118-119
Метаболизм. Регуляция
Аллостерическая регуляция
В качестве примера
аллостерической регуляции в этом разделе рассмотрена регуляция аспартат-карбамоилтрансферазы
(АКТ-азы) - ключевого фермента биосинтеза пиримидина (см. с. 188).
Аллостерические эффекты опосредуются субстратом или ингибиторами и активаторами
( аллостерическими эффекторами ). Последние связываются со специфическими участками
вне активного центра и приводят к конформационным изменениям белка, попутно изменяя его
активность.
А.
Аспартат-карбамоилтрансфераза: реакция
АКТ-аза катализирует перенос
карбамоильного остатка с карбамоилфосфата на аминогруппу L-аспартата.
Образующийся N-карбамоил-L-аспартат содержит уже все атомы будущего
пиримидинового кольца (см. с. 188). Бактериальная АКТ-аза E. coli
ингибируется цитидинтрифосфатом (ЦТФ (CTP)] - конечным продуктом анаболического
пути обмена пиримидина, и активируется начальным участником - АТФ
(АТР).
Б. Кинетика
В отличие от изостерических (нормальных)
ферментов аллостерические ферменты, такие, как АКТ-аза, имеют сигмоидную
(S-образную) кривую насыщения субстратом (ср. с гемоглобином, с. 276). В
аллостерических системах сродство фермента к субстрату зависит от концентрации
субстрата [А]. В этом случае вместо константы Михаэлиса Km (см. с.
98) указывают концентрацию субстрата при половине максимальном скорости
([A] 0,5). Сигмоидный характер кривой описывается коэффициентом
Хилла h. Для изостерических ферментов h = 1; при росте сигмоидности
возрастает h.
Аллостерические эффекторы в
зависимости от природы фермента влияют на максимальную скорость реакции V,
концентрацию субстрата [A] 0,5 при скорости реакции, равной половине
максимальной, и коэффициент Хилла h. Если изменяется преимущественно V, говорят
о 'V-системе'. Чаще встречаются 'К-системы', в которых
аллостерические эффекты отражаются только на [A] 0,5 и
h.
К К-типу, наряду с гемоглобином,
принадлежит и АКТ-аза. Ингибитор ЦТФ вызывает в этом случае смещение кривой
вправо с возрастанием [A] 0,5 и h (кривая II). Активатор АТФ,
напротив, вызывает смещение влево; он уменьшает как [A] 0,5 , так и h
(кривая III).
В. R- и Т-состояния
Аллостерические ферменты почти всегда
являются олигомерами, состоящими из 2-12 субъединиц. АКТ-аза состоит из 6
каталитических (окрашены в голубой цвет) и 6 регуляторных (окрашены в желтый
цвет) субъединиц. Последние связывают аллостерические эффекторы ЦТФ и АТФ. Как и
гемоглобин, АКТ-аза может существовать в двух конформациях: менее активном
Т-состоянии (от англ. tense - напряженное) и более активном
R-состоянии (от англ. relaxed - расслабленное). Субстрат и эффекторы
влияют на равновесие между обоими состояниями и тем самым на сигмоидность
кривой. С возрастанием концентрации аспартата равновесие смещается к R-форме.
АТФ стабилизирует R-состояние путем связывания с регуляторной субъединицей.
Напротив, присоединение ЦТФ содействует переходу в Т-состояние. Структурные
перестройки между R- и Т-состояниями особенно драматичны в случае АКТ-азы. При
Т→R - переходе каталитические субъединицы удаляются друг от друга на 1,2 нм; кроме
того, субъединицы поворачиваются вокруг оси симметрии. При этом сами конформации
субъединиц меняются незначительно.
Г. Структура димера
Каждая из двух субъединиц АКТ-азы
состоит из двух доменов, т. е., независимо построенных структурных фрагментов.
N-Концевой домен регуляторной субъединицы (на схеме справа) способствует
взаимодействию с ЦТФ или АТФ (зеленого цвета). Zn2+-содержащий второй
домен (Zn2+ - светло-голубого цвета) контактирует со смежной
каталитической субъединицей. Между обоими доменами каталитической субъединицы
расположен активный центр, в котором находятся (см. схему) два аналога,
субстрата (красного цвета).
Метаболизм. Регуляция