Аллостерическое присоединение

Помимо активного центра, в молекуле фермента может присутствовать также аллостерический центр (или центры) (от греч. alios—другой, иной и steros-пространственный, структурный), представляющий собой участок молекулы фермента, с которым связываются определенные, обычно низкомолекулярные, вещества (эффекторы, или модификаторы), молекулы которых отличаются по структуре от субстратов. Присоединение эффектора к аллостерическому центру изменяет третичную и часто также четвертичную структуру молекулы фермента и соответственно конфигурацию активного центра, вызывая снижение или повышение энзиматической активности. Ферменты, активность каталитического центра которых [c.125]

Амидирование — присоединение аммиака по свободной карбоксильной группе с образованием амидов. Амидирование — один из путей обезвреживания аммиака в животных и растительных организмах. Чаще всего амидируется глутаминовая и аспарагиновая кислоты с образованием глутамина и аспарагина. Глутамин синтезируется. с участием глутаминсинтетазы (Ь-глутамат аммиак—лигаза (АДФ), К-Ф.6.3.1.2), аллостерическим ферментом, мол. масса от 500 ООО до 600 ООО. Суммарное уравнение приведено ниже [c.95]

Рис. 9-19. Схематическая модель взаимодействия между субъединицами аллостерического фермента. У многих аллостерических ферментов центр связывания субстрата и центр связывания модулятора расположены в разных субъединицах-соответственно каталитической (С) и регуляторной (К). Сообщение о присоединении положительного модулятора М к его специфическому центру в регуляторной субъединице передастся посредством конформационных изменений каталитической субъединице, которая становится активной и ее сродство к связывающемуся с ней субстрату 8 новыщается. После отделения модулятора М от регуляторной субъединицы фермент вновь переходит в неактивную или менее активную форму.

Увеличение сродства к кислороду по мере его присоединения к гемоглобину представляет собой кооперативный эффект (разд. 20.4), который обусловлен изменениями в пространственной структуре пептидных цепей гемоглобина [3]. Это явление называют аллостерическим эффектом подобные эффекты наблюдаются и в случае ферментов. [c.232]

Если аллостерическое присоединение ингибитора понижает активность фермента, но не изменяет его сродство к субстрату, т. е. если образуется малоактивный комплекс EIS, то такое торможение ферментативной реакции называется неконкурентным ингибированием. Такой термин возник потому, что образование комплекса EIS обусловлено присоединением ингибитора и субстрата к разным частям молекулы белка. При этом отсутствует конкуренция за обладание активными центрами фермента, а каталитическая активность фермента из-за малой активности комплекса EIS понижается. [c.518]

С неконкурентным ингибированием приходится встречаться, когда образуется малоактивный комплекс KIS, а сродство субстрата к катализатору не зависит от присоединения к нему ингибитора. Другими словами, если аллостерическое присоединение ингибитора понижает активность фермента, а не его сродство к субстрату. Этот тип ингибирования для неферментативных катализаторов почти не встречается, поскольку присоединение ингибитора к малой молекуле почти всегда изменит и сродство субстрата к катализатору. В общей схеме [c.51]

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]

Подобные типы ингибирования конечным продуктом и активирования первым продуктом свойственны аллостерическим (регуляторным) ферментам, когда эффектор, модулятор, структурно отличаясь от субстрата, связывается в особом (аллостерическом) центре молекулы фермента, пространственно удаленном от активного центра. Следует, однако, иметь в виду, что модуляторами аллостерических ферментов могут быть как активаторы, так и ингибиторы. Часто оказывается, что сам субстрат оказывает активирующий эффект. Ферменты, для которых и субстрат, и модулятор представлены идентичными структурами, носят название гомотропных в отличие от гетеротропных ферментов, для которых модулятор имеет отличную от субстрата структуру. Взаимопревращение активного и неактивного аллостерических ферментов в упрощенной форме, а также конформационные изменения, наблюдаемые при присоединении субстрата и эффекторов, представлены на рис. 4.25. Присоединение отрицательного эффектора к аллостерическому центру вызывает значительные изменения конфигурации активного центра молекулы фермента, в результате чего фермент теряет сродство к своему субстрату (образование неактивного комплекса). [c.156]

