Индукция ферментов в норме и патологии - Крицман М.Г.
Скачать (прямая ссылка):
считать, что биологическая активность, в частности ферментативная,
проявляется в сх-спиральной конформации молекул активного белка и что в
состоянии беспорядочного клубка она не проявляется, причем а-спиральпая
структура связывается с нативным состоянием белка, а беспорядочный клубок
- с денатурированным.
Однако работы Доти (1961) показывают, что в молекулах белка наряду со
структурированными фрагментами обычно всегда имеются беспорядочно
расположенные. Поэтому есть все основания предположить, что в смеси
белковых молекул представлена разная степень их структурированности. Это
тем более вероятно, что, как уже указывалось, степень денатурации
белковых молекул может иметь градации, не следуя закону все или ничего. В
силу этого вариабельность активности фермента может зависеть от
соотношения спиральных и беспорядочных участков в молекулах фермента.
Поскольку денатурация фермента не следует закону все или ничего, нельзя
считать, что молекулы фермента существуют только в двух конформациях -
клубок и спираль. Необходимо допустить существование промежуточных
коиформационных состояний с различной степенью спи-рализации и проявления
ферментативной активности. Так как молекулы активного белка,
взаимодействуя с другими веществами, могут менять расположения зарядов в
молекуле, степень нуклеофилыюсти отдельных атомов и положение
внутримолекулярных водородных связей, они могут при этом изменять
расположение и соотношение спиральных и беспорядочных фрагментов.
В случае, если такая перестройка сопровождается увеличением числа
структурированных фрагментов белка и повышением ферментативной
активности, это изменение
254
геометрии молекулы может служить одним из механизмов индукции ферментов.
Этот механизм в основном связан с энтропийными изменениями, однако они
могут сочетаться и с изменением энтальпии молекул. Вероятность такого
механизма индукции ферментов увеличивается в связи с тем, что биополимеры
являются также кооперативными системами. Иными словами, поведение
отдельных звеньев полимерной цепи зависит от взаимодействия всех
остальных ее составных элементов.
Осуществление конформациопиых изменений также связано с разрывом и
образованием водородных связей, которые фактически и поддерживают
спиральную структуру белка. Малая затрата энергии, требующаяся для их
разрушения, делает это явление весьма вероятным. Поскольку водородные
связи в полипептидных цепях белковых молекул, имеющих а-спирали,
образуются преимущественно между первым и четвертым аминокислотными
остатками, то, как выше было сказано, они ограничивают поворотную
изомерию, накладывая запрет на вращение первого и четвертого углерода
цепи каждого аминокислотного остатка. Конформационные изменения обычно
могут осуществляться за счет вращения других, не связанных водородной
связью углеродных атомов аминокислотных остатков.
Таким образом, па участки полипептидной цепи наложены разной силы
ограничения в отношении конформа-ционных изменений. Естественно, что
после разрыва двух водородных связей между первым и четвертым мономером
этот участок молекулы приобретает новые конформационные возможности.
Свободное вращение второго и третьего углерода может в некоторых
ситуациях менять поведение водородной связи 1-4. Поэтому спирализация
может быть не всегда однотипной для всех белковых молекул.
Разнообразие химических группировок вокруг углеродного атома создает
большие возможности в изменении конформации у белков по сравнению с
простыми полимерами. Кроме того, конформация белковых молекул меняется
также в связи с сопряженностью пептидной группы.
Двоесвязанность азота и углерода пептидной связи ограничивает поворотную
конформацию, однако в том случае, когда в результате сопряжения
двоесвязанность образуется между углеродом и кислородом, эта
ограниченность снимается.
255
Таким образом, в молекулах белка, в которых осуществляется переход
двоесвязанности к атомам углерод - кислород, может происходить изменение
поворота на уровне пептидных связей; это, по-видимому, очень существенно
для проявления вариабельности биологических, в том числе и каталитических
свойств белковых молекул.
Примером изменения конформации, сопряженной с активацией ферментативной
функции в результате спира-
52. Схема структурных изменений, происходящих в процессе превращения
трипсиногена в трипсин (Нейрат, 1961). Разрыв связи лизин - изолейцин в
N-концевом участке (пунктирная стрелка) ведет к освобождению пептида и
обеспечивает большую спиралевид-ность конфигурации вновь образующегося N-
концевого участка полипептидиой цепи. Это в свою очередь позволяет
боковым цепям серина и гистидина занять противостоящие друг другу
положения с образованием центра этерификации. Центр специфичности X, как
полагают, существует уже в молекуле профермента:
А - аспарагиновая кислота; В - валив; Г - гистидин; Гя - глицин;
И - изолейцин; Л - лизин; С - серии.
лизации нового участка полипептидиой цепи, может слу-
