролегающего через данный фермент метаболического пути.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
