Ферменты связывание, теория

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]

В реальных системах ни субстрат, ни фермент не являются жесткими молекулами. Поэтому при связывании претерпевают конформационные изменения, как правило, молекулы обоих реагентов, о означает, что провести четкую грань между различными механизмами катализа (рис. 17, II и III) не представляется возможным. Более того, даже обычный механизм ориентации реагирующих групп (см. 3 этой главы) в ряде случаев можно трактовать как создание некоторых напряжений в структуре молекул реагентов. Поэтому, чтобы не дать себя дезориентировать изобилием предложенных теорий и механизмов (а также поправок и уточнений к ним), важно помнить, что отличие между ними состоит лишь в используемых терминах (таких как принудительная ориентация, индуцированное соответствие, механизм дыбы , щелевой эффект и т. п.) и некоторых частных предпосылках о строении активного центра. Термодинамическая же сущность всех этих теорий одна потенциальная свободная энергия связывания (сорбции) субстрата на ферменте тратится на понижение барьера свободной энергии активации последующей химической реакции. [c.60]

Теория индуцированного соответствия [108—ПО] предполагает, что подобные конформационные изменения, происходящие при связывании субстрата ферментом, могут играть важную роль в катализе. Последнее может иметь место, если конформационные изменения, индуцированные связыванием субстрата, влияют на относительную геометрию каталитических групп активного центра, подобно описанному выще случаю с карбоксипептидазой. Поскольку ясно, что каталитические группы в реагирующем фер-мент-субстратном комплексе должны находиться в оптимальных положениях, то в указанных выше случаях в нативных ферментах эти положения не оптимальны. Те же рассуждения приЛо-жимы и к геометрии связывающего центра, который в процессе связывания также должен подстраиваться для наилучшего соответствия субстрату. [c.516]

Естественная физическая идея состоит в предположении о способности глобулы служить неким энергетическим резервуаром. Энергия теплового движения или энергия, приобретенная глобулой при сорбции субстрата, конвертируется в энергию ФСК, в результате чего происходит эффективное понижение энергии активации. Неполная упорядоченность глобулы и малые различия в свободных энергиях упорядоченного и неупорядоченного состояний (порядка 1 ккал/моль) означают наличие конформационных флуктуаций [104, 105]. Косвенные свидетельства в пользу таких флуктуаций состоят в заметном дейтеро-обмене с водородами пептидных связей —СО—NH— при температурах, значительно меньших температуры денатурации белка, при которой водородные связи рвутся [104]. О том же говорит повышенная жесткость ФСК по сравнению со свободным ферментом— ФСК труднее расщепляется трипсином [105—107]. По-видимому, связывание субстрата уменьшает конформационную подвижность глобулы. Наличие значительных флуктуаций следует также из общей феноменологической теории полимерной глобулы, развитой Лифшицем (см. стр. 143, 236). [c.400]

Согласно теории МУШ (см. стр. 457) аллостерический фермент характеризуется тремя параметрами — константами связывания лиганда в и Г-состояниях и параметром, описывающим конформационный переход Соответственно система дол- [c.477]

Зачастую зависимость доза — ответ описывается не гиперболой, а сигмоидальной кривой. В основе теории занятости лежит простой закон действующих масс. При сигмоидальной кривой он, очевидно, не приложим, и следует искать более сложные зависимости между связыванием лиганда и биологическим действием. Первоначально для объяснения была предложена теория свободных рецепторов, которые, как предполагалось, работают только при высокой концентрации лиганда. Однако более многообещающей кажется здесь опять аналогия с фермент-субстратным взаимодействием, на этот раз — с аллостерическими ферментами. [c.247]

СП < п] незначительные изменения или отсутствие таковых для кинетических параметров, если СП > п возможность непродуктивного связывания с ферментом субстратов с СП < п. Теория позволяет связать специфичность действия фермента и структуру его активного центра в данном случае важную роль играет число сайтов и расположение каталитического участка активного центра относительно сайтов, обеспечивающих фермент-субстратное взаимодействие. [c.61]

Появление теории индуцированного соответствия было вызвано необходимостью объяснить некоторые факты, которые не удавалось согласовать с гипотезой ключа и замка. Известно, например, что в определенных ферментативных реакциях часть субстрата переносится на спирт, но не переносится па воду. Согласно гипотезе ключа и замка, следовало бы ожидать, что в отсутствие спирта будет протекать реакция с водой, так как в активном центре почти несомненно должна присутствовать вода (из-за ее высокой концентрации в водных растворах). Поскольку в действительности реакции с водой не наблюдается, можно думать, что спирт, связываясь в активном центре, вызывает какое-то изменение геометрии этого последнего, т. е. его переход в каталитически активную конформацию. Химические данные также указывают на изменение конформации фермента при связывании субстрата. [c.200]

Объяснить этот парадокс смогла теория аллостерической регуляции, которая сейчас быстро развивается. Возможна и изо-стерическая регуляция ферментов, когда на их активность влияют вещества, так или иначе действующие на активный центр и обладающие стерическим сходством с участниками реакции. Название аллостерическая регуляция говорит о том, что влияние на фермент осуществляется молекулами, которые пространственно геометрически с ним не сходны. Согласно этой теории сигнал и субстрат способны соединяться с различными центрами связывания на поверхности фермента сигнал реализуется через взаимодействие этих центров. Разнообразные опыты, проведенные на многих ферментах, убедительно подтвердили, что молекулы сигналов и молекулы субстратов соединяются с разными участками на поверхности частицы ферментного белка субстрат — с каталитическим (активным) центром, а сигнал — со специальным алло-стерическим. [c.91]

Таким образом, теория предсказывает, а эксперимент, поставленный независимо, как будто бы подтверждает, что трудность построения синтетических сополимеров с фиксированной третичной структурой, воспроизводящейся от глобулы к глобуле во всяком случае в достаточно протяженных ее областях, принципиально преодолима путем самонастройки макромолекул с переменной первичной структурой. Обосновав эту возможность, мы делаем еще один шаг в обосновании самой возможности создания искусственного фермента. Для решения задачи необходимо прежде всего синтезировать сополимер с узким молекулярно-весовым распределением, растворимый в проектируемой реакционной среде и звенья которого содержат в качестве боковых групп фрагменты будущего активного центра (например, нуклеофилы, радикалы, способные к гидрофобному связыванию субстрата, и т. п.). Некоторые из этих фрагментов должны обладать достаточно высоким сродством друг к другу, чтобы в подходящих условиях вызывать конформационное превращение клубок—глобула. Кроме того, они должны обладать способностью в не слишком жестких условиях обмениваться местами на макромолекуле (например, в результате внутримолекулярной переэтерификации, переамидирования и т. п.). Тогда при синтезе сополимера (если синтез ведется путем обратимого полимераналогичного превращения) или при его последующей обработке в подходящих условиях будет происходить миграция боковых групп от звена к звену до тех пор, пока при данном составе последовательность их расположения в макромолекуле заданной длины не окажется оптимальной для существования компактной третичной структуры, которой соответствует минимальная свободная энергия системы. [c.295]

В связи с проведенным анализом могут возникнуть несколько вопросов. Во-первых, измеряемая энтальпия связывания относится к субстрату, в то время как интересно знать эту величину для активированного комплекса. Они могут различаться, причем предполагают даже, что вторая из них больше [12], хотя эта величина, по-видимому, сравнима с энтальпией связывания для субстрата. Во-вторых, можно возразить, что как субстрат, так и активированный комплекс связаны, и поэтому связывание не влияет на различие в энергиях между ними. Однако фермент обычно присутствует только в каталитических количествах. Следовательно, истинными исходными веществами для любой реакции являются свободные субстрат и фермент, а не их комплекс ФС (когда концентрации таковы, что фермент в- незначительной степени связывается в комплекс как исходными веществами, так и продуктами). Теория переходного состояния обладает тем большим преимуществом, что основное внимание в ней сосредоточено на различии между энергиями исходных веществ и активированного комплекса. Очевидно, что различные промежуточные вещества, образующиеся между ними, не принимаются во внимание. В этом смысле факт образования комплекса фермент-субстрат, который представляет собой промежуточное соединение, не имеет значения. Однако представляет интерес то, что природа связи в активированном комплексе, возможно, аналогична природе связи фермент-субстрат. [c.79]

В настоящий том вошли все основные труды А. Н. Баха в области химии и биохимии. Первая часть включает обзорные и сводные статьи, в которых А. Н. Бахом освещались определенные этапы развития исследуемых им проблем и подводились итоги отдельных циклов его работ. Вторая часть содержит экспериментальные работы по химии и биохимии, напечатанные эа время с 1893 по 1936 гг. Статьи распределены по двум разделам 1) ассимиляция углекислоты и связывание азота, 2) теория окисления. Третья часть, включающая экспериментальные работы по биохимии, опубликованные с 1902 по 1938 г., содержит три раздела 1) окислительные процессы в живых организмах, 2) окислительно-восстановитель-ные процессы в живых организмах и 3) количественные показатели ферментов. [c.656]

Проблему механизма ферментативного действия обычно делят на две части, рассматривая отдельно специфичность и ускорение реакции. Обсуждение специфичности основывают, как правило, на теории замка и ключа , причем трудно бывает сказать больше того, что следует из предполагаемой в этой теории структурной комплементарности субстрата и активного центра фермента. Однако специфичность является даже более характерным свойством ферментов (по сравнению с другими катализаторами), чем ускорение каталитической реакции, и придется еще возвращаться к тому, что эти два свойства часто взаимозависимы и неразделимы. Это положение очевидно, если рассматривать разбавленные растворы субстратов, когда молекулы субстрата в результате специфического связывания концентрируются на активном центре фермента, чтобы мог осуществиться каталитический процесс. Связь между этими свойствами ферментативного механизма стано- [c.12]

По теории индуцированного соответствия, выдвинутой Кошландом [9, 10], каталитические группы активного центра свободного фермента не находятся в том положении, в котором они осуш,ествляют эффективный катализ. Когда хороший субстрат связывается с ферментом, силы связывания между ферментом и субстратом используются для создания в ферменте энергетически менее предпочтительной, но каталитически активной конформации (рис. 3). Плохой субстрат будет связываться с активным центром, однако [c.229]

В соответствии с теорией напряжения или деформации связывающие силы между субстратом и ферментом непосредственно используются для создания напряжения или деформации, которые облегчают реакцию. Если активный центр фермента жесткий, то, чтобы субстрат мог связаться с ним, он должен претерпеть деформацию таким образом, чтобы его структура максимально приблизилась к структуре переходного состояния реакции энергия связывания является источником тех сил, которые позволяют субстратам связываться в искаженной конфигурации. Все это представлено на схеме (6), в которой 8 — нормальный субстрат, 8 — искаженный субстрат, а Е — фермент, способный связывать только искаженный субстрат. [c.232]

Другой группой подходов к проблеме ферментативного катализа являются представления об активной роли фермента в каталитическом процессе. Согласно Кошланду [102, 103], субстрат индуцирует в ферменте такие конформационные изменения, которые приводят к образованию структурного соответствия фермента и субстрата ( теория индуцированного соответствия ). Связывание субстрата и определенная ориентация перестраиваемых электронных оболочек приводит к снижению энергетического барьера реакции в фермент-субстратном комплексе. [c.102]

Эта теория особенно привлекательна для объяснения отсутствия ферментативной активности с небольшими субстратами, такими, как вода, в которых нет групп, способных обеспечить связывание и энергию, необходимые для приведения фермента в активную конформацию. Однако остается по-прежнему непонятным, как этот механизм может приводить к таким большим различиям в скоростях, которые наблюдаются на опыте. Так, для объяснения различия в 5.10 в раз между водой и глюкозой в реакциях гексокипазы необходимо, чтобы концентрация активного фермента Е в отсутствие специфически индуцирующих сил составляла бы 5 10" частей неактивного фермента. Связывание глюкозы должно приводить к превращению фермента в активную форму, что требует более 7 ккал (29,3-10 Дж) свободной энергии. Чтобы получить наблюдаемую знергию связывания, эту энергию [c.230]

Как было показано в гл. 8, теория индуцированного соответствия хорошо объясняет некоторые явления, наблюдаемые в случае аллостерических ферментов. Эта теория была предложена ранее для объяснения субстратной специфичности для простых (неаллостерических) ферментов. Предполагается, что в отсутствие субстрата фермент структурно не комплементарен переходному состоянию. Однако, поскольку молекула фермента довольно гибкая, а субстрат имеет жесткую структуру, при образовании фермент-субстратного комплекса каталитические группы на ферменте ориентируются оптимальным для катализа образом это означает, что фермент становится комплементарным переходному состоянию только после связывания субстрата. В классическом варианте концепции деформации считается, что /См возрастает за счет той составляющей энергии связывания, которая отвечает за деформацию субстрата, а в теории индуцированного соответствия — за счет той составляющей энергии связывания, которая отвечает за деформацию фермента. [c.312]

Превращение основного состояния фермепт-субстратного комплекса в переходное ведет к увеличению прочности связывания фермента с субстратом (точнее, измененных или активированных фермента и субстрата) и к уменьшению активационного барьера реакции. При этом в согласии с основными положениями теории переходного состояния уменьшение свободной энергии активации соответствующей стадии ферментативной реакции определяется разницей свободных энергий реального и гипотетического фер-мент-субстратного комплекса. Иначе говоря, во сколько раз напряжения ухудшают возможное связывание субстрата с активным центром, во столько же раз возрастает скорость соответствующей стадии ферментативной реакции ири условии снятия этих напряжений в переходном состоянии на данной стадии [79—82]. Следовательно, если напряжения или деформации, существующие в фермент-субстратиом комплексе, снимаются в переходном состоянии реакции, то они выгодны для фермента на стадии каталитического превращения комплекса. Чем более выражены такие наиряжения в фермент-субстратном комплексе, тем выше каталитическая копстапта ферментативной реакции. Согласно классификации фермеит-субстратных взаимодействий именно те взаимодействия, прочность которых возрастает прн образовании переходного состояния ферментативной реакции, называются специфическими [81, 82]. [c.163]

Теории наркомании обычно строятся на постулате, что в результате связывания наркотика с рецептором в системе рецептор — агонист возникают какие-то компенсаторные изменения. Специфические рецепторы наркотиков были обнаружены в центральной нервной системе, а также в культивируемых клетках опухоли. Изучение последнего объекта позволило предположить, что морфин действует на нейроны, подобно гормону с тормозящим эффектом, а именно понижает содержание сАМР [104]. Этот эффект вызывает компенсаторную реакцию нервной клетки, направленную на увеличение концентрации сАМР и выражающуюся в увеличении содержания или активности аценилатциклазы. В итоге возникает зависимость от морфина, поскольку в его отсутствие содержание сАМР становится слишком высоким. Увеличением содержания аденилатциклазы и связанных с этим ферментом рецепторов можно объяснить также развивающуюся толерантность к наркотику. [c.346]

Ингибирование ферментов лежит в основе действия антибиотиков и других химиотерапевтических препаратов (см., например, дополнение 6-А). Однако многие лекарственные препараты взаимодействуют с рецепторами, расположенными на клеточной поверхности, которые не являются ферментами в обычном смысле этого слова. Согласно теории рецепторов, разработанной примерно в 1937 г., близкие по структуре лекарственные препараты часто оказывают аналогичное действие, поскольку связываются с одним и тем же рецептором. В нормальных условиях рецептор может связывать гормон, нейромедиатор или какой-либо метаболит, структурно близкий лекарственному препарату. С"вязывание с соответствующим рецептором препаратов одного класса, называемых в фармакологической литературе агонистами, вызывает в клетке ту же реакцию, что и связывание гормона. В то же время соединения с родственной структурой могут. действовать и как антагонисты связывание их с рецептором не вызывает должного ответа. Вза имоотношения агониста и антагониста часто носят конкурентный характер, подобный конкурентному ингибированию ферментов. [c.32]

Специфичность ферментов связана с комплементарностью структуры их активного центра со структурой субстратов. Активный центр, как правило, располагается в полости макромолекулы фермента и формируется из различных участков цепи белковой глобулы. Согласно теории Кошланда, эта комплемен-тарность является индуцированной субстрат в момент взаимодействия с активным центром вызывает такое изменение геометрии фермента, которое соответствует оптимальной для данной реакции ориентации групп, непосредственно участвующих в химическом превращении субстрата (каталитических групп). В случае объемных субстратов происходит многоцентровая сорбция в активном центре за счет дисперсионных, гидрофобных и электростатических взаимодействий и водородных связей. Малые молекулы, такие как О2, N2 и Н2О, вступают в непосредственное взаимодействие с атомами переходных металлов. Однако и в этом случае связывание обычно носит много-центровый характер, например в биядерных комплексах или с участием безметальных групп. Так, в случае комплексования молекулы О2 в гемоглобине с ионом Fe " " происходит образование водородной связи с протонированным гистидиновым остатком в районе активного центра. [c.550]

