Эволюционно совершенный фермент

Эволюционно совершенный фермент [c.310]

Для этого сформулируем эволюционные задачи, из которых следует необходимость высоко совершенных ферментов учтем физические и химические свойства материалов, образующие био- [c.65]

Что значит сделать возможным новый маршрут Это значит обеспечить прохождение процесса через ряд новых промежуточных реакций. Новые промежуточные стадии не осуществляются без катализатора, и поэтому соответственные промежуточные вещества (состояния) нестабильны вне комплекса с катализатором. Отсюда следует весьма важный вывод — сколько-нибудь совершенный катализ возможен лишь при условии непрерывного комплексообразования реагирующих веществ с катализатором (ферментом). Это значит, что в пределе ни на одной из промежуточных стадий катализируемого процесса промежуточные вещества не должны выходить из комплекса с ферментом. Отсюда формулируется первое условие в техническом задании на эволюционное изготовление ферментов. Молекулы ферментов должны образовывать комплексы с исходными веществами и всеми промежуточными формами реагирующих веществ. Для появления комплексов с последовательно возникающими промежуточными веществами в катализируемом процессе макромолекула белка-фермента должна обладать способностью к последовательному изменению своей конформации. Конформационная лабильность служит условием последовательного изменения реакционного клубка , т. е. образования в активном центре необходимого очередного сочетания химически активных боковых радикалов определенных аминокислот. Так и обеспечивается осуществление особо быстро проходимого маршрута в присутствии фермента. [c.67]

В мою задачу не входит детальное описание биохимических механизмов синтеза белка в ныне живущих организмах. Это прекрасно сделано в ряде оригинальных книг. Мне важно подчеркнуть физико-химическую детерминированность эволюционного возникновения связи, корреляции синтезов полинуклеотидов и полипептидов, а также основных механизмов этих синтезов. Естественный отбор в планетных условиях рано или поздно с неизбежностью должен привести к формированию предельно совершенного механизма синтеза белка и нуклеиновых кислот, аналогичного механизму, работающему в системе рибосома — ферменты. [c.55]

Рассмотрим поэтому, пользуясь, как и раньше, методом анализа предельно совершенного этапа эволюции, общие свойства ферментов. При этом мы будем иметь в виду множество книг и обзоров, посвященных частным и общим вопросам ферментативного катализа [25, 29, 54, 56, 89, 90, 116, 176, 223, 238, 297, 302, 329, 395, 405, 436, 445]. Наш эволюционно-дедуктивный подход может способствовать выявлению нерешенных вопросов. [c.65]

На примере гликолитических ферментов Э. Фёршт показывает, что эволюция ферментов происходила в сторону увеличения отношения кса /Км. (для эволюционно совершенного фермента оно составляет 10 — 10 М -с ) и достижения такого значения /См, которое численно превышает физиологическую концентрацию субстрата. Исключение составляют аллостерические ферменты, занимающие ключевые позиции в метаболических путях и выполняющие важные функции в регуляции скорости процессов метаболизма. Таким образом, анализ каталитической эффективности ферментов следует проводить дифференцированно, с учетом функций, выполняемых ими в живой клетке. [c.5]

Чтобы найти критерий для определения эволюционного совершенства фермента, обеспечивающего максимально возможную скорость реакции, можно опять рассмотреть две умозрительные стадии, о которых шла речь в разд. Б. 1.6 данной главы, т. е. стадию максимизации ксз11Км. и стадию увеличения Км до значений, превышающих концентрацию 5. Напомним (гл. 3), что максимальное значение кш1Км. представляет собой определяемую диффузией константу скорости столкновений фермента и субстрата и что эта величина равна 10 —10 М- с , т. е. эволюционно совершенный фермент должен иметь кса11Км. Ю — 10 М- с- и Кт >[5]. Анализ значений ксл Кш и соотношения между Кш и концентрацией субстрата показывает, что эволюционно совершенными в отношении максимизации скорости реакции являются карбоангидраза и триозофосфатизомераза в со- [c.310]

Эта изменчивость в центрах связывания субстрата дает возможность полагать, что семейство сериновых протеиназ возникло в процессе эволюции от общего предка и относительно недавно. Структурную близость, обнаруженную в ряде ферментов, использующих кофермент никотинамидадениндинуклеотид NAD [107] (см. гл. 24.3), объясняют гораздо более далекими и древними эволюционными взаимоотношениями. В некоторых случаях такие ферменты, включая лактат-, малат- и глицеральдегид-З-фосфат-дегидрогеназы, имеют очень близкие трехмерные структуры в участках связывания кофермента, в то время как другие участки структуры совершенно различны. Этот участок связывания динуклеотида присутствует в широко варьируемых участках первичной структуры этих ферментов и состоит из двух очень близких звеньев связывания мононуклеотида, одно из которых специфично к адениновой половине кофермента. Гораздо большее число ферментов катализирует реакции адениновых нуклеотидов, АМР, ADP и АТР (см. гл. 24.3), и можно полагать, что в процессе эволюции более вероятно образование связывающего звена для АМР, а не обычного участка связывания динуклеотида . Действительно, имеются данные о существовании такого звена в киназах, и что это звено родственно мононуклеотнд-связывающему звену дегидрогеназ. Отсюда вытекает интригующее предположение о том, что участок связывания нуклеотида во всем множестве существующих ферментов происходит от общего изначального нуклеотид-связывающего белка [107]. [c.515]

А. Это предположение совершенно справедливо. Я отчетливо представляю себе, что между эволюционно-химическими исследованиями и изучением современных организмов имеется, так сказать, двусторонняя связь. Прежде всего, чем больше мы узнаем о процессах, происходящих в клетке на молекулярном уровне, тем легче нам планировать эксперименты, предназначенные для изучения процесса возникиовения клетки. Вы помните, например, что в гл. V мы высказали предположение, согласно которому образование упорядоченных полипептидов на первобытной Земле могло предшествовать появлению упорядоченных полинуклеотидов. По этой модели информация, заключенная в упорядоченных полипептидах, могла затем использоваться для образования упорядоченных нуклеотидных последовательностей (или каким-либо образом влиять на этот процесс). Однако попытка продемонстрировать наличие такого рода взаимоотношений в экспе-римепте окончилась неудачей. Живая клетка не способна непосредственно использовать информацию РНК-посредника для построения аминокислотных последовательностей в новых белках (эта информация переносится через ряд промежуточных стадий с участием ферментов) в связи с этим вполне возможно, что и при развитии примитивных биодинамических функций в процессы взаимодействия м жду полипептидами и полинуклеотидами был вовлечен какой-то дополнительныйфактор. Наша работа в области изучения проблем химической эволюции и примитивного метаболизма непосредственно зависит от выяснения того, каким образом клетка выполняет свои функции. Только тогда, когда выяснится, как клетка выполняет свои многообразные функции, мы сможем планировать эксперимен гы, целью которых будет выяснение того, как эти явления могли развиться из простых реакций, протекавших в протоклетках. [c.319]

Мне хочется еще раз подчеркнуть автоматический , циклический , характер эволюционного совершенствования после преодоления первого кризиса ферменты, образующиеся в соответствии с нуклеотидным текстом, возникающим в результате отбора мутаций, будут тем совершеннее, чем совершеннее сам текст . В понятие совершенства текста входит качество инструкций о механизме его перевода на аминокислотный язык, и, следовательно, о свойствах синтезируемых ферментов. Получается эффективная система (цикл) положительных обратных связей, приводящая ко все более эффективной, все более быстрой эволюции в направлении все большего кинетического совершенства конвариантно размножающихся матричных полимерных систем [c.55]

Совершенно ясно, что морфологические задачи возникают в дальнейшем и в связи с другими эволюционными проблемами. Однако именно вследствие необходимости преодоления диффузионных ограничений должны выработаться все основные морфогенные механизмы. Понятно, что естественный отбор наиболее совершенных геометрических форм организмов может осуществляться лишь при наследственном закреплении сведений о наиболее удачных морфологических конструкциях. Следовательно, в матричных текстах должны быть записаны не только сведения о строении (свойствах) ферментов, структурных белков, биодетергентов и т. д., но и инструкции для построения данных морфологических, геометрических конструкций, форм. Способ кодирования все тот же —посредством определенной последовательности нуклеотидов в полинуклеотидной цепи. Проблема перевода нуклеотидного текста в пространственное взаиморасположение частей организма, его морфологию—центральная проблема современной биологии. Однако прежде чем перейти к этой увлекательной проблеме, нужно все же сказать, что морфологический прогресс — не единственный способ преодоления диффузионных ограничений. И даже не лучший. Значительно большим эволюционным потенциалом характеризуется совершенствование путем создания аппаратов активного перемещения в пространстве. Этим направлением мы займемся в следующей главе, а сейчас продолжим рассмотрение проблем морфогенеза . [c.143]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология