Структурные изменения гемоглобина и ферментов при соединении со своими субстратами

Получены косвенные доказательства того, что подобные структурные изменения, сопровождающиеся смещением субъединиц ферментной молекулы (как, например, в случае α- и β-цепей гемоглобина), действительно происходят. Не исключено, что именно эти изменения лежат в основе механизма, известного как ингибирование по принципу обратной связи.

Все компоненты живой материи, в том числе и аминокислоты, возникают из более простых соединений в результате целого ряда последовательных реакций, каждая из которых катализируется специфическим ферментом, так что для образования одной аминокислоты может понадобиться целый набор различных ферментов. В молекулы этих ферментов встроены, по-видимому, некие регулирующие устройства, обеспечивающие правильное равновесие «спроса» и «предложения».

Например, кишечная палочка синтезирует изолейцин из треонина в несколько этапов. Первый этап синтеза катализируется ферментом, обладающим сродством к треонину; его функция состоит в отщеплении аминогруппы треонина. Г. Умбаргер обнаружил, что активность этого фермента подавляется изолейцином, который является конечным продуктом этой цепи реакций. Позднее Ж. Шанжё установил, что вопреки ожиданиям соединения изо- лейцина с активным центром молекулы фермента не происходит (активный центр соединяется с треонином); напрашивается вывод, что изолейцин связывается с каким-то иным участком молекулы фермента.

Кажется вполне разумным предположить, что эти два участка молекулы должны взаимодействовать друг с другом. По мнению Ж. Моно, Шанжё и Ф. Жакоба, это взаимодействие вызывается перегруппировкой субъединиц, аналогичной смещению цепей гемоглобина при его соединении с кислородом.

Фермент может, по-видимому, существовать в двух различных структурных состояниях: активном — когда изолейцина недостает, и неактивном — когда количество изолейцина превышает спрос на него. Подобные ферменты были названы «аллостерическими».

Все ферменты, которые, как предполагают, следует относить к аллостерическим, обладают очень крупными молекулами; этого и следует ожидать, раз они состоят из нескольких субъединиц.

Рентгеноструктурный анализ крупных молекул, естественно, затруднен. Но так или иначе, даже если детальное установление структуры связано с затратой большого количества времени, установить самый факт структурного изменения можно достаточно быстро. Во всяком случае, гемоглобин послужит удачной моделью для изучения поведения более сложных ферментных систем.

«Молекулы и клетки», под ред. Г.М.Франка

• Расположение четырех групп гема в молекуле оксигемоглобина
• Наблюдения изменений положений цепей в свободном от кислорода гемоглобине человека
• Построение модели α- и β-цепей гемоглобина
• Сравнение аминокислотных последовательностей в молекулах гемоглобина и миоглобина
• Пятна на рентгенограммах кристаллов белков
• Рентгенограмма монокристалла гемоглобина
• Функция гемоглобина
• Установление структуры
• Структура гемоглобина
• Ослабление электрического поля воды
• Подавление α-спиралей
• Гемоглобин
• Двухвалентное железо
• Получение дифракционных полос
• Проблема фаз
• Метод введения тяжелых атомов