Сродство - фермент
Cтраница 4
В неупорядоченном механизме лиганды А и В могут связываться независимо друг от друга в любом порядке. В этом случае выбор лиганда определяется сродством фермента и относительной легкостью иммобилизации. [46]
При физиологических условиях, как мы уже подчеркивали, концентрации субстратов редко бывают достаточно высокими для насыщения ферментов. Поскольку скорости реакций in vivo в большей степени определяются величинами сродства ферментов к субстратам, любое изменение / См или S0 s под влиянием соли немедленно скажется на метаболизме клетки. То, что значение фермент-субстратного сродства, по-видимому, достигает максимума при уровне солености, оптимальном для роста, вероятно, не случайность, а результат действия эволюционных сил, приспосабливавших ферменты специально для работы при высоких концентрациях солей. [47]
Эта гипотеза импонирует своей простотой и ясностью, если речь идет о механизме торможения гликолиза, но она не дает никакого объяснения другому феномену - аэробному гликолизу. В самом деле, остается непонятным - каким образом изменяется вдруг сродство ферментов к коэнзимам, в результате чего коэнзимы перемещаются из митохондрий в гиалоплазму и соединяются с ферментами гликолиза. Непонятно также, как осуществляется перемещение коэнзимов из гиалоплазмы снова на митохондрии и соответственно - переход от аэробного гликолиза к П. Э. Иными словами, гипотеза Линена - Джонсона объясняет только одно состояние, но не объясняет противоположного состояния и, следовательно, не дает толкования регуляции в целом. [48]
Второй важный аспект влияния температуры на перенос газов кровью касается сродства гемоглобина к кислороду. Если мы вспомним, что было сказано ранее о температурной зависимости сродства ферментов к субстратам, об аналогии между ферментами и гемоглобином, то не будем удивлены, узнав, что величины PSQ для большинства изученных гемоглобинов при снижении температуры уменьшаются. Направление этого изменения PSQ противоположно тому, которое мы могли бы оценить как выгодное для организма, так как с повышением температуры одновременно уменьшаются и количество кислорода у дыхательной поверхнисчи, и эффективность связывания его гемоглобином. [49]
Итак, адаптация фруктозодифосфатазы долгохвоста ( Согу-phaenoides) к давлению связана прежде всего с точной взаимной компенсацией изменений числа оборотов и регуляторных эффектов. По-видимому, в процессе длительной эволюционной адаптации к высоким давлениям отбор вместо этого так отрегулировал сродство фермента данного представителя Coryphaenoides к фруктозо-дифосфату, что он может функционировать при физиологических концентрациях субстрата независимо от давления. Но для ферментов, ингибируемых давлением, аналогичная стратегия должна приводить к компенсаторным реакциям противополож ного типа. Встречаются ли они в действительности. [50]
Вначале было установлено, что активная поверхность холинэстеразы содержит центры двух типов: один был назван эстераз-ным, а другой - анионным. Анионный центр имеет отрицательный заряд и связывается с четвертичным атомом азота ацетилхо-лина, тем самым повышая сродство фермента к субстрату. Эстераз-ный центр завершает гидролиз специфического субстрата, а также гидролизует менее специфические субстраты, кроме этого, он является местом атаки ФОС. [51]
Этот пример иллюстрирует одну из важнейших особенностей адаптации ферментативных механизмов: физиологически важные свойства фермента, в данном случае скорость реакции при физиологических концентрациях субстрата, часто оказываются суммарным результатом противоположных изменений в общей каталитической способности, с одной стороны, и в ее регулируемом использовании - с другой. Рассматривая действие температуры, мы уже видели примеры того, как изменение числа оборотов в значительной части или полностью уравновешивается противоположным изменением сродства фермента к субстрату. Теперь мы видим, что и эффекты давления на уровне числа оборотов и сродства к субстрату могут приводить к такому же гомеостазу функции. Таким образом, из адаптации к температуре и давлению вытекает, что относительное постоянство какого-то свойства фермента неизбежно приводит к нарушению его функции при изменении температуры или давления; в случае температуры таким фиксированным свойством является изменение энергии, связанное с активацией, а в случае давления - изменение объема при активации. Однако потенциальные отрицательные эффекты такого изменения функции смягчаются или устраняются путем изменения другого параметра, более податливого по отношению к воздействиям естественного отбора. [52]
Положительная температурная модуляция как механизм, компенсирующий влияние температуры на скорость реакций, вероятно, имеет наибольшее значение в случае немедленной температурной компенсации. Последняя происходит слишком быстро для того, чтобы она могла быть связана с изменениями в концентрациях ферментов, и поэтому почти мгновенное повышение сродства ферментов к субстратам при понижении температуры представляет собой компенсаторный механизм огромной потенциальной важности. [53]
Встречается и обратная ситуация, когда 5-образная кривая в присутствии аллостерического эффектора превращается в гиперболическую. Например, пируваткиназа скелетных мышц характеризуется кинетикой Михаэлиса, но в присутствии аллостерического ингибитора ( фенилаланина) кривая зависимости скорости реакции от концентрации субстрата становится 5-образной, при этом сродство фермента к субстрату ( фосфоенолпирувату) уменьшается. Изменение кинетических свойств под действием аллостерических эффекторов обусловлено конформационной перестройкой молекулы белка. [54]
Ферменты могут ингибироваться либо веществами, вызывающими химические превращения их структуры и приводящими тем самым к их инактивации, либо веществами, которые конкурируют с субстратами за активный центр и в результате замедляют скорость превращения субстрата. Любой процесс, который приводит к удалению фермента из сферы реакции, также замедляет ее скорость. За счет химических превращений сродство фермента к субстрату может не только понижаться, но и повышаться, а это также ведет к изменению кинетики реакции. Такого рода химические превращения могут вызываться ионами металлов, ацилирующими агентами, алкилирующими агентами и любыми другими веществами, взаимодействующими с функциональными группами белка. Изменения, вызванные химическими превращениями, не исчезают при добавлении к ферменту больших количеств субстрата. Ингибирование может быть обратимым, но если реактивация фермента вызвана не действием субстрата, то такой тип ингибирования называют неконкурентным ( noncotnpetitive) ангибированием. Если же фермент инги-бируется при связывании активным центром псевдосубстрата или аналога субстрата, то такое Ингибирование снимается при увеличении в растворе концентрации субстрата, и этот тип ингибирования называют конкурентным ( competitive) ингибирова-нием. Возможен также третий тип ингибирования, когда ингибитор связывается с какой-либо формой фермента, отличной от Е, свободного фермента, например с фермент-субстратным комплексом ES, что приводит к образованию комплекса фермент - субстрат - ингибитор. Ингибирование такого типа должно быть неконкурентным и кинетически отличаться от других типов ингибирования; оно получило название бесконкурентного ( ипсотре - titive) ингибирования. [55]
Известно, что изменение внутренней энергии молекул исходных веществ в процессе химической реакции может быть изображено кривой, показанной на рис. II.5. Для процессов окисления продукты реакции будут иметь внутреннюю энергию, меньшую, чем исходные вещества. Между начальным и конечным состоянием реагирующих веществ имеется некоторый энергетический барьер, соответствующий количеству энергии, которое требуется сообщить молекулам исходного вещества, чтобы они вступили в реакцию и образовали конечный продукт. Величина этого барьера зависит от степени сродства фермента данному веществу, поскольку роль фермента в реакциях обмена сводится к понижению этого барьера, что облегчает осуществление химической реакции. [56]
 |
Регуляция биосинтеза пиримидинов. [57] |
Цитидинтрифосфат ( ЦТФ) ингибирует действие АТК-азы ( аспар-тат-транскарбамоилазы), снижая его родство к субстрату. Степень его ингибирующего эффекта может достигать 90 % в зависимости от концентрации субстратов. С другой стороны, АТФ активирует АТК-азу, что увеличивает сродство фермента к субстрату. Связывание АТФ и ЦТФ с регуляторным участком АТК-азы носит конкурентный характер. При высокой концентрации АТФ вытесняет ЦТФ из комплекса и последний не может оказывать ингибиторное действие. Активация АТК-азы под действием АТФ, с одной стороны, уравнивает скорости образования пурин - и пиримидиннуклеотидов, с другой стороны, активация АТК-азы под действием АТФ сигнализирует о достаточной его концентрации в качестве субстрата для некоторых реакций биосинтеза пиримидиннуклеотидов, например, для синтеза карбамоилфосфата и фосфорилирования ИМФ и ИТФ. [58]
 |
Влияние давления на ингибирование фруктозодифосфатаз адено. [59] |
Приблизительная область физиологических концентраций АМФ заштрихована. У глубоководного вида сродство фермента к модулятору не зависит от давления и АМФ служит одинаково эффективным ингибитором при любых давлениях, встречающихся в естественных условиях. У поверхностного вида ингибирующее действие АМФ при высоких давлениях усиливается вследствие повышения сродства фермента к модулятору. В результате при высоких давлениях этот фермент всегда был бы частично ингибирован - даже при наименьших физиологических концентрациях АМФ, а незначительное повышение концентрации АМФ могло бы привести к полному ингибированию. [60]
Страницы: 1 2 3 4