Присоединение лиганда к аллостерическому центру фермента изменяет скорость реакции, причем если скорость реакции возрастает, то такой эффектор называют положительным, если снижается — отрицательным. [c.81]

Механизм действия аллостерических ферментов имеет много общего с процессом присоединения кислорода к гемоглобину (гл. 3). [c.81]

Это явление называется аллостерическим эффектом. Такие ферменты могут существовать в разных конформациях с различными активностями. Эти конформации находятся в динамическом равновесии. Присоединение низкомолекулярного агента смешает равновесие [c.74]

Естественно, приведенные здесь объяснения могут служить только указаниями на вероятность адекватности предложенных подходов. Исследования аллостерических ферментов при низких концентрациях эффектора и с параллельными измерениями времени конформационной релаксации белка после присоединения эффектора могут привести к экспериментальному подтверждению концепции. [c.120]

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]

Рис. 13-16. Гормональная регуляция ферментативной реакции. В результате присоединения гормона адреналина к специфическим рецепторам, находящимся на поверхности клеток печени, образуется при участии связанного с мембраной фермента (адеяилатциклазы) циклический аденилат. Последний функционирует как аллостерический активатор, или внутриклеточный посредник, под действием которого гликоген-фосфорилаза переходит из неактивной формы в активную, что влечет за собой ускорение превращения гликогена печени в глюкозу крови. Подробно этот метаболический путь описан в гл. 25.

Использование метаболитов, меченных дало возможность проследить их судьбу в интактных организмах и, следовательно, понять физиологическую роль тех биохимических последовательностей, в которых эти метаболиты участвуют. Однако, как будет видно из последующих рассуждений, интерпретация результатов, полученных при использовании радиоактивных изотопов, сопряжена с определенными трудностями. Во-первых, как мы видели, одно и то же соединение может принимать участие сразу в нескольких метаболических процессах, а во-вторых, благодаря аллостерическим свойствам ферментов метаболиты, участвующие в одном ка-ком-нибудь процессе, могут изменять скорости реакций другого процесса. Помимо активного центра, к которому присоединяется субстрат, Б молекуле фермента может иметься другой участок, способный присоединяться к другому метаболиту, не являющемуся субстратом. Дальнейшим превращениям присоединившийся метаболит подвергаться не будет, однако в результате его присоединения может измениться конфигурация молекулы фермента, что в свою очередь может изменить скорость катализируемой реакции. Это обстоятельство нельзя упускать из виду при изучении распределения радиоактивности после добавления меченого метаболита к сложной ферментной системе. Такие трудности, возникающие при использовании радиоактивных изотопов, рассмотрим на более подробном примере изучения некоторых систем, проведенного Г. Кребсом [29]. [c.21]

Помимо описанных выше случаев, имеется множество других примеров, взятых из мира бактерий и животных, анализ которых показывает, что низкомолекулярные вещества — гормоны и продукты метаболизма — обладают способностью взаимодействовать с геном, репрессируя или снимая репрессию с отдельных генов (см. обзор Боннера [3]). Каким образом можно было бы представить себе это взаимодействие Здесь нам придется довольствоваться рассуждениями, так как фактов еще мало. Предполагается, что особые низкомолекулярные соединения связываются с белковым репрессором, вызывая тем самым изменение его конфигурации и (или) других свойств. Таким образом, репрессоры, согласно этим представлениям [9], являются аллостерическими белками, т. е. белками, конфигурация которых изменяется в ответ на присоединение специфических низкомолекулярных веществ. Так, согласно этой гипотезе, гибберелловая кислота, например, обладает способностью специфически связываться с каким-то [c.527]

Аллостерические ферменты — ферменты, изменяющие свою активность в результате присоединения к их регуляторному (аллостерическому) центру вещества-эффектора. [c.457]

Присоединение неконкурентного ингибитора к аллостерическому центру вызывает неблагоприятное изменение пространственной структуры (конформации) всей молекулы фермента, в том числе и активного центра. В результате каталитические свойства фермента снижаются. [c.32]

Множество онтогенетических и физиологических процессов у самых разных организмов - от грибов до человека- регулируется небольшим числом стероидных гормонов, синтезируемых из холестерола Будучи сравнительно небольшими (мол. масса около 300) гидрофобными молекулами, эти гормоны проходят через плазматическую мембрану путем простой диффузии. Оказавшись внутри клетки-мишени, стероидный гормон каждого типа прочно, но обратимо связывается со своим специфическим рецепторным белком. Присоединение гормона ведет к аллостерическому изменению конформации рецепторного белка (процесс, называемый активацией рецептора , что повышает сродство последнего к ДПК это позволяет рецептору связываться со специфическими генами в ядре и регулировать их транскрипцию. Аналогичным образом действуют гормоны щитовидной железы (тиреоидные гормоны), связываясь со своими рецепторами, которые очень сходны с рецепторами стероидов. [c.349]

ДО ADP и фосфата. Образованный таким образом комплекс характеризуется практически неограниченной процессивностью синтеза. Видимо АТР обеспечивает необрати.мость присоединения к матрице (до конца копирования). Для элонгации (удлинения затравки) тоже необходим АТР, но лишь в качестве аллостерического эффектора (на этой стадии его можно заменить негидролизуемым аналогом), позволяющего ДНК-полимеразе чувствовать состояние энергетического баланса клетки и проводить репликацию лишь при условии достаточного энергообеспечения. При опти.мальных условиях скорость синтеза ДНК холоферментом ДНК-полимеразы П1 in vitro составляет около 1000 нуклеотидов в секунду, что соответствует скорости репликации in vivo. [c.50]

К активаторам (кофакторам) ферментов относятся ионы многих металлов. Действие их проявляется различно они входят в состав простетической группы, облегчают образование ферментно-субстратного комплекса, способствуют присоединению кофермента к апо-ферменту и т. д. Присоединяясь по аллостерическому центру, они изменяют третичную структуру белковой молекулы, в результате чего субстратный и каталитический центры фермента приобретают конфигурацию, наиболее выгодную для осуществления их функций. [c.121]

В некоторых случаях действие того или иного фермента регулируется не субстратом или продуктами ферментативной реакции, а веществом, отличным от них. Такие ферменты называют аллостертескими ферментами. Участок в молекуле фермента, который реагирует с алло-стерически действующей молекулой, не совпадает с активным центром фермента. Несовпадение места присоединения аллостерических молекул и активного центра фермента удалось наблюдать при рентгеноструктурном анализе аспартаттранскарбамилазы— фермента, молекула которого состоит из шести субъединиц и имеет массу 310000. [c.400]

На положение конформационных равновесий в гемоглобине влияет не только присоединение кислорода к гемогруппам, но и связывание с различными участками молекулы других соединений. Такие соединения носят название аллостерические эффекты или регуляторы, поскольку они связываются не с активным центром, а с другими участками белковых молекул. Более подробно они рассмотрены в гл. 6 (разд. Б.6). Важным аллостерическим эффектором для гемоглобина является 2,3-дифосфоглицерат — соединение, присутствующее в необычно высокой концентрации в эритроцитах человека (приблизительно в эквимолярном количестве по отношению к гемоглобину). [c.313]

Кривая связывания кислорода мио-глобином представляет собой ректан-гулярную гиперболу, в то время как для гемоглобина она сигмоидальна ввиду аллостерического характера связывания (рис. 24.2.1). За счет этого достигается преимущество в биологической функции, поскольку присоединение и освобождение кислорода происходит в небольшом интервале (Ог). [c.557]

Кроме активных групп (ферменты — протеиды) или активных центров (ферменты — протеины) биокатализаторы имеют субстратный центр — участок ответственный за присоединение субстрата к ферменту и аллостерический центр, при присоединении к которому изменяется третичная структура белковой молекулы. Это присоединение приводит к изменению конфигурации активного центра и, как следствие, к увеличению или уменьшен лиго каталитической активности фермента. [c.40]

В белковой части фермента может находиться и аллостери-ческий центр, имеющий большое значение в регуляции ферментной активности. После присоединения к этому центру соответствующих веществ — эффекторов активность фермента изменяется. Конечные продукты ферментативных реакций обычно являются негативными эффекторами — присоединение их к ал-лостерическому центру фермента уменьшает его активность. Вещества, присоединение которых к аллостерическому центру молекулы фермента вызывают увеличение активности, называют позитивными эффекторами. [c.29]

Из многообразия производных гемоглобина, представляющих несомненный интерес для врача, следует прежде всего указать на оксигемоглобин НЪО, — соединение молекулярного кислорода с гемоглобином. Клслород присоединяется к каждому гему молекулы гемоглобина при помощи координационных связей железа, причем присоединение одной молекулы кислорода к тетрамеру облегчает присоединение второй молекулы, затем третьей и т.д. Поэтому кривая насыщения гемоглобина кислородом имеет сигмоидную форму, свидетельствующую о кооперативности связывания кислорода. Эта кооперативность обеспечивает не только связывание максимального количества кислорода в легких, но и освобождение кислорода в периферических тканях этому способствует также наличие П и СО, в тканях с интенсивным обменом. В свою очередь кислород ускоряет высвобождение СО, и П в легочной ткани. Эта аллостерическая зависимость между присоединением П, О, и СО, получила название эффекта Бора. [c.84]

Гемоглобин же содержит четыре центра связывания, по одному в каждой из четырех субъединиц, причем все эти центры действуют кооперативно. Вспомним, что когда один центр связывания гемоглобина занят молекулой кислорода, у других центров связывания сродство к кислороду возрастает. Это проявляется в том, что после связывания первой молекулы кислорода кривая насьпцения гемоглобина кислородом резко идет вверх и принимает сигмоидную форму. Аналогичным образом гомотропный аллостерический фермент (рис. 9-21, А) имеет несколько центров связывания для своего субстрата, действующих кооперативно, так что связьшанне одной молекулы субстрата значительно облегчает присоединение к ферменту последующих молекул субстрата. Поэтому зависимость скоро-, сти ферментативной реакции от концентрации субстрата описывается сигмоидной, а не гиперболической кривой. [c.260]

Термин ашостерический образован от греческих слов аллос — другой и стереос — пространственный. Существует ряд ферментов, имеющих в своем составе, кроме активного центра, так называемый аллостерический центр, присоединение к которому определенных химических веществ — эффекторов — приводит к изменению конформации белковой глобулы и, как следствие, модификации ферментативной активности. Молекулы аллостерических ферментов содержат наборы как активных, так и аллостерических центров, причем с аллостерическим центром может соединяться как субстрат, так и эффектор, отличающийся по строению от субстрата. [c.81]

Аллостерическая регуляция осуществляется воздействием не на активный центр молекулы Б, а на другой (аллостерич.), посредством к-рого осуществляется регуляция яктивного центра, напр, активация присоединения кислорода к гемоглобину. Гемоглобин пока единственный Б, с четвертичной структурой для к-рого определена структура с разрешением 0,3 нм (3 А) Этот Б. состоит из двух пар субъединиц (а- и Р-цепи), каждая из к-рых по своей третичной структуре практически идентична миоглобину и имеет такой же, как в миоглобине, активный центр. Присоединение первой молекулы кислорода активирует присоединение молекул кислорода к остальным трем атомам железа гем-групп др, субъединиц. Зависимость насыщения кислорода от его парциального давления имеет S-образный вид. Как показал Перутц (1960), присоединение и отдача кислорода сопровождается существенными кон-формационными изменениями четвертичной структуры — смещением субъединиц на расстояние порядка 0,7 пм (7 А) Родственный гемоглобину миоглобин, не имеющий четвертичной структуры, подобным свойством не обладает Второй сравнительно хорошо изученный пример аллостерич. Б.— фермент аспартаткарбамоилтрансферааа — первый фермент в цепи реакций биосинтеза пиримидиновых производных. Этот фермент (мол. масса 300 ООО) состоит из двух субъединиц с мол. массой 90 ООО, осуществляющих катализ, и четырех регуляторных субъединиц с мол. массой по 30 ООО. Конечный продукт указанной цепи реакций (цитидинтрифосфат) взаимодействует с регуля-торйыми субъединицами, в результате чего активность фермента снижается и вся цепь реакций прекращается (регуляция по типу обратной связи). [c.123]

Как показали эксперименты in vitro, присоединение соответствующего стероидного гормона приводит к аллостерическому изменению рецептора (его активации), значительно повышающему сродство рецепторного белка к ДНК из любого источника. Поскольку рецепторы стероидов, по-видимому, непрерывно диффундируют из цитоплазмы в ядро и обратно, счетается, что накопление активированных рецепторов в ядре вызывается именно таким усилением их неспецифического связывания с ДНК. Полагают также, что активированный гормоном рецептор приобретает повьшгенное сродство к нескольким специфическим участкам хроматина, ответственным за регуляцию активности генов, хотя это прямо наблюдать не удается. [c.258]

Вещества, понижающие активность фермента, называются ингибиторами. В тех случаях, когда строение молекулы ингибитора близко к строению молекулы субстрата, понижение активности фермента может происходить за счет того, что молекулы ингибитора присоединяются к каталитическому или к адсорбционному центру. Поэтому иногда в качестве ингибитора выступает конечный продукт реакции. Существуют ингибиторы, имеющие совсем отличное строение от строения субстрата. Присоединение их к молекуле фермента происходит вне активного центра, но тоже приводит к уменьшению активности фермента. Такое присоединение вещества носит название аллостерического (от греческого слова аллос — иной). [c.514]

Все это показывает, как широко используется ультрацентрифугирование при изучении нуклеиновых кислот и биосинтеза белка. Ультрацентрифугирование незаменимо также при все более расширяющемся изучении смежных проблем — в частности при изучении механизмов регуляции ферментативных реакций. Метаболические потребности клетки удовлетворяются, как известно, благодаря тонкой согласованности скоростей различных биохимических последовательностей. Такая согласованность возможна благодаря чувствительности аллостерических ферментов к изменениям концентраций отдельных метаболитов, что в свою очередь зависит от конформационных изменений, вызываемых соответствующим метаболитом и, очевидно, передающихся путем взаимодействия субъединиц ферментного белка. Успехи, достигнутые в изучении свойств аллостериче-ского фермента — аспартат-карбамоилтрансферазы, хорошо иллюстрируют большое значение ультрацентрифугирования — особенно когда оно используется в сочетании с другими методами анализа. Так, Герхарт и Шахман [5] показали, что этот фермент, представляющий собой глобулярный белок с молекулярной массой около 3-10 , после обработки соединениями ртути распадается на субъединицы двух типов. Каталитической активностью обладают лишь субъединицы одного типа, в субъединицах же другого типа, не обладающих каталитической активностью, находится центр по которому происходит присоединение цитидинтрифосфата. С этой регуляторной субъединицей связывается 5-бромцитидин-трифосфат, о чем свидетельствует соответствующая картина седиментации. Позже Вебер [6] определил аминокислотный состав и Ы-концевые остатки субъединиц обоих типов и установил, что одна молекула фермента содержит четыре регуляторных и четыре каталитических субъединицы. [c.9]

Субъединицы аллостерического белка — фермента— рзаимодействуют друг с другом. Присоединение субстрата или аллостерического ингибитора к одной из субъединиц изменяет сродство к субстрату или ингибитору остальных субъединиц. В этом смысле аллостерическии фермент является кооперативной системой. [c.315]

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]

Связывание лигандов с поверхностью аллостерических белков обратимо меняет форму последних. Изменения, вызванные присоединением одного лиганда, могут повлиять на связывание второго лиганда, что обеспечивает механизм регуляции различных клеточных процессов Использование дополнительной химической энергии может внести направленность в изменения формы белка. Например, за счет сопряжения аллостерических изменений с гидролизом АТР белки могут выполнять полезную работу, скажем создавать механическое усилие или перекачивать ионы через мембрану. Могут формироваться и высокоэффективные белковые машины - объединение согласованно работающих белков в многоферментные комплексы. Возможно, что белковые ансамбли такого типа осуществляют множество основных биологических реакций. [c.167]

Все стероидные гормоны синтезируются из холестерола. Будучи сравнительно небольшими (мол. масса около 300) гидрофобными молекулами, они проходят через плазматическую мембрану путем простой диффузии. Оказавшись внутри клетки-мишени, стероидный гормон каждого типа прочно, но обратимо связывается со своим специфическим рецепторным белком, находяшимся в цитоплазме. Присоединение гормона ведет к аллостерическому изменению конформации рецепторного белка, что повьппает его способность связываться с ДНК. Поскольку рецепторные белки способны проходить через ядерные поры, при повьш1ении их сродства к ДНК гормон-рецепторные комплексы накапливаются в ядре (рис. 13-12). [c.257]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология