Связь молекул субстрата с новыми центрами связывания фермента

По мере возрастания концентрации субстрата его молекулы соединяются все с новыми и новыми центрами связывания фермента. Поскольку число молекул фермента ограниченно, при достаточно высокой концентрации субстрата почти все его центры связывания оказываются занятыми. Тогда скорость реакции становится постоянной, а кривая, описывающая взаимодействие фермента с субстратом, приобретает вид гиперболы. Оказалось, что регулируемые ферменты не подчиняются этому правилу: правда, скорость их взаимодействия с субстратом возрастает с увеличением концентрации последнего, но нередко кривая имеет сигмовидную (S-образную) форму.

Изучая кривую насыщения регулируемых ферментов, нельзя не заметить ее поразительного сходства с кривой насыщения гемоглобина кислородом. И здесь взаимодействие описывается S-образной кривой, что обусловлено физиологической функцией гемоглобина, которая состоит в переносе кислорода от легких к другим тканям. Давление кислорода в легких высоко, и гемоглобин быстро соединяется с ним. Напротив, в тканях, где содержание кислорода невелико, гемоглобин легко отдает его. В то же время кривая, отражающая связывание кислорода миоглобином, имеет вид гиперболы, как и в случае классических ферментов. При возрастании давления кислорода количество связанного кислорода увеличивается быстрее для гемоглобина, чем для миоглобина (смотрите рисунок ниже).

Гемоглобин

Гемоглобин, подобно ферменту, представляет собой макромолекулярное вещество, молекулы которого через свои специфические центры связываются с низкомолекулярным соединением — кислородом. Кривые выражают скорость связывания кислорода миоглобином (I) и гемоглобином (II). В случае миоглобина кривая имеет вид гиперболы, кривая же для гемоглобина имеет S-образную форму. Присоединение первых молекул кислорода к гемоглобину облегчает связывание следующих.

Создается впечатление, что первые молекулы кислорода, соединившиеся с гемоглобином, каким-то образом облегчают связывание остальных молекул кислорода — словно между ними существует какое-то взаимодействие при соединении с носителем. Таким образом, кислород играет роль сигнала для своего собственного связывания.

Аналогичным образом S-образная форма кривой, описывающей связывание многих регулируемых ферментов, отражает взаимосвязь между молекулами. Примером может служить фермент треониндезаминаза (смотрите рисунок ниже).

Кооперативный эффект

Кооперативный эффект характерен не только для гемоглобина, но и для регулируемых ферментов. Эта кривая показывает подавление L-треониндезаминазы L-изолейцином. S-образная форма кривой говорит о том, что молекула-сигнал действует только выше какого-то определенного порогового значения. По оси ординат отложена активность L-треониндезаминазы (в процентах от максимальной активности); но оси абсцисс — концентрация L-изолейцина в относительных единицах.

В данном случае опять ярко выступает связь с физиологической функцией. Субстратом этого фермента служит аминокислота треонин.

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

• Репрессия и индукция ферментов
• Система регуляции биосинтеза L-изолейцина у Е. coli
• Модель для механизма регуляции ферментов
• Биологические катализаторы
• Способность мутантных штаммов
• Модели основных механизмов клеточной адаптации ферментов
• Образование инициатора
• Синтез нуклеиновой кислоты
• Синтез белков при низком содержании треонина в клетке
• Полученная информация в случае регулируемых ферментов
• Группы гема в молекуле гемоглобина
• Утрата ферментами чувствительности к ингибитору, сохраняя способность к взаимодействию со своими субстратами