Гомотропные взаимодействия

Регуляция активности ферментов путем взаимодействия с субстратом (гомотропная кооперативность) [c.47]

Как же связаны изменения конформации комплекса металла с лигандами, сопровождающие установление некоторых равновесий, с конформационными переходами белка Расширяя этот вопрос, нужно выяснить, каким образом белок связывает воедино равновесие, устанавливающееся при координации кислорода с одним из атомов железа, со вторым равновесием, на другом центре белка Наиболее характерный пример такого связывания воедино двух равновесий — гомотропное или гем-гемовое взаимодействие в гемоглобинах млекопитающих, которое приводит к 5-образной кривой [c.174]

Гомотропный аллостерический кооперативный эффект проявляется в системе с идентичными лигандами, гетеротропный — при взаимодействии между разными лигандами. [c.186]

Взаимодействие между связыванием кислорода и связыванием внешних реагентов иногда называют гетеротропным взаимодействием, а специфическое влияние pH — эффектом Бора. Если поглощение кислорода описывается 8-образной кривой, как на рис. 31, то это указывает на зависимость константы равновесия от степени оксигенации белка в целом и на то, что между отдельными ионами переходного металла имеется некоторое взаимодействие (разд. 7.6). Эти взаимодействия иногда называют гомотропными или кооперативными взаимодействиями либо, как в случае железопорфиринов в гемоглобине, гем-гемовыми взаимодействиями. [c.140]

Аллостерическая регуляция представляет собой вариант связывания эффекторов с ферментом в области аллостерического центра (сравните действие неконкурентных ингибиторов, действующих вне зоны активного центра). Подобная регуляция может быть гомотроп-ной, если молекула субстрата, взаимодействуя с ферментом, изменяет его сродство к молекулам того же субстрата гетеротропной, если сродство к субстрату изменяется при взаимодействии фермента с молекулой, не похожей на субстрат. Гомотропные и гетеротропные эффекторы могут быть активаторами и ингибиторами. На базе симметричной модели 1) аллостерический активатор связывается с Л-конформером, стабилизируя это состояние. Следовательно, субстрат будет иметь увеличенное сродство к ферменту (положительная кооперативность) [c.76]

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]

Наконец, следует отметить, что кислород — далеко не единственный лиганд, на состояние которого действуют гемоглобин и миоглобин. Имеется много других равновесий, в которых участвуют ионы железа, для которых также обнаружены гетеротропные и гомотропные взаимодействия, по всей вероятности, со сходными механизмами. [c.170]

В модели делаются различия между гомотропными и гетеротропными взаимодействиями. Когда прочность связывания лиганда зависит от того, как много молекул одного и того же лиганда уже связано, то говорят о гомотропных взаимодействиях. Такие взаимодействия описываются сигмоидной кривой зависимости скорости реакции от концентрации субстрата (рис. 17.1). Если же связывание лиганда одного типа со своим стереоспеци-фическим участком влияет на константу связывания лиганда второго типа, то в этом случае говорят о гетеротропных взаимодействиях. Примером такого взаимодействия может служить влияние СТР на зависимость скорости реакции от концентрации аспартата (рис. 17.2). [c.92]

Все эти равновесия дают дополнительные данные для проверки различных теорий механизма гомотропного и гетеротропного взаимодействия. [c.170]

В этом разделе мы сначала рассмотрим, каким образом белок может изменять константу равновесия присоединения кислорода без изменения природы аксиального лиганда, а затем обсудим, как белок связывает воедино различные равновесия (гомотропное и гетеротропное взаимодействие). [c.171]

Механизм гомотропного и гетеротропного взаимодействия в гемоглобине, по-видимому, зависит от трех типов конформационных переходов в белке небольших изменений третичной структуры каждой из полипептидной субъединиц, от малых изменений четвертичной структуры и больших изменений четвертичной структуры комплекса из четырех ассоциированных полипептидных субъединиц. Первый из этих переходов представляет собой последовательность изменений, охватывающих только небольшую область полипептида, и связывает процессы, в которых участвует железо, с равновесием между свободными и связанными аминокислотными остатками на определенном участке поверхности субъединицы. Этот тип переходов достаточен для объяснения гетеротропного взаимодействия в белках, состоящих только из одной полипептидной цепи. Однако в гемоглобине конформационные изменения второго типа приводят к образованию или разрыву солевых мостиков между субъединицами, что автоматически влечет за собой небольшие изменения четвертичной структуры. Нарастание этих небольших изменений в четвертичной структуре в конце концов приводит к К—Т-переходу. Таким образом, процессы, в которых участвует железо в каждой из субъединиц, косвенно связаны с переходами между К- и Т-формами всего белка. [c.182]

ГОМОТРОПНЫЕ И ГЕТЕРОТРОПНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ [c.92]

Существование этих четырех совершенно различных групп белков дает прекрасный пример того, как природа решает некоторые проблемы координационной химии (в данном случае обратимой координации кислорода) не одним, а несколькими способами. Даже механизм, связывающий константу равновесия со степенью оксигенации всего белка, был создан природой не только для гемоглобина, но и для гемоцианина. Однако полученные недавно функционально активные кобальтсодержащие аналоги гемоглобина и миоглобина показывают, что природа перепробовала не все возможные решения этой проблемы даже в пределах комплексов из тех металлов, аминокислот и других лигандов, которые имеются в ее распоряжении. Кобальтовые аналоги характеризуются меньшим сродством к кислороду, чем нативные белки [207], но pH и дифосфоглицерат влияют на них примерно так же, как и в случае гелюглобинов. Гем-гемовые или гомотропные взаимодействия в кобальтовых аналогах выражены слабее, чем в исходных белках [108]. Кобальтовые аналоги получены путем диссоциации гемоглобина или миоглобина на белок и железопорфирин (разд. 7.4) и последующей рекомбинацией белка с кобальтовым аналогом железопорфирина. [c.145]

Интенсивные полосы в ультрафиолетовой и видимой областях спектра в основном определяются тс—т-переходами порфиринового лиганда. У большинства гемоглобйнов и миоглобинов имеются небольшие отличия в оптических спектрах, которые позволяют идентифицировать животный организм, служивший источником белка. В большинстве случаев эти различия больше для Ре -фор-мы, чем в случае Ре Юг-, Ре СО- и Ре ОНг-комплексов. Переход от свободных а- и р-цепей к тетрамерному НЬ Aj человека также сопровождается более значительными изменениями спектров в случае Ре -формы (четвертичную структуру типа Т), чем в случае Fe Oa- и Ре СО-форм (четвертичная структура типа R). Однако спектры Ре -комплексов в а- и Р-цепях в свободном состоянии аналогичны таковым в НЬ Fe , когда последний находится в состоянии R. Такая ситуация достигается непосредственно после фотолиза НЬ Ре СО, а также для ряда природных и модифицированных гемоглобйнов, для которых не обнаружено гомотропного взаимодействия [40, 195]. По-видимому, изменение четвертичной структуры, которое является ключевым моментом гомотропного взаимодействия (см. ниже), может влиять на константу равновесия главным образом путем изменения физических свойств Ре(П). Примечательное исключение составляет гемоглобин из парентеральной жидкости As aris, спектры которого в состоянии Ре , Ре СО и Pe N аналогичны спектрам гемоглобина и миоглобина млекопитающих, тогда как спектры Ре Ог существенно различаются [238]. [c.173]

Как мы уже видели (разд. 7.2), четыре полипептидные субъединицы гемоглобйнов лошади и человека могут образовывать две слегка различные четвертичные структуры, так называемые К-или Т-структуры ( окси - и дезокси -структуры). Основное различие между этими двумя формами белка, по-видимому, состоит в том, что в Т-форме имеются восемь солевых мостиков (образующихся за счет электростатических взаимодействий) в местах контакта 0102 и Р1Р2 Т-формы. Исследование различных природных и модифицированных гемоглобйнов показало, что гомотропное взаимодействие наблюдается при координации кислорода Ре(П) только в том случае, когда в процессе оксигенации происходит изменение четвертичной структуры [173]. Переход от Т- к 1 -форме происходит в НЬ А1 человека примерно при 50%-ной оксигенации, однако в других случаях он может наблюдаться при существенно более высокой степени оксигенации или очень малой оксигенации, а иногда и вовсе не наблюдается, т. е. белок может остаться замороженным в исходной К- или Т-форме [94, 204]. Изменение четвертичной структуры сопровождают и другие процессы, в которых имеет место гомотропное взаимодействие [33]. Исследование различий в спектрах (см. выше) и в величинах Р1/2 (разд. 7.5) между гемоглобином и изолированными а- и 3-цепями показало, что гемоглобин ведет себя нормально при высокой насыщенности кислородом и что 8-образная форма кривой определяется аномалиями при низкой оксигенации, т. е. когда белок находится в Т-форме. В настоящее время известны константы равновесия координации кислорода К- и Т-формами гемоглобина человека при pH 7 и гемоглобина при pH 9. Константа равновесия для Т-формы в 250 раз меньше, чем для Н-формы [204]. Скорость взаимного превращения Я- и Т-форм может быть установлена в отсутствие всяких изменений, связанных с реакциями железа, поскольку фотолиз гемоглобина, содержащего только Ре СО (и потому находящийся в К-форме), дает Ре с сохранением в первый момент после фотолиза К-формы, которая затем быстро переходит в Т-форму с временем полупревращения около 2 мс при 3°С [8, 88]. Возникает вопрос каким образом изменение состояния железа приводит к изменению четвертичной структуры [c.175]

Эффект Бора, т. е. взаимное влияние изменения pH и связывания кислорода, тесно связан с описанным выше гем-гемовым или гомо-тропным взаиА-юдействием, хотя эти два эффекта удается разделить в случае некоторых гемоглобйнов (разд. 7.5). По-видимому, эффект Бора определяется несколькими аминокислотными остатками, р/С которых меняется вместе с изменением окружения, которое сопровождает R—Т-переход. К этим остаткам относятся аргинин НСЗ и валин NA1 в а-цепи, а также гистидин НСЗ в (3-цепи. Все эти остатки участвуют в гомотропном взаимодействии, равно как и гистидин Н5 в а-цепи, который затрагивается при этом лишь косвенным образом [169, 173]. 2,3-Дифосфоглицерат влияет на свойства гемоглобина, связываясь специфически с Т-формой белка с образованием комплекса состава 1 1 [169, 173]. Исследования мутантных и модифицированных гемоглобйнов, в том числе изучение структуры областей, в которых находятся С-концевые остатки, также подтверждают важную роль солевых мостиков в механизме гомотропного и гетеротропного взаимодействия в гемоглобинах млекопитающих [94, 130, 169, 173]. [c.177]

Бретчер [33] в 1968 г.. предложил другую простую гипотезу, которая позволяет объяснить все наблюдаемые факты, кроме, может быть, гомотропного взаимодействия при реакциях Ре ЮНа с СК и N3 (разд. 7.5). Он отметил, что в Т-форме может быть только блок, в котором вокруг железа координировано пять лигандов, тогда как щестикоординационные комплексы независимо ют валентности и спинового состояния железа существуют в Т- форме. Он предположил, что конформационный переход белка запускается просто присоединением шестого лиганда. Процесс может осуществляться или путем вытеснения какой-то группы, блокирующей место расположения лиганда, или путем образования водородной связи с дистальным гистидином. [c.180]

Количественный флуоресцентный метод определения пировиноградного альдегида [94]. Метод основан на реакции взаимодействия пировиноградного альдегида с гомотропной кислотой (4,5-диоксинаф- [c.212]

Гемоглобины и миоглобины образуют группу белков, которые лучше всего подходят для исследования влияния белков на константу равновесия в процессе связьшания одного лиганда, а именно кислорода. Все эти белки содержат один и тот же железопор-фириновый комплекс и, за исключением некоторых весьма редких мутантов, один и тот же аксиальный лиганд. Кроме того, все белки, о которых идет речь, обладают весьма сходной третичной структурой. Тем не менее величина константы равновесия связьшания кислорода, а также гомотропное и гетеротропное взаимодействия для них изменяются в широких пределах. Начиная с новаторской работы Кендрью и Перутца с сотрудниками по миоглобину кашалота и гемоглобинам человека и лошади, наиболее детальные сведения о структуре ряда гемоглобйнов и миоглобинов получены методом рентгеноструктурного анализа. Благодаря тому интересу, который представляют для медицины мутантные белки, за последние годы многие мутантные формы гемоглобина были выделены и изучены, так что можно исследовать влияние замены даже одной аминокислоты на структуру белка и его сродство к кислороду. [c.141]

Если каждая полипептидная цепь содержит только один атом железа, то гомотропное или гем-гемовое взаимодействие может, конечно, происходить только в полимерных белках и связано с изменениями четвертичной (а также и третичной) структуры между так называемыми R- и Т-формами (разд. 7.2 и 7.6). В настоящее время известны константы равновесия присоединения кислорода обеими формами гемоглобйнов человека при pH 7 и овцы при pH 3. Оказалось, что константа равновесия R-формы в 250 раз больше, чем константа равновесия Т-формы, т. е. AlgPi/2= 2,4 [204]. [c.167]

Здесь полезно остановиться еще на двух понятиях это гомотропные эффекты, которые представляют собой аллостерические взаимодействия между идентичными лигандами (связанными молекулами или ионами), и гетеротропные эффекты, т.е. взаимодействия между различными лигандами. В рассмотренном вьпие примере кооперативное связывание субстрата ферментом предста- Рис. 6.23. вляло собой гомотропный эффект. В отличие от этого влияние активатора или ингибитора на связьшание субстрата является [c.120]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология