Полученная информация в случае регулируемых ферментов

В случае регулируемых ферментов полученная информация содержит инструкции, согласно которым фермент либо катализирует, либо, наоборот, не катализирует определенную реакцию — превращение специфического субстрата в специфический продукт. Однако молекула, несущая информацию, зачастую не обладает никаким структурным сходством ни с субстратом, ни с продуктом реакции! Как же в таком случае она может способствовать или мешать проявлению специфической каталитической активности фермента по отношению к его субстрату?

Моно, Жакоб и я рассмотрели несколько гипотез и пришли к выводу, что возможно только одно объяснение, а именно: сигнал и субстрат способны связываться с различными центрами связывания на поверхности фермента; действие сигнала осуществляется через взаимодействие этих центров (смотрите рисунок ниже).

Регуляция ферментов

Регуляцию ферментов можно объяснить тремя способами. Во-первых, регуляторный сигнал (структура белого цвета) будет соединяться с субстратом (структура черного цвета), тем самым непосредственно участвуя в химической реакции, которую он регулирует (а). Однако такие соединения не были обнаружены. Во-вторых, сигнал может просто встать на пути субстрата, не допуская его к активному центру фермента, создавая стерические, или пространственные, препятствия (б). Против этого говорит различная форма молекул субстратов и сигналов; кроме того, подобными стерическими препятствиями можно объяснить лишь подавление ферментов, но не их активацию. Остается только одно правдоподобное объяснение, подтверждаемое результатами опытов с рядом ферментов: молекулы-сигналы и молекулы субстратов соединяются с различными центрами на поверхности фермента, так что регуляторные взаимодействия этих центров являются «аллостерическими», или косвенными (в).

В пользу этой модели имеются убедительные экспериментальные доказательства и прежде всего — открытие, сделанное недавно Герхартом. Он установил, что у регулируемого фермента аспартат-транскарбамилазы центр для связывания субстрата находится в одной субъединице его молекулы, а центр для связывания ингибитора — в другой субъединице. Если эти субъединицы разделить, то одна из них сохраняет способность узнавать субстрат, а другая — ингибитор.

Какова же природа взаимодействия этих двух связывающих участков на поверхности фермента? Почему присоединение молекулы к одному из них влияет на связывание другой молекулы другим центром? Ключ к пониманию механизма этого взаимодействия лежит, по-видимому, в одном свойстве регулируемых ферментов, о котором я уже упоминал; S-образная кривая, описывающая связывание этих ферментов с субстратом или с молекулами-сигналами, указывает на взаимодействие между этими молекулами. Давайте снова попробуем призвать на помощь аналогию со связыванием молекул кислорода гемоглобином.

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

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