Олигомерные ферменты

Рис. 4.5. Модели строения некоторых олигомерных ферментов.

Принципы организации олигомерных ферментов рассмотрены в обзоре [175]. [c.387]

Известно множество других олигомерных ферментов и различных сложных структур, содержащих белковые субъединицы более одного [c.296]

Вторая часть книги (гл, 4 и 5) посвящена проблеме соединения биологических молекул друг с другом. В гл. 4 рассмотрены количественные параметры связывания для различных структур — олигомерных ферментов, микротрубочек, вирусов, мышц, что составляет одно из самых современных направлений биохимии. Дается также систематизированный количественный анализ аллостерических эффектов. В гл. 5 описаны структура и химические свойства клеточных мембран и оболочек. Основная цель этой и других глав состоит в том, чтобы дать студентам возможность приобрести запас знаний, достаточный для чтения специальной периодической литературы без помощи учебников. [c.8]

Атомы цинка расположены на оси симметрии 3-го порядка и связаны с тремя имидазольными кольцами гистидинов В-10. Роль атомов цинка не совсем ясна. Гексамеры легко образуют ромбические кристаллы даже внутри панкреатических клеток, синтезирующих инсулин. Структура инсулина воплощает в себе основные особенности строения олигомерных ферментов, обладающих циклической или диэдрической симметрией. Как и в случае гексамера инсулина, центральные части таких молекул часто открыты и торчащие боковые группы аминокислотных остатков (в случае инсулина имидазольные группы) образуют как бы гнезда , в которые могут входить ионы или молекулы, регулирующие активность белков. Однако функциональная роль цинка при действии инсулина остается пока неизвестной. [c.293]

Если обе константы — Каа и /Свв — достаточно, велики, то диссоциация на мономеры происходить не будет. Тем не менее переход между конформациями А и В внутри димера или олигомера более высокого порядка все-таки может осуществляться и математические соотношения, приведенные на рис. 4-16, остаются применимыми. Для описания наиболее распространенных моделей олигомерных ферментов необходимо ввести дальнейшие упрощения. [c.300]

Рис. 6-11 можно сопоставить с рис. 6-7, на котором приведены аналогичные кривые для случая неконкурентного ингибирования мономерного фермента. Отметим, что насыщение олигомерного фермента происходит в более узком интервале концентраций лиганда, чем для мономерного фермента, т. е. насыщение олигомерного фермента субстратом (особенно в присутствии ингибитора) происходит кооперативно. Это имеет место лишь в том случае, когда в отсутствие субстрата фермент находится преимущественно в состоянии Т (А). [c.38]

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]

Существуют и другие примеры олигомерных ферментов, образование которых обязательно проходит через каталитически неактивные промежуточные формы. Эти формы претерпевают конформа-ционное превращение на более поздней стадии, давая термодинамически стабильный активный фермент. Такой процесс конформационного дозревания имеет лимитирующую скорость и представляет собой практически необратимую стадию в образовании фермента. Предполагают [472], что в некоторых олигомерных ферментах алло- [c.191]

Отличительной особенностью ряда аллостерических ферментов является наличие в молекуле олигомерного фермента нескольких активных центров и нескольких аллостерических регуляторных центров, пространственно удаленных друг от друга. В аллостерическом ферменте каждый из двух симметрично построенных протомеров содержит один активный центр, связывающий субстрат 8, и один аллостерический центр, связывающий эффектор М т.е. 2 центра в одной молекуле фермента (рис. 4.4). Получены доказательства, что для субстрата аллостерические ферменты, помимо активного центра, содержат и так называемые эффекторные центры при связывании с эффекторным центром субстрат не подвергается каталитическому превращению, однако он влияет на каталитическую эффективность активного центра. Подобные взаимодействия между центрами, связывающими лиганды одного типа, принято называть гомотропными взаимодействиями, а взаимодействия между центрами, связывающими лиганды разных типов, —гетеротропными взаимодействиями. [c.126]

Глутаматдегидрогеназа является одним из наиболее изученных ферментов белкового обмена. Это олигомерный фермент (молекулярная масса 312 kDa), состоящий из шести субъединиц (каждая из которых имеет молекулярную массу около 52 kDa). Он вьшолняет важную регуляторную функцию не только в аминокислотном, но и энергетическом обмене. По аллостерическому механизму ГДГ ингибируется АТФ и ГТФ и активируется АДФ и ГДФ, увеличение содержания которых свидетельствует о необходимости окислительного фосфорилирования (синтеза АТФ). [c.374]

НЕКОТОРЫЕ ОЛИГОМЕРНЫЕ ФЕРМЕНТЫ МЛЕКОПИТАЮЩИХ, КОТОРЫЕ УТРАЧИВАЮТ ЧЕТВЕРТИЧНУЮ СТРУКТУРУ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ (БЕЙЕР, 1972) [c.218]

Однако вряд ли отсутствие взаимодействия между субъединицами характерно для всех олигомерных ферментов. Кооперативные эффекты, свойственные некоторым регуляторным ферментам (гл. 8), по-видимому, объясняются именно таким взаимодействием с этим же связан и феномен межаллельной комплементации (гл. 10 и работа [5278]), который лежит в основе восстановления каталитической активности. Для выяснения степени гетерологических взаимодействий были исследованы также искусственные гибридные ферменты, которые образуются при ассоциации нативных и модифицированных химическими методами полипептидов [1543] или при ассоциации субъединиц, полученных от разных видов [3561]. [c.109]

Второй путь регуляции состоит в обратимых взаимопревращениях различных конформационных состояний глутаминсинтетазы. Выделенный в присутствии двухвалентных металлов олигомерный фермент стабилен, обладает каталитической активностью, и его субъединицы, очевидно, достаточно плотно упакованы, поскольку ни одна из его сульфгидрильных групп не взаимодействует с обычными реагентами на эти группы. Однако при удалении двухвалентных катионов фермент переходит в неактивную форму при этом сульфгидрильные группы обнажаются, и в таком состоянии молекула более легко диссоциирует на составляющие ее субъединицы. Таким образом, изменение содержания в среде двухвалентных металлов также может играть определенную роль в осуществлении биологической регуляции. [c.119]

Предложено довольно большое количество теоретических моделей для кинетического описания явления отрицательной кооперативности. Однако нас интересуют в первую очередь модели, в которых предпринята попытка представить процессы, происходящие на уровне взаимодействия субъединиц. В качестве примера подобного подхода рассмотрим представления, развиваемые в работе [126]. Предполагается, что олигомерный фермент имеет, в отличие от [121], не два состояния всей структуры, а два состояния активных центров — открытое и закрытое. В этом случае только открытая конформация активного центра может обмениваться молекулами субстрата со средой, а каталитический акт происходит в закрытой конформации. Явление отрицательной кооперативности оказывается связанным с доступностью поступления субстратов в открытый и закрытый активные центры, которые, согласно автору, поочередно меняют свое состояние. Предполагается, что присоединяющиеся лиганды вызывают сопряженные конформационные флуктуации фермента, причем их частота должна быть оптимальной для совершения катализа. Однако в этой модели практически ничего не говорится ни о сути процесса катализа, происходящего в закрытом активном центре, ни о физических механизмах, обеспечивающих синхронность сопряженных конформационных флуктуаций с катализом и сменой продукта на новую молекулу субстрата. [c.106]

Флип-флоп -механизм в работе олигомерных ферментов и его возможные объяснения [c.106]

Механизм поочередного функционирования активных центров ( флип-флоп ) был впервые предложен в работах [86, 109] и неоднократно был предметом подробного рассмотрения [90, 111, 142]. Он оказался удобным для описания работы олигомерных ферментов, содержащих четное число субъединиц, и имеющих следующие характерные свойства [109] [c.106]

Наиболее изученным олигомерным ферментом является лактатдегидрогеназа (она катализирует обратимое превращение пировиноградной кислоты в молочную), содержащая два типа полипептидных цепей Н—сердечный тип (от англ. heart—сердце) и М—мышечный тип (от англ. mus le—мышца) — и состоящая из 4 субъединиц. Этот фермент благодаря различным сочетаниям субъединиц может существовать в 5 формах. Такие ферменты получили название изоферментов, или, в соответствии с новой классификацией, множественных форм ферментов (см. главу 4). [c.71]

Препараты олигомерных ферментов, связанных с матрицей через одну из субъединиц, могут быть использованы для получения иммобилизованных форм ферментов разной степени олигомерности. Сравнение каталитических свойств этих форм и их стабильности позволяет сделать выводы о роли четвертичной структуры в функционировании ферментов-олигомеров. Диссоциация олигомерного иммобилизованного фермента может быть индуцирована специфическими воздействиями (например, диссоциация иммобилизованной глицеральдегид-З-фосфат-дегидрогеназы из дрожжей на димеры) или обработкой денатурирующими реагентами (например, мочевиной). [c.300]

Аналогично тому как аминокислоты, сахара и нуклеотиды служат строительными блоками для белков, полисахаридов и нуклеиновых кислот, так и сами эти макромолекулы в свою очередь являются единицами, из которых собираются более сложные структуры. Волокна, мик-ротрубочки, оболочки вирусов и небольшие симметричные группы субъединиц в олигомерных ферментах — все это варианты строго упорядоченной упаковки макромолекул (которую иногда называют четвертичной структурой). Рассмотрим сначала наиболее простой случай агрегации идентичных белковых субъединиц. Известно, что, хотя форма многих белков близка к сферической, тем не менее они не совсем симметричны. На приведенных ниже рисунках это их свойство несколько преувеличено, чтобы более четко проиллюстрировать общие принципы упаковки. [c.270]

Пару субъединиц, которые удерживаются вместе за счет контактов типа ау и связаны осью симметрии второго порядка (рис. 4-9, А), мы буде.м называть изологическим димером. Каждая точка одной субъединицы (например, а) может быть совмещена с такой же точкой другой субъединицы при повороте вокруг оси симметрии на 180°. Точки с я с одной субъединицы (см. рис. 4-9, А) расположены точно напротив соответствующих точек другой субъединицы. В центре структуры, изображенной на рпс. 4-9, А, имеется полость, поэтому группы с я с в действительности нг соприкасаются и основной вклад в связывание между субъединицами вносят парные взаимодействия типа a между группами, удаленными от оси симметрии. Однако реальный -белковый димер может и не иметь такой лолости. Пара идентичных связей в изологи-ческом димере называется обычно одиночной изологической связью. Такого рода связь включает парные взаимодействия между комплемен-тарны.ми группами (а/) и образуется за счет наличия пар идентичных групп, расположенных вдоль оси. Изологическое связывание играет исключительно большую роль в олигомерных ферментах, причем высказывалось даже предположение, что оно возникло на самых ранних стадиях эволюции ферментов. Вполне возможно, что сначала практически никакой комплементарности между взаимодействующими субъединицами не существовало и они соединялись за счет неапецифических взаимодействий в результате контактирования двух гидрофобных участков [42], однако в дальнейшем эволюция привела к появлению более специфических парных взаимодействий. [c.279]

Допустим, что график зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата указывает на то, что имеет м.есто отрицательная кооперативность. Можно ли объяснить ее наличие на основе. модели Моно, Уаймена и Шанжё для олигомерных ферментов и на основе модели Кошланда, Немети и Фил-мера Обоснуйте ваш ответ. [c.77]

Глутаматдегидрогеназа животных тканей является одним из наиболее изученных ферментов азотистого обмена. Это олигомерный фермент (мол. масса 312000), состоящий из 6 субъединиц (мол. масса каждой около 52000) и проявляющий свою основную активность только в мультимерной форме. При диссоциации этой молекулы на субъединицы, наступающей легко в присутствии НАДН, ГТФ и некоторых стероидных гормонов, фермент теряет свою главную глутаматдегидрогеназную функцию, но приобретает способность дезаминировать ряд других аминокислот. Это свидетельствует об аллостерической природе глутаматдегидрогеназы, действующей как регуляторный фермент в аминокислотном обмене. [c.434]

РНК-полимераза Е. oli изучена наиболее подробно. Это олигомерный фермент, состоящий из двух одинаковых а-субъединиц (мол. масса 36000), двух разных ( j и Р,)-субъединиц (мол. масса соответственно 151000 и 155000), (D-субъединицы (мол. масса 11000) и а-субъединицы общая мол. масса фермента около 390000. Считают, что функция а-субъединицы (а-фактор)—узнавание определенного участка на матрице ДНК, названного промотором, к которому присоединяется РНК-полимераза. В результате образуется так называемый открытый комплекс фермента с ДНК двухцепочечная структура ДНК раскрывается ( плавится ). Далее на одной из нитей ДНК, как на матрице, синтезируется мРНК синтез заканчивается в определенной точке в конце гена или прерывается под действием особых белков. Другим субъединицам фермента приписывают функцию инициации биосинтеза РНК (а-субъединицам) и основную каталитическую функцию (связывание субстратов и элонгация синтеза) — -субъединицам. Кроме того, открыт ряд белков, принимающих участие в механизме синтеза РНК в клетке. В частности, исследуется природа репрессорных белков и белка-терминатора (р-фактора). Последний обладает способностью обратимо связываться с терминирующими участками ДНК (так называемые стоп-сигналы транскрипции), выключая действие РНК-иолимеразы. При отсутствии этого белка образуются исключительно длинные цепи РНК. [c.489]

Регуляторные ферменты, имеющие четвертичную структуру, содержат несколько активных и аллостерических центров. Связывание специфического субстрата на одном из активных центров или связывание эффектора на одном из аллостерических центров вызывает существенные кон-формацнонные изменения и связанные с ними изменения свойств остальных активных и аллостерических центров. Для регуляторных ферментов характерна олигомерная структура, т. е. наличие нескольких субъединиц [29]. В каждый активный центр таких ферментов входят функциональные группы от нескольких субъединиц, поэтому изменение агрегатного состояния фермента влияет на активность ферментов при диссоциации олигомерного фермента на мономеры происходит его инактивация. [c.436]

Этот комплекс не переваривается в пищеварительном тракте, что ведет к развитию авитаминоза Н. Молекула биотина состоит из имида-золового и тиофенового колец, являющихся гетероциклической частью молекулы, а боковая цепь представлена валериановой кислотой. Биотин — компонент специфических олигомерных ферментов, которые катализируют реакции карбоксилирования. Карбоксилатный ион присоединяется к азоту молекулы в положении 1 биотина при образовании холофермента (карбокси-биотин-фермент). Этот этап требует участия НСО , АТФ, Мя + и ацетил-КоА, который является при этом аллостерическим эффектором. Активная карбоксильная группа затем переносится на субстрат реакции. [c.361]

Предметом данного обзора является теоретический анализ проблем происхождения, организации и функционирования надмолекулярных биоструктур. В контексте монографии тер-1ЙИНОМ надмолекулярные биоструктуры мы называем комп- Лексы биологических макромолекул — белков, нуклеиновых кис- Лот, полисахаридов, липидов, имеющие упорядоченную надмо- лекулярную организацию и обладающие функциональной активностью. Примерами надмолекулярных биоструктур являются олигомерные ферменты, биомембраны, мультиферментные комплексы, нуклеопротеиды, микротрубочки и т. д. [c.7]

На основе сочетания нашего подхода с теорией ЭОКС оказалось возможным описывать последовательные этапы усложнения надмолекулярных биоструктур (олигомерных ферментов, биомембран, мультиферментных комплексов, метаболонов и так далее) как следствия преодоления развивающимися ЭОКС ряда ограничений среды их существования. При этом одним из механизмов развития каталитических систем, в соответствии с нашим подходом, являются рекомбинация и отбор наиболее активных дуплицированных структур, который и обеспечил возможность достижения ими упорядоченной организации и надежных механизмов функционирования. [c.9]

Вторая часть монографии посвящена применению принципов эволюционного структурно-функционального подхода к конкретным надмолекулярным структурам. В пятой главе предложена модель работы олигомерных ферментов на основе ССИВС, рассмотрены возможные пути становления каталити- [c.9]

Таким образом, в биоструктурах имеются все условия, необходимые для реализации данного механизма переноса энергии. Более того, в ряде структур обнарул-сиваются и следствия данного механизма. В частности, для многих олигомерных ферментов применима модель поочередного функционирования активных центров ( флип-флоп ) [50]. В следующей главе будут приведены многочисленные примеры распространения таких ферментов в составе различных классов. [c.85]

Согласно теории эволюционного катализа (разд. 2.1.), системы, обладающие каталитической активностью, могут эволюционировать, причем с максимальной вероятностью осуществляются те пути эволюции, которые сопровождаются увеличением абсолютной каталитической активности. К числу простейших надмолекулярных биоструктур, обладающих каталитической активностью, относятся ферменты. Как мы видели в гл. 3, наши представления о белках-ферментах сейчас существенно иные, чем лет 30 назад. Главное, что изменилось — это признание того, что большинство ферментов состоит из субъединиц, т. е. являются олигомерными, причем число субъединиц, как правило, четно [100]. Показано также, что многие ферменты могут функционировать по механизму флип-флоп , т. е. попеременной работы активных центров [109]. Все это нельзя не учитывать при решении вопроса о происхождении ферментов и особенностей их организации и функционирования. Эти же факты, как мы увидим далее, дают нам подсказку, как могли возникнуть олигомерные ферменты. Однако для полного понимания происхождения ферментов необходимо знание принципов, заложенных в основу их организации и функционирования, способов формирования новых генераций структур и критериев отбора, которые могли обеспечить совершенствование исходных механизмов катализа. Данная глава, в которой изложено содержание наших работ [11, 12], посвящена анализу этих и ряда связанных с ними проблем, исходя из принципов эволюционного структурнофункционального подхода. [c.101]

В современной литературе вопросам функционирования олигомерных ферментов уделяется большое внимание. Уже в работах Кошланда, на основе концепции конформационной подвижности белков [53], развитой в принцип индуцированного соответствия , предложена модель работы олигомерных ферментов [104]. При этом используется идея о глобальной передаче конформационных изменений путем межсубъединичных взаимодействий. Модель Кошланда и др. основана на следующих постулатах в отсутствие лиганда белок существует в одной конформации лиганд, связываясь с субъединицей белка, вызывает в ней конформационное изменение, которое может передаваться на соседнюю субъединицу. Для описания связывания необходимо вводить столько констант, сколько существует центров связывания. В некоторых случаях это усложняет интерпретацию наблюдаемых экспериментальных данных. Однако, в принципе, аксиоматика этой модели такова, что кинетика практически любых олигомерных ферментов, для которых справедливо допущение о квазиравновесном связывании субстрата , может быть описана на ее основе. В зависимости от количества субъединиц и схемы взаимодействия между ними, модель допускает спектр состояний как лишенных симметрии, так и имеющих симметрию более низкого порядка по сравнению с максимальной, наблюдаемой у свободного фермента. [c.105]

Модель катализа олигомерными ферментами на основе ССИВС становление механизмов и пути их совершенствования [c.109]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология