Главная / Молекулы и клетки / Регуляция биохимических реакций / Модель для механизма регуляции ферментов

Модель для механизма регуляции ферментов

30.05.2010г.

На основании экспериментальных данных Моно, Уимен и я разработали модель для механизма регуляции ферментов (смотрите рисунки ниже).


Регуляционные изменения в аллостерической молекуле

Регуляционные изменения в аллостерической молекуле

Регуляционные изменения в аллостерической молекуле объясняют в настоящее время переходом ее из одного состояния в другое и обратно. Полимерная молекула построена из нескольких (в данном случае из двух) мономеров (слева). Полимер может находиться в ненапряженном состоянии (в центре) и в напряженном (справа). В одном состоянии он соединяется с субстратом и активаторами, в другом — с ингибиторами. Связывание с молекулой-сигналом сдвигает равновесие к одному из двух состояний, но симметрия молекулы при этом сохраняется.


Экспериментальные данные,
подтверждающие аллостерическую модель

Экспериментальные данные, подтверждающие аллостерическую модель

Экспериментальные данные, подтверждающие аллостерическую модель, получены на основании рентгенограмм гемоглобина, выполненных Перутцем и его сотрудниками. Контурные линии, отражающие электронные плотности, помогают установить форму цепей — субъединиц окисленного гемоглобина (А) и восстановленного гемоглобина (Б); В — первые две контурные карты, наложенные друг на друга. Хорошо видно изменение конформации того же типа, что и в модели на рисунке выше, так же как д сохранение оси симметрии молекулы.


Согласно этой модели, молекула фермента состоит из нескольких одинаковых субъединиц; в каждой субъединице содержится по одному специфическому центру для связывания различных разновидностей молекул (молекул субстрата или химических регуляторов). Если молекула построена из определенного ограниченного числа субъединиц, то она должна обладать осью симметрии. Допустим, что молекула фермента способна находиться в двух состояниях, сохраняя в любом из них свою симметрию. Эти два состояния различаются по энергии связей между субъединицами; в менее напряженном состоянии молекула фермента будет избирательно присоединять активатор и субстрат, а в более напряженном — ингибитор.

Связываясь с ферментом, данная разновидность молекул (субстрат, ингибитор или активатор) будет благоприятствовать дальнейшему связыванию молекул своей категории. При изменении относительных концентраций субстрата и молекул химических регуляторов равновесие сдвигается в ту или иную сторону. Итак, модель объясняет взаимодействие (кооперативное или антагонистическое) центров связывания в молекуле фермента. Согласно этой модели, фермент интегрирует действие различных сигналов, переходя в одно из двух возможных равновесных состояний.

В результате изучения регулируемых ферментов мы можем сделать следующий основной вывод: контроль и регуляция их активности целиком зависят от характера их молекулярной структуры. В этой структуре, как в вычислительной машине, заложена способность узнавать и осуществлять интеграцию различных сигналов.

Молекула фермента реагирует на сигналы автоматически, претерпевая при этом структурные изменения, определяющие скорость образования данного продукта. Каким же образом возникли эти биологические «вычислительные устройства»? Своими замечательными свойствами они, безусловно, обязаны генетическим мутациям и естественному отбору, которые за тысячелетия довели их до исключительного совершенства.


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





Читайте далее: