Кооперативное связывание эффекторов

Кооперативный характер связывания ферментов с субстратами имеет, пожалуй, такое же большое физиологическое значение, как и кооперативное связывание гемоглобина с кислородом, которое обеспечивает более эффективное высвобождение связанного кислорода в тканях (гл. 4, разд. Д, 5). Кооперативность связывания субстрата отсутствует в том случае, когда благодаря избытку активатора фермент переходит в состояние R (В), при котором связывающие центры ведут себя независимо. В то же время связывание активатора должно характеризоваться сильно выраженной кооперативностью, т. е. скорость реакции должна изменяться при изменении концентрации активатора сильнее, чем в случае гиперболической активации. Аналогичным образом кооперативное связывание ингибитора обеспечивает более быстрое выключение фермента при увеличении концентрации ингибитора. По-видимому, эволюция олигомерных ферментов (по крайней мере отчасти) обусловлена большей эффективностью механизмов регуляции, в основе которых лежит кооперативное связывание эффекторов. [c.39]

Аллостерическая регуляция представляет собой вариант связывания эффекторов с ферментом в области аллостерического центра (сравните действие неконкурентных ингибиторов, действующих вне зоны активного центра). Подобная регуляция может быть гомотроп-ной, если молекула субстрата, взаимодействуя с ферментом, изменяет его сродство к молекулам того же субстрата гетеротропной, если сродство к субстрату изменяется при взаимодействии фермента с молекулой, не похожей на субстрат. Гомотропные и гетеротропные эффекторы могут быть активаторами и ингибиторами. На базе симметричной модели 1) аллостерический активатор связывается с Л-конформером, стабилизируя это состояние. Следовательно, субстрат будет иметь увеличенное сродство к ферменту (положительная кооперативность) [c.76]

Один из возможных механизмов основан на принципе кооперативности, когда для активации какой-то макромолекулы-мишени необходимо присоединение к ней двух или нескольких внутриклеточных эффекторов (или их комплексов с рецептором). Например, при некоторых реакциях на стероидные гормоны для активации надлежащего гена, но-видимому, требуется одновременное связывание со специфическим участком хроматина нескольких гормон-рецепторных комплексов. В результате при увеличении концентрации гормона ген активируется более резко, чем если бы для его активации было достаточно одного такого комплекса [c.380]

Аллостерические взаимодействия проявляются в характере кривых зависимости начальной скорости реакции от концентрации субстрата или эффектора, в частности в -образности этих кривых (отклонение от гиперболической кривой Михаэлиса-Ментен). 8-образный характер зависимости V от [8] в присутствии модулятора обусловлен эффектом кооперативности. Это означает, что связывание одной молекулы субстрата облегчает связывание второй молекулы в активном центре, способствуя тем самым увеличению скорости реакции. Кроме того, для аллостерических регуляторных ферментов характерна нелинейная зависимость скорости реакции от концентрации субстрата. [c.156]

Рассмотренные выще механизмы способны описывать многие сложные эффекты, и кинетическое уравнение может иметь очень сложную форму. Но в общем случае концентрация [ЕЗ] не может возрастать быстрее, чем растет [3]. Однако при некоторых экспериментальных условиях субстраты или ингибиторы оказывают большее влияние на концентрацию комплекса. Другими словами, получаются 3-образные кривые типа кривой связывания кислорода гемоглобином (разд. 7.13). В особенности это относится к ферментам, играющим важную роль в регулировании обмена веществ. Подобные кооперативные эффекты встречаются в случае ферментов с несколькими активными центрами, поскольку кооперативный эффект подразумевает возрастание сродства второго активного центра к субстрату, когда первый центр занят. Как и в случае гемоглобина, взаимодействия такого типа сопровождаются структурными изменениями. Согласно модели Моно — Шанжо — Ваймана, фермент с несколькими активными центрами может находиться по крайней мере в двух состояниях. Это, вероятно, слишком упрощенная картина, но два является минимальным числом состояний, необходимым для объяснения наблюдаемых эффектов. Предполагается, что в обоих состояниях конформации всех субъединиц одинаковы. Воздействующая на систему молекула (эффектор), которая может быть молекулой субстрата, смещает равновесие в сторону одного или другого из этих двух состояний. Если эффектор смещает равновесие в направлении увеличения скорости реакции, то такой эффектор называется активатором. Если же его действие приводит к снижению скорости реакции, то он называется ингибитором. Как и в случае гемоглобина, воздействие усиливается тем, что одна молекула эффектора оказывает влияние на несколько каталити-21 [c.323]

Положительная кооперативность характеризуется пн>, т. е. связывание первой молекулы субстрата или эффектора усиливает связывание второй молекулы субстрата и наблюдается ускорение реакции. Это обстоятельство отражает график зависимости V от [S] для пируваткиназы (рис. 8.11) положительными эффекторами фермента являются фосфоенолпируват (РЕР) и фруктозо-1,6-дифосфат (FDP). График зависимости V от [РЕР] представляет собой гиперболу, в то время как соответствующая логарифмическая зависимость [уравнение (37)] при [РЕР]> 0,25 ммоль/л — прямая с наклоном 2 (пн=2). Следовательно, заполнение одного аллостерического центра РЕР повышает каталитическую активность других центров по отношению к РЕР. Более того, при постоянной [РЕР] увеличение концентрации другого эффектора FDP, который связывается с другими аллостерическими центрами, приводит к активации фермента по отношению к РЕР как субстрату. Построение логарифмической зависимости дает н=1,98 эта величина характеризует положительную кооперативность по FDP. [c.272]

Один из возможных механизмов основан на принципе кооперативности, когда для активации какой-то макромолекулы-мишени необходимо присоединение к ней нескольких внутриклеточных эффекторов (или их комплексов с рецептором). Например, при некоторых реакциях на стероидные гормоны для активации надлежащего гена, по-видимому, требуется одновременное связывание со специфическим участком хроматина нескольких гормон-рецеп-торных комплексов. В результате при увеличении концентрации гормона ген активируется более резко, чем в том случае, если бы для его активации достаточно было одного гормон-рецепторного комплекса (рис. 13-37). Аналогичный механизм кооперативности действует при активации с участием кальмодулина поскольку для принятия кальмодулином активирующей конформации необходимо связьтание двух или большего числа ионов Са , повьппение внутриклеточной концентрации этих ионов всего лишь в 10 раз вызьшает уже 50-кратное усиление активации. Такие кооперативные реакции становятся тем более резкими, чем больше молекул в них участвует, и если их число достаточно велико, то дело может дойти до реакции типа всё или ничего (рис. 13-38 и 13-39). [c.280]

Отклс)Чеш.я от кинетики Михаэлиса-Ментен в реакциях катьлиолруеьтах ам щ, .. ц рола ами, возникают обычно в следующих случаях. 1) когда су1 с1 ргт выстулаеч одновременно в роли эффектора (ингибитора или активаторов когд" 1ш еет месго кооперативное связывание субстрата субъединицами фермента 3) когдс молекулы фермента взаимодействуют друг с другом, изменяя при взаимод-ш т сродство к субстрату [17371. [c.155]

Кооперативность связывания субстратов приводит к таким же последствиям, как и кооперативность связывания О, гемоглобином. При низких концентрациях субстрата аллостерический эффектор является мощным ингибитором. Он, следовательно, оказывает наиболее эффективное регулирующее воздей- [c.108]

Аллостерическая регуляция ферментативной активности. Аллостеричес-кий тип регуляции активности характерен для особой группы ферментов с четвертичной структурой, имеющих регуляторные центры для связывания аллостерических эффекторов (ингибиторов или активаторов). Механизм действия аллостерических эффекторов заключается в изменении конформации активного центра, затрудняющем или облегчающем превращение субстрата. Некоторые ферменты имеют несколько аллостерических центров, чувствительных к различным эффекторам. Роль аллосте-рического эффектора зачастую выполняют метаболиты, гормоны, ионы металлов, коферменты, а иногда и молекулы субстрата. Аллостерические ферменты отличаются от прочих ферментов особой S-образной кривой зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата (рис. 2.9). Такой характер зависимости свидетельствует о том, что активные центры субъединиц функционируют кооперативно, т. е. сродство каждого следующего активного центра к субстрату определяется степенью насыщения предыдущих центров. [c.119]

При отрицательной кооперативности эффекторы или субстраты понижают связывание последующих молекул субстрата с субстратными центрами или субъединицами аллостерического фермента, и в этом случае всегда Пн<1 (рис. 8.10). [c.272]

Взаимодействие с продуктами и другими эффекторами, отличными от субстратов. Ферменты, активность которых регулируется по этому механизму, должны иметь различающиеся по природе активные центры каталитический (для взаимодействия с субстратом) и регуляторный (для взаимодействия с эффектором). Эти центры обычно размещены на разных субъединицах фермента (или в общем случае — аллостерического белха), причем связывание эффектора с регуляторным центром влияет на конформацию каталитического центра и изменяет сродство к субстрату, которое, как правило, снижается (гетеротропная кооперативность). При этом возможны разные обстоятельства [c.96]

Один из возможных механизмов основан на принципе кооперативности, когда для активации какой-то макромолекулы-мишени необходимо присоединение к ней нескольких внутриклеточных эффекторов (или их комплексов с рецептором). Механизм кооперативности действует при активации с участием кальмодулина поскольку для принятия кальмодулином активирующей конформации необходимо связывание двух или большего числа ионов Са " , повышение внутриклеточной концентрации указанных ионов всего лишь в 10 раз вызывает 50-кратное усиление активности. Такие кооперативные реакции становятся тем более резкими, чем больше молекул в них участвует, и если их число достаточно велико, то дело может дойти до реакции типа все или ничего (рис. 2.8). [c.67]

Появление четвертичной структуры у белков привело к появлению кооперативности, что резко изменило их регуляторные свойства. Для того чтобы активность фермента, подчиняющегося кинетике Михаэлиса—Ментен, возросла с 10 до 90% от ма1д имальной, необходимо концентрацию субстрата повысить в несколько десятков раз. В биологических системах такие колебания в концентрациях метаболитов наблюдаются крайне редко. Фермент, обладающий кооперативными свойствами, может изменить свою активность с 10 до 90% от максимальной при увеличении концентрации субстрата всего в 4 раза. Таким образом, кооперативность связывания обеспечивает значительные изменения активности фермента в ответ на малые колебания концентрации субстратов, продуктов или эффекторов. [c.16]

Активность изоцитратдегидрогеназы регулируется в зависимости от концентраций Mg +, изоцитрата, NAD+, NADH и АМР. Кроме субстратсвязывающих центров для NAD+, изоцитрата и Mg + фермент имеет еще и положительные, и отрицательные эффектор-ные участки. Изоцитрат — положительный эффектор его связывание кооперативно, т. е. связывание на каком-либо одном участке облегчает связывание на других. Оба участка связывания для АМР стимулируют активность фермента. Когда они заполнены, связывание изоцитрата облегчается. В направлении уменьшения активности работают четыре участка, которые могут заполняться или NADH. или АТР, повышая таким образом Кт для изоцитрата на субстратных центрах. [c.416]

Следует отметить, что параллельное изучение зависимости скорости ферментативной реакции (или степени насыщения) и степени конформационных изменений от концентрации субстрата (или эффектора) позволяет, по-видимому, более надежно выбрать модель регуляторного фермента [109]. Подобный подход был использован, например, в работе Dur hslag и др. при изучении кооперативного связывания НАД дрожжевой D-глицеральдегид-З-фосфатде-гидрогеназой [110]. С помощью метода рассеяния рентгеновых лучей под малыми углами было показано, что переход от апо- к холоферменту сопровождается уменьшением объема молекулы на 7,08%. На рис. 39 представлена полученная авторами зависимость (Уа—V)l Va—Т ж) (где У а И Vx — объем молекулы фермента при степенях насыщения коферментом 0,0 и 0,99 соответственно, а V — объем молекулы при промежуточных степенях насыщения), которая характеризует степень конформационных изменений от [c.114]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология