ренциации кинетических механизмов ферментативных реакций.

6. Аллостерические эффекторы и изменения конформации ферментов

В основе многих явлений регуляции, по-видимому, лежит связывание эффектора с аллостерическим центром, вызывающее изменение конформации молекулы фермента. Эффект действия аллостерическнх ингиА

биторов и активаторов на олигомерные ферменты обычно называют аллостерией (или аллостеризмом)1}. Однако аллостерическая регуляция может иметь место и в случае мономерных ферментов, поэтому мы

1) Для более детального ознакомления с молекулярными основами аллостерической Регуляции читателю можно рекомендовать вышедшую недавно книгу: Курганов Б. И. Аллостерические ферменты. — М.: Наука, 1978.—Прим. перев.

начнем наше рассмотрение с мономера, который содержит связывающие центры для субстрата, ингибитора и активатора и может находиться в двух конформациях — А и В (рис. 6-10). Допустим, что [см. уравнение (4-42) ] конформер В связывает одинаково хорошо и субстрат, и активатор, однако плохо связывает ингибитор или не связывает его совсем. В то же время конформер А хорошо связывает ингибитор, но обладает низким сродством к субстрату и активатору. Подвижное равновесие между двумя конформерами, которые обладают различающимися связывающими способностями, обеспечивает «включение» или «выключение» фермента в зависимости от условий.

Находящийся в клетке ингибитор связывается с конформером А и при достаточно высокой концентрации переводит весь фермент в неактивную форму А. Фермент оказывается «выключенным» или по крайней мере обладает очень низкой активностью. Прн высоких же концентрациях активатора фермент будет «включен» за счет стабилизации кон-формации В. Доля молекул фермента, находящихся в активной форме В, определяется концентрацией ингибитора, активатора и субстрата в клетке в данный момент времени. Подобное соотношение между инги-бированием и активацией лежит в основе многих явлений регуляции клеточного метаболизма (гл. 1, разд. Е).

Действие ингибиторов и активаторов на мономерный фермент, представленный двумя взаимопревращающимися формами А и В (рис. 6-10), можно описать уравнениями типа (6-48) и (6-49) [схема (6-47)], отдельные члены которых соответствуют ингибированию и активации. Равновесие между двумя конформерами может быть охарактеризовано также при помощи уравнения (4-44). Для мономерных ферментов обычно нецелесообразно разделять константы Kt и Къх [см. уравнение (4-44)], характеризующие соответственно конформационное изменение и связывание субстрата или активатора.

Большинство внутриклеточных ферментов обладает олигомерной структурой, и поэтому связывание аллостерических эффекторов приводит к весьма интересным явлениям. Для получения соответствующих математических выражений необходимо ввести по паре констант связывания для ингибитора и активатора, характеризующих сродство к кон-формерам А и В. Поскольку при составлении уравнений материального баланса необходимо учесть все возможные комплексы, получающиеся выражения весьма сложны. Функции насыщения в модели Моно — Уаймена — Шанжё (гл. 4, разд. Д) имеют довольно простой вид. В соответствии с уравнением (4-53) степень насыщения у для этой модели определяется следующим выражением:

У L(14- са)п-\- (И-а)" • К '

Здесь L — аллостерическая константа, смысл которой в случае димера ясен из уравнения (4-50). Через с обозначено отношение констант диссоциации KBS и K\s, характеризующих сродство субстрата к конформе-рам В и А соответственно1*:

с = Кй5/КХ5. (6-62)

Наконец, а представляет собой «нормированную» концентрацию субстрата2*:

а = [SJ//W (6-53)

'> Обратите внимание па то, что в этой главе используются константы диссоциации комплексов ES, в то время как в гл 4, включая уравнение (4-53), — константы ассоциации.

2) В обозначениях, принятых в гл 4, a=[S]//CBx.

d

Чтобы учесть влияние ингибитора (I) и активатора (J), вводят отношения констант диссоциации комплексов BI и AI и комплексов BJ и AJ:

Л'^>1, e=Ј?f

и нормированные концентрации ингибитора и активатора

Км

7 =

Кв.!

(6-55)

Функция насыщения в присутствии ингибитора и активатора, концентрации которых равны р и у соответственно, по-прежнему описывается

IK: §

0,8

0,4

0 0,8

0,4 0

iga - lg[S]-lg Kfl5

РИС 6-11 Зависимости степени насыщения (у) и доли фермента, находящегося в

конформации R (R), от логарифма «нормированной» концентрации субстрата (а= = [S]//CBS) для гипотетического тетрамерного фермента (п = 4), механизм действия которого следует модели Mono, Уаймена и Шанже [39] Кривые рассчитаны при с = 0,1 и двух значениях кажущейся аллостерической константы L'=4 и L'=t0*

уравнением (6-51), однако аллостерическая константа L должна быть ?заменена кажущейся аллостерической константой U [39]:

ь -L\ (i^p)(i-T) j ?

(6-56)

На рис. 6-II представлены зависимости у от Iga для тетра<мера при з_вух раз'ных значениях L/ и определенном значении с В обоих случаях

// с ростом Iga приближается к 1. Однако, по