Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
Например, в активном центре пепсина ключевая роль принадлежит остаткам аспарагиновой кислоты 35 и 215, которые сближаются (При свертывании полипептидной цепи, состоящей из 321 аминокислотного
207
остатка, в пространственную структуру.. Очевидно, что при попытке "вырезать" из белковой глобулы те участки последовательности, которые включают компоненты активного центра, получилось бы крайне неустойчивое образование, состоящее из нескольких пептидных фраг-г ментов, а главное, было бы утрачено специфическое окружение функциональных групп каталитического центра, которое определяет их химические особенности.
В то же время структуру фермента в целом нельзя считать неприкасаемой. Молекулы многих ферментов способны противостоять довольно значительным повреждениям/ в том числе отдельным разрывам полипептидных цепей, адаптировать целый ряд замен аминокислотных
I
остатков другими; иногда удается заметно уменьшить их размеры без утраты активности. Принципиально возможно и получение относительно небольших каталитических активных структур, при том, однако, непременном условии, что они сохранят стабильность пространственного строения, т.е. будут соответствовать по размерам и стабильности по-меньшей мере рангу домена.
10.3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КИНЕТИКИ ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА
Основы кинетики ферментативных реакций были заложены Л.Ми-хаэлисом и М.Ментен еще в 1913 г. Предложенное ими уравнение, связывающее скорость реакции с концентрациями фермента и субстрата, в дальнейшем преобразовывалось, однако подход в принципиальных чертах сохранился и за уравнением остались эти имена.
Согласно модели Михаэлиса—Ментен, фермент Е и субстрат S взаимодействуют со скоростью, характеризуемой константой k+i, образуя фермент-субстратный комплекс ES, получивший название /комплекс Михаэлиса. Этот комплекс, в котором субстрат, присоединенный к ферменту нековалентными связями, еще, сохраняет свою химическую природу,, распадается с константой скорости k.j на фермент и субстрат, но может и превратиться в продукт (или продукты) Р, высвободив фермент Е, со скоростью; характеризуемой константой к+2-
k+i
E + S?=?ES—>Е + Р. i.
*
Как правило, фермент-субстратный комплекс ES чаще распадается на исходные компоненты, чем превращается с образованием продукта реакции Р, т.е. k+i > k+г- Конечно, именно превращение субстрата в продукт представляет главный интерес при изучении ферментативных
208
реакций. Накоплением продукта в единицу времени и определяется скорость реакции.
• При выводе уравнения Михаэлиса—Ментен необходимо прежде всего найти зависимость концентрации ферменпъ~субстратного комплекса от концентраций фермента и субстрата, поскольку, скорость Образования продукта пропорциональна концентрации комплекса ES Скорость образования ES равна k+i [Е] [S], скорость же его. распада определяется суммой двух процессов: диссоциации фермент-субстрат-ного комплекса ца компоненты со скоростью k-i [ES] и ’его расцада с образованием продукта со скоростью k*2[ES] .
Итак, скорость распада комплекса ES по двум путям равна сумме этих скоростей (k-i -f k+2) [ES]. Кинетика Михаэлиса—Ментен приложима- к уже установившимся, стационарным, процессам, когда скорости Образования и распада комплекса Михаэлиса р^вна, т,е*. сохраняется его постоянная концентрация, Для такого процесса справедливо равенство
k.,[E][S] = (к., + k,2)[ES],
f. *• ггст * [S] < *
преобразуя которое подучим [ESI = , •
-Л *i R_] + К+2 * •
~kП
Дробь ¦^"1 называют константой Михаэ'лиса Kra. Легко видеть,
к«. 1 :1 : • : ............
4TQ она характеризует соотношение- скоростей распада (числитель) и образования (знаменатель) комплекса Михаэлиса ES- Бели к+2 мрила цо сравнению с k.j, т,е распад комплекса на исходные компоненты — фермент и субстрат — оказывается значительно вероятнее, чем его распад с образованием продукта Р,. величиной к+2 можно пренебречь и константа Михаэлиса оказывается равной константе диссоциации субстрата ii-: . „
/.:¦ • к k-i ,«
g, , ,j?n • j ,
Как уже отмечалось, это соотношение часто оказывается справедлив
вым, поэтому константу Михаэлиса Кщ нередко приравнивают К . ;Сле-
S
дует, однако, помнить об' условности такого упрощения. Заменяя дробь в знаменателе предыдущего уравнения на Кт, получаем
Заметим что в приведенное уравнение входят текущие концентрации свободного фермента и субстрата, которые, строго говоря, не соо-л
. 209
падают с их начальными концентрациями, гораздо легче подающимися определению. Впрочем, различиями в начальной [S ^} и текущей
