Аллостерическое различие

Кроме активного центра различают еще два центра субстратный и аллостерический. Под первым понимают участок молекулы фермента, к которому присоединяется субстрат, подвергающийся ферментативному превращению, под вторым — участок молекулы фермента, в результате присоединения к которому того или иного низкомолекулярного вещества изменяется третичная структура белковой молекулы, а следовательно, и конфигурация активного центра, что сопровождается повышением или снижением каталитической активности. [c.116]

Бьшо показано, что многие ферменты, участвующие в клеточном метаболизме, существуют в нескольких молекулярных формах. Все эти формы данного фермента катализируют одну и ту же реакцию, но различаются по активности, а иногда и по чувствительности к аллостерическим модуляторам. Распространение изомерных форм того или иного фермента в различных тканях и органах определяется по меньшей мере четырьмя факторами. К ним относятся [c.266]

Кроме каталитической активности не- которые ферменты обладают также и регуляторной активностью. Они служат как бы дирижерами , задающими темп метаболическим процессам. Некоторые регуляторные ферменты, называемые аллостерическими, регулируют скорость реакций путем обратимого нековалентного присоединения специфических модуляторов, или эффекторов, к регуляторному, или аллостерическому, центру фермента. Такими модуляторами могут быть либо сами субстраты, либо какие-то промежуточные продукты метаболизма. К другому классу относятся регуляторные ферменты, способные изменять свою активность путем ковалентной модификации содержащихся в них специфических функциональных групп, необходимых для активности фермента. Некоторые ферменты существуют в нескольких формах, называемых изоферментами, которые различаются по своим кинетическим характеристикам. Многие генетические заболевания человека обусловлены нарушением в результате мутаций функционирования одного или нескольких ферментов. [c.268]

Другие условия создаются в результате взаимодействия различных соединений с активным центром фермента. Здесь можно различить две группы соединений. Во-первых, соединения, которые специфически взаимодействуют с активным центром фермента в силу стерического соответствия. Сюда относятся участники ферментной реакции субстраты, коферменты, промежуточные акцепторы и доноры, а также соединения, которые конкурируют с участниками реакции в силу стерического сходства с ними за активный центр фермента. Во-вторых, соединения, которые специфически взаимодействуют с ферментом, но не участвуют химически в катализируемой ферментом реакции и не имеют стерического сходства с ее участниками. Ко второй группе относятся конечные продукты действия ряда ферментных систем, и их взаимодействие с ферментами обозначается как аллостерическое. [c.240]

Со структурно-химической точки зрения различают три типа ингибиторов — конкурентные ингибиторы, присоединяющиеся к активному центру, аллостерические ингибиторы, присоединяющиеся к некоторым точкам поверхности белка вне активного центра, и аллостерические эффекторы широкого профиля — деформирующие структуру глобулы фермента в целом, воздействуя на большую часть ее поверхности. К последнему случаю, например, относится изменение активности фермента (как дезактивация, так и активация) при адсорбции на биомембране или при контакте с другими белками. Кроме того, даже конкурентные ингибиторы по структурному признаку можно разделить на два типа — взаимодействующие с адсорбционным центром и взаимодействующие главным образом с каталитическими группами. [c.70]

Подавление брожения в аэробных условиях носит название эффекта Пастера. Он связан, видимо, с различием энергетического заряда клеток в аэробных и анаэробных условиях. Дыхательная система и субстратное фосфорилирование конкурируют за АДФ. Кроме того, значение имеет аллостерическая регуляция фосфофруктокиназы. Фермент ингибируется АТФ и активируется АМФ. В анаэробных условиях содержание АТФ низкое, а активность фермента высока, в аэробных — отношение АТФ АМФ повышается и активность фосфофруктокиназы снижается. Известно также, что аллостерическим ингибитором фосфофруктокиназы является цитрат — промежуточный продукт ЦТК- [c.419]

Итак, при аллостерической регуляции активность фермента изменяется в результате конформационных изменений его структуры, индуцированных присоединением небольшой молекулы эффектора. Этот переход аллостерического фермента из одного состояния в другое не сопровождается образованием ковалентной химической связи. В последние годы стало известно о важной роли еще одного способа регуляции метаболизма изменения активности ферментов в результате ковалентной модификации их структуры. В некоторых случаях активная и неактивная формы фермента различаются числом содержащихся в них аминокислотных остатков. Переход из одной формы в другую осуществляется в результате ограниченного протеолиза. Это высокоспецифический необратимый процесс, который может инициировать физиологическую функцию путем превращения белка-предшественника в его активную форму. С другой стороны, ограниченный протеолиз может служить механизмом, обеспечивающим прекращение какой-либо биологической активности. [c.13]

Аллостерическая регуляция свойственна многим ферментам. Согласно теории Моно и соавторов, давших математическое описание этих процессов, аллостерические белки состоят из двух или более протомеров (субъединиц, строго симметрично связанных между собой нековалентными связями). Протомеры могут пред-существовать в двух дискретных состояниях А и В, между которыми наблюдается равновесие. Состояния А и В обладают разным сродством к лигандам, поэтому введение в систему определенного лиганда приведет его к связыванию с тем протомером, который находится в состоянии большего сродства к данному лиганду. Вследствие связывания лиганда равновесие между состояниями А п В будет сдвигаться, что и явится источником кооперативного перехода к системе (рис. 4). Если состояния А я Б различаются по сродству к субстрату или по скорости катализа, то сдвиг равновесия, происходящий под действием лиганда, приведет либо к ускорению, либо к замедлению каталитического процесса. [c.17]

Кроме каталитического центра, образованного сочетанием аминокислотных радикалов или присоединением кофермента, у ферментов различают еще два центра субстратный и аллостерический (см. ниже, рис. 51). [c.99]

Прежде чем перейти к вопросу о распределении лекарств в клетке, мы должны рассмотреть, каким образом клетка контролирует изменения конформации аллостерических белков. Предположим, что аллостерический белок способен принимать две альтернативные конформации — неактивную низкоэнергетическую К и активную высокоэнергетическую К, энергии которых различаются на 4,3 ккал/моль (что приблизительно соответствует энергии образования на поверхности белка четырех водородных связей). При такой разнице энергий вероятность конформации К будет в 1000 раз превышать вероятность конформации К (табл. 3.4) и белок почти всегда будет находи ься в неактивной конформации [c.125]

Ряд реакций общего пути катаболизма зависит от концентрации адениловых нуклеотидов — АТФ, АДФ и АМФ. Суммарная концентрация адениловых нуклеотидов в клетке постоянна, но относительные концентрации могут изменяться вследствие их взаимопревращений. Во многих клетках концентрации АТФ, АДФ и АМФ относятся примерно как 100 10 1 (однако отметим, что это приближенная оценка, в клетках разных типов различия могут быть заметными). Отсюда следует, что небольшие изменения концентрации АТФ могут приводить к значительным изменениям концентрации АДФ и АМФ. Например, если Ую часть всей АТФ превратится в АДФ, то концентрация АДФ увеличится в 2 раза. Это имеет существенное значение, поскольку изменения активности аллостерических ферментов зависят не от абсолютной концентрации эффекторов, а от амплитуды изменения концентрации. [c.243]

Гемоглобин-аллостерический белок, миоглобин таковым не является. Это различие выражается тремя путями [c.69]

Глюкоза является аллостерическим ингибитором фосфорилазы а. Следовательно, кристаллы, растущие в ее присутствии, находятся в Т-сос-тоянии. Добавление глюкозо-1-фосфата, субстрата фосфорилазы, сдвигае равновесие R T в сторону Я-состояния. Конформационные различия между этими состояниями достаточно велики, что может обусловить разрушение кристаллов, если они не стабилизированы перекрестными химическими связями. Разрушение [c.300]

Для аллостерических ферментов соотношения между концентрацией субстрата и скоростью реакции отличаются от соотношений, отвечающих классическому уравнению Михаэлиса-Ментен, причем характер этих различий зависит от того, подчиняется ли фермент действию ингибирующего или активирующего модулятора. У аллостерических ферментов так же, как и у нерегуляторных ферментов, наблюдается насьпцение субстратом, когда последний присутствует в достаточно больших концентрациях, однако график зависимости начальной скорости реакции от концентрации субстрата для некоторых аллостерических ферментов представляет собой сигмоидную кривую, а не классическую гиперболу, характерную для нерегуляторных ферментов (рис. 9-21). Хотя на сигмоидной кривой насьпцения субстратом для аллостерических ферментов мы можем найти точку, в которой скорость реакции равна половине ее максимальной скорости, эта точка не соответствует величине Км, поскольку поведение аллостерических ферментов не описывается гиперболической зависимостью, вытекающей из уравнения Михаэлиса-Ментен. В данном случае вместо символа Км используют символы [8]о 5 и Ко обозначающие концентрацию субстрата, при которой скорость реакции, катализируемой аллостерическим ферментом, равна половине ее максимальной скорости. [c.260]

У разных организмов и в разных тканях гексокиназа представлена различными изоформами (разд. 9.23). Хотя все эти изоформы катализируют одну и ту же реакцию (рис. 15-3), они различаются между собой по своим кинетическим свойствам. Гексокиназа мышечных клеток характеризуется, например, низкой величиной Км для глюкозы (около ОД мМ), поэтому она фосфорилирует глюкозу крови (4-5 мМ). с максимальной скоростью. Мышечная гексокиназа резко ингибируется продуктом катализируемой ею реакции-глюкозо-6-фосфатом. Это обстоятельство наряду с некоторыми другими данными позволило сделать вывод, что гексокиназа вьшолняет в мышцах функцию регуляторного фермента. Глюкозо-6-фосфат является при этом одновременно и продуктом реакции, и аллостерическим ингибитором. Когда концентрация глюкозо-6-фосфата в клетке поднимается выше нормального уровня, он временно и обратимо ингибирует гексокиназу, так что скорость его образования приводится в соответствие со скоростью утилизации. [c.447]

К представлению о том, что молекулы субстрата и молекулы регуляторных метаболитов связываются с раздельными (а не с перекрывающимися) центрами фермента, привело часто наблюдаемое различие химического строения специфических субстратов и специфических эффекторов (отсюда, кстати сказать, произошел термин аллостерический эффектор). Герхарт и Парди [4] использовали эту концепцию при исследовании аспартат-транскарбамилазы, для которой отрицательным эффек- [c.239]

Обратимую ассоциацию гемоглобина с молекулярным кислородом можно рассматривать как особый случай взаимодействия фермент — субстрат, которое характеризуется особенно хорошо изученным аллостерическим эффектом. Молекула гемоглобина [947а] является ассоциатом, состоящим из четырех субъединиц (раздел Б-3), каждая из которых содержит группу гема, в которой ион железа координируется с четырьмя атомами азота иротопорфирина. Пятая координационная связь образуется между железом и имидазольной группой остатка гистидина в белке, а шестая связь может образоваться с водой или с кислородом. Хотя данные кристаллографического анализа показывают, что группы гема, несомые четырьмя субъединицами, расположены довольно далеко друг от друга [948], их сродство к кислороду проявляет ярко выраженный кооперативный эффект, на который указывает ст-образная форма зависимости степени насыщения гемоглобина кислородом от давления кислорода (рис. 125). Детальный анализ равновесия кислород — гемоглобин в одинаковых условиях показывает, что присоединение кислорода тремя группами гема повышает сродство к кислороду четвертого гема примерно в 300 раз [949]. Это явление можно объяснить конформационным превращением гемоглобина, сопровождающим присоединение кислорода группами гема. На такое превращение указывает ряд характерных различий в физикохимическом [c.329]

Различают гетеротропные и гомотропные аллостерические эффекторы (ингибиторы и активаторы). Гетеротропные эффекторы отличаются по своей химической структуре от субстрата, примером чему может служить УТФ как аллостерический ингибитор карбомоилфосфатсинтетазы II. Гомо-тропная аллостерическая регуляция осуществляется самим субстратом присоединение субстрата к одному протомеру фермента изменяет конформацию всего белка, при этом может изменяться и активность других протомеров. [c.120]

Конформационные изменения в полипептидной цепи глобина при взаимодействии с кислородом вызывают различия в пространственной организации гемоглобина и его окси-формы. Четвертичная структура гемоглобина обозначается как Т-форма (от англ. tense — напряженная), тогда как четвертичная структура оксигемоглобина — как -форма (от англ. relaxed — релаксированная). Обозначения Т и R обычно используются при описании четвертичных структур аллостерических белков, причем Т-фор-ма всегда имеет меньшее сродство к субстрату. Схематично различия между пространственными структурами Т- и R-форм гемоглобина представлены на рис. 5.12. [c.214]

Появление вторичных изоферментов (группы 4—6 в табл. 12.4) может быть обусловлено рядом причин. Они образуются в результате модификации одиночной полипептидной цепи, причем эта модификация может иметь, а может и не иметь биологическое значение. Например, свойства нескольких ферментов, участвующих в обмене гликогена, зависят от того, в каком состоянии они находятся, фосфорилированном или де-фосфорилированном [818]. В результате гликоген-фосфорилаза,, киназа фосфорилазы и гликоген-синтаза существуют по крайней мере в двух формах — фосфорилированной и дефосфорили-рованной — и различаются по каталитической активности и свойствам эти группы ферментов должны быть включены в группу 4а. Ферменты, которые могут находиться в разных конформациях, например в результате аллостерических превращений, должны быть отнесены к группе 6, хотя специфика этих взаимопревращений и легкость, с какой они происходят, крайне затрудняет разделение таких форм. Конформационные изменения, по-видимому, совершенно необходимы для функционирования большинства ферментов они участвуют в осуществлении каталитического и регуляторного действия, но предположение о том, что ферменты могут находиться в более чем одной стабильной конформации, не связанной с катализом, не получило особого признания. Изоферменты этого типа, так называемые конформеры , пытались обнаружить с помощью метода обратимой денатурации [1273], и обычно эти попытки оказывались безуспешными. Тем не менее можно привести пример фермента такого рода — это кислая фосфатаза эритроцитов [1790]. [c.113]

В основе индукции синтеза ферментов лактозного оперона л ежит механизм негативной регуляции исходно репрессор запрещает транскрипцию генов лактозного оперона индукция. заключается в инактиви-ровании репрессора аллостерическим эф,фектором —индуктором. Таким образом, И В случае индукции путем негативной регуляции, и в случае репрессии синтеза ферментов взаимодействие репрессора с оператором лр.иводит к подавлению процесса транскрипции соответствующих структурных генов. Различие заключается в том, что при индукции путем негативной. регуляции эффектор (индукто р), взаимодействуя с репрессором, понижает сродство последнего к оператору, а в случае репрессии эффектор (корепрессор) пО(В ы.шает это сродство. [c.121]

Хорошей иллюстрацией важности наличия четвертичной структуры у регуляторных ферментов служат данные Weitz-тап по цитрат-синтетазе, представляющей собой ключевой фермент цикла трикарбоновых кислот [29]. Оказалось, что цитрат-синтетазы из различных источников различаются по молекулярным весам (например, молекулярный вес фермента из Асте1оЬас1ег составляет около 250 000, а фермента из сердца свиньи — около 80000), и чувствительностью к аллостерическому ингибитору — НАДН обладают лишь цитрат-синтетазы с большим молекулярным весом. [c.95]

Однако теория Стэферсона не объясняла колоколообразных зависимостей биологического ответа клеток от концентрации добавленного лиганда, а также различий в действии антагонистов и агонистов. Поэтому для объяснения разницы в механизмах действия агонистов и антагонистов в 1961 г. У. Патон и в 1967 г. А. Карлин предлагают теории, которые в настоящее время принято называть скоростной и аллостерической. [c.355]

Каждая дискретная конформация аллостерического белка имеет несколько отличную от других поверхность, поэтому разные конформации одного белка различаются по способности связываться с другими молекулами. Часто лишь одна из двух конформаций имеет высокое сродство к конкретному лиганду. В этом случае наличие или отсутствие лиганда определяет [финимаемую белком конформацию (рис. 3.14) [c.123]