Хотя выдвинутая Фишером гипотеза ключа и замка оказалась весьма плодотворной и объясняет многие общие закономерности субстратной специфичности, по мере накопления в последние годы детальной информации о взаимодействиях типа фермент-молекула ее недостатки становились все более очевидными. В буквальном смысле эта теория подразумевает наличие жесткого центра связывания. В то же время имеется большое число данных, как рентгеноструктурных, так и прямых спектрофотометрических и кинетических исследований ферментов в растворе, о конформационной мобильности белков. Мы видели, что тирозин-248 карбоксипептидазы при связывании глицилтирозина сдвигается не менее чем на 1,2 нм, явно меняя природу и форму как участка связывания, так и каталитического центра (см. разд. 24.1.3.4). Это, возможно, крайний случай, однако при наличии рентгеноструктурчых [c.515]

Для каталитической активности фермента существенное значение имеет пространственная структура, в которой жесткие участки а-спиралей чередуются с гибкими, эластичными линейными отрезками, обеспечивающими динамические изменения белковой молекулы фермента. Этим изме-неням придается больщое значение в некоторых теориях ферментативного катализа. Так, в противоположность модели Э. Фищера ключ-замок Д. Кощлендом была разработана теория индуцированного соответствия , допускающая высокую конформационную лабильность молекулы белка-фермента и гибкость и подвижность активного центра. Эта теория была основана на весьма убедительных экспериментах, сввдетельствующих о том, что субстрат индуцирует конформационные изменения молекулы фермента таким образом, что активный центр принимает необходимую для связывания субстрата пространственную ориентацию. Иными словами, фермент только в присутствии (точнее, в момент присоединения) субстрата будет находиться в активной (напряженной) Т-форме в отличие от неактивной Я-формы (рис. 4.10). На рис. 4.10 видно, что присоединение субстрата 8 к ферменту Е, вызывая соответствующие изменения конформации активного центра, в одних случаях приводит к образованию активного комплекса, в других—неактивного комплекса вследствие парущения пространственного расположения функциональных групп активного центра в промежуточном комплексе. Получены экспериментальные доказательства нового положения о том, что постулированное Д. Кощлендом индуцированное соответствие субстрата и фермента создается не обязательно изменениями [c.132]

Можно думать, что в ФСК отбираются те конформации белка и субстрата, которые находятся в структурном соответствии друг с другом, обеспечивающем оптимальное значение свободной энергии взаимодействия [64, 65]. Структурное соответствие при образовании ФСК можно считать динамическим, индуцируемым. Таким образом, при образовании ФСК могут происходить изменения реальных конформаций белка и субстрата или одного из них. Васлов и Доэрти констатировали наличие конформационных эффектов при связывании химотрипсином молекул субстратов и конкурентных ингибиторов [66]. Структурное соответствие в ФСК до некоторой степени подобно соответствию в гетерогенном катализе (см. стр. 359). Исходя из своей мультиплетной теории, Баландин предложил качественную схему структурного соответствия фермента, кофермента и субстрата [67, 68]. [c.387]

Отличие АСЭ от субстрата АСФ заставляет думать, что АСЭ связывается другим центром фермента, отличным от активного центра, в котором связывается и претерпевает превращение субстрат. Лллостерическое ингибирование можно считать результатом конформационного превращения молекулы АСФ как целостной системы. Это превращение затрагивает и активный центр, возможно расположенный вдали от центра связывания АСЭ, и уничтожает тем самым его каталитические свойства [71]. Такая модель согласуется с теорией Кошланда (см. 6.5) и, если модель верна, то явление аллостеризма следует считать веским подтверждением этой теории. [c.454]

Этим функции белка как фермента или апофермента скорее всего не исчерпываются. Все рассмотренные ме-чанизмы предполагали достаточно статичное расположение функциональных групп белка в активном центре Это не совсем верно. Взаимодействие с субстратом нередко сопровождается изменением конформации белковой молекулы, и согласно теории, выдвинутой Кошландом, направленные конформационные изменения белка являются важным фак1чэром ферментативного превращения. В отдельных случаях такие изменения зарегистрированы с помощью рентгеноструктурного анализа. Например, карбоксипептидаза А была подвергнута рентгеноструктурному анализу как в отсутствие субстрата, так и в комплексе с глицил-1/-тирозином. Полость, в которой находится активный центр, существенно сужается при связывании этого субстрата, т.е, наблюдается отчет ливый конформационный переход. Кроме того, широко дискутируется и имеет в отдельных случаях убедительные подтверждения гипотеза, согласно которой фермент фиксирует субстрат в конс юрмации, существенно более близкой по своей геометрии к активированному комплексу реакции, чем конформация субстрата, преобладающая у несвязанных молекул. Это, естественно, должно приводить к снижению активационьюго барьера реакции и способствовать существенному ускорению превращения. [c.208]

Механизм действия ферментов до конца не раскрыт. Наиболее общим представлением является система замок — ключ (фермент — субстрат), выдвинутая Э. Фишером в 1894 г. и развитая Дж. Холдейном в 1930 г. Согласно этой теории, молекула субстрата точно соответствует по своей форме некоторому участку на молекуле фермента. Причем при связывании субстрата с ферментом его связи, подлежащие изменению, несколько растягиваются, что облегчает их последующий разрыв. Многие ферменты строго специфичны уреаза — катализирует только гидролиз мочевины аргиназа — гидролизует только Ь-аргинин до L-opнитинa и мочевины. [c.567]

В табл. 7 приведены углы связей металл—лиганд 2п(П)-содер-жащего активного центра КПА. Заметное отклонение углов от 109,5°, характерных для идеальной тетраэдрической координации, свидетельствует об искаженной тетраэдрической координации центра связывания металла. Однако некоторые тетраэдрически координированные комплексы 2п(П) обнаруживают идеальную с точки зрения теории групп тетраэдрическую симметрию. В табл. 8 приведено сравнение соответствующих углов связей для различных тетраэдрических комплексов 2п(П). Очевидно, что углы связи металл—лиганд в 2п(И)КПА, вообще говоря, отличаются от углов, наблюдаемых для низкомолекулярных модельных тетраэдрических координационных комплексов. Длины связей металл—лиганд координационного центра КПА не известны, но сопоставимы с длинами связей, наблюдаемыми для комплексов цинка с аминокислотами (табл. 4). Конечно, точность длин связей 2п — лиганд, которые могут быть рассчитаны для фермента, значительно ниже, чем для малых молекул и неопределенность их оценки составит, вероятно, по крайней мере 10—20 пм. [c.79]

Бергманн внес два важных изменения в ранее существовавшую теорию а) вандерваальсовы силы (поляризационные силы, действующие на небольшом расстоянии), возникающие между углеродной цепью субстрата и поверхностью фермента, играют столь же важную роль, как и описанные выше силы кулоновского взаимодействия, которые связывают карбонильную и четвертичную группы. Так, в ряду н-алкилтриметиламмониевых солей сила связывания, определенная по степени угнетения холинэстеразы, возрастала линейно с удлинением алкильной цепи. Вероятно, эта связь возникает не с эстеразным или анионным центром, а с другими участками поверхности фермента. Бергманн и Сегал [131 подсчитали, что энергия связи каждой метиленовой группы для ложной холинэстеразы со- [c.32]

Если заряженная группа, например карбоксилат-анион, находится в гидрофобной области активного центра фермента и поэтому плохо сольва-тирована, то ее нуклеофильная реакционная способность будет увеличенной. Однако соответственно с этим возрастает также и основность такой группы, поскольку дестабилизация аниона, обусловленная плохой сольватацией, должна способствовать любому процессу, который понижает заряд на анионе. Этот эффект объясняет, по-видимому, высокие значения рК (вплоть до 7 и более) для замаскированных карбоксильных групп в ферментах и других белках [73], и, хотя данный эффект способствует увеличению нуклеофиль-ности этих групп, соотношение нуклеофильностп и основности остается практически неизменным. Следовательно, на основании этого эффекта вряд ли дшжно ожидать больших ускорений, если только нуклеофил не защищен от протонирования под действием растворителя и в то же время сохраняет свободу для атаки субстрата. Это возможно в том случае, когда присоединение субстрата к ферменту вызывает конформационное изменение, в результате которого нуклеофил становится доступным и атакует субстрат в гидрофобной среде. Это может служить еще одним примером, когда силы связывания между ферментом и субстратом используются для продвижения системы вдоль координаты реакции, что облегчает каталитический процесс нри одновременном уменьшении наблюдаемой свободной энергии связывания (более подробно этот вопрос будет рассмотрен в гл. 5 в рамках теории индуцированного напряжения). В общем случае, когда увеличение скорости обусловлено изменением природы растворителя , окружающего субстрат в активном центре фермента, причиной этому всегда должно быть специфическое взаимодействие, использующее энергию связывания фермента с субстратом. Так, скорость реакции двух противоположно заряженных реагентов будет больше в гидрофобной среде активного центра фермента (по сравнению с реакцией в воде), поскольку в неполярном окружении заряженные реагенты дестабилизированы и в тоже время дестабилизация менее зарянч енного переходного состояния будет не столь значительной [схема (46)]. [c.83]

В терминах теории напряжения большая активность гексокипазы в реакции с глюкозой по сравнению с водой должна вызываться использованием специфических сил связывания молекулы глюкозы для индуцирования напряжения в фермент-субстратнод комплексе, облегчающего перенос фосфата от АТФ. В случае воды такое специфическое связывание отсутствует, реакция не может ускоряться аналогичныд образом и протекает более медленно. [c.233]

Таким образом, увеличение длины углеводородной цепи, которое мало сказывается на химической реакционной способности эфиров и должно было бы приводить только к более прочному связыванию, обусловливает увеличение скорости атаки ацильной группы в ферментативной реакции. В терминах теории напряжения [19] это указывает на то, что энергия взаимодействия углеводородной цепи с белком используется для индуцирования напряжения в фермент-субстратном комплексе, как это схематически показано на рис. 6. Предположим, что субстрату с короткой цепью соответствует определенная энергия связывания АР а- Более длинный субстрат должен иметь дополнительную энергию связывания А в за счет гидрофобного взаимодействия углеводородной цепи. Если эта энергия используется для индуцирования напряжения А/ Вд и уменьшения свободной энергии активации, то па такую же величину уменьшится вклад в константу связывания [c.234]

Если в теории напряжения энергия связывания субстрата с ферментом расходуется на деформацию субстрата, то в теории индуцированного соответствия эта энергия расходуется на изменение фермента [3019-3352,3406], Предполагается, что хороший субстрат эффективно изменяет конформацшо фермента в направлении энергетически невыгодной, но каталитически более активной структуры. Разные субстраты вызывают различный "конформац1 онный ответ" фермента, чем и определяется их способность к превращению. [c.364]

Несмотря на то что гемоглобин является не ферментом, а белком-переносчиком, было бы нелепо говорить о кооперативности, не рассмотрев предварительно свойств этого белка. Во-первых, его кобпе-ративность была установлена задолго до обнаружения подобных свойств у какого-либо фермента (Бор, 1903 г. [15]), и большая часть попыток создания теорий, объясняющих это явление, была направлена именно на выяснение природы кооперативности у гемоглобина. Во-вторых, связывание кислорода гемоглобином может быть непосредственно измерено в равновесных условиях, и, следовательно, отпадает необходимость во введении не очень обоснованных допущений о соотношении между равновесным связыванием и связыванием в стационарных условиях. В-третьих, гемоглобин в отличие от большинства ферментов, обнаруживающих кооперативность, достаточно стабилен и может быть получен в больших количествах, поэтому является очень удобным объектом для проведения экспериментов и изучен достаточно подробно. Наконец, наряду с гемоглобином существует миоглобин — аналог, который не проявляет кооперативных свойств и служит для запасания кислорода в мышце. Это позволяет проводить прямое сопоставление, что невозможно ни в каком другом случае. [c.165]

Несмотря на эти критические замечания, следует отметить, что симметричная модель означала большой шаг вперед в понимании кооперативности белковых молекул. Хотя в настоящее время имеются данные по отрицательной кооперативности, которые не удается объяснить с позиций симметричной модели, кинетические свойства ряда ферментов эта модель описывает вполне удовлетворительно. Например, Бланжи, Бюк и Моно [11] использовали симметричную модель для количественного описания кооперативных свойств фссфофруктокиназы из Es heri hia oli. Этот фермент представлял особый интерес в связи с возможностью проводить измерения связывания одного субстрата, фруктозо-6-фосфата, в широком интервале концентраций аллостерического активатора, АДФ, и аллостерического ингибитора, фосфоенолпирувата. Точное согласие между теорией и экспериментом для всех полученных данных можно рассматривать как веский довод в пользу адекватности симметричной модели. [c.185]