Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

формации существуют в- равновесии, причем взаимопревращения между ними происходят за малое время. Наблюдаемые физические, химические и функциональные свойства относятся к той из конформации, которая является преобладающей, а конформацпопный переход наблюдается в результате смешения равновесия, первоначально сдвинутого в сторону

одной из конформации, в направлении другой конформации. Если копформаци-онный переход происходит в результате изменения температуры, ионной силы раствора или рН среды, то это означает, что константа равновесия, характеризующая переход, резко зависит от соответствующих параметров. В частности, для температурного перехода это означает довольно высокое абсолютное значение ?11 перехода.

Конформационные переходы, происходящие при связывании с биополимером специфического лиганда, с этой точки зрения могут быть объяснены как результат резкого различия сродства этого лиганда к двум конформерам. Действительно, пусть существует равновесие между двумя конформерами R и Т, описываемое при определенных условиях константой равновесия К. Оба конформера способны связывать лиганд с контантами ассоциации, соответственно А'^ и А^,:

[?]/[??]=?-, (3.1) [RL]/[R][L] =AR) (3.2)

[TL]/[T][L] =KT (3.3)

Можно ввести кажущуюся константу равновесия, характеризующую отношение общего количества биополимера в конформации ? (т.е. количество биополимера как в свободном виде, так и в виде комплекса с лигандом) к общему количеству биополимера в конформации R в присутствии лиганда L. Выражение для этой константы Ккаж запишется в виде

I

[Т] + [TL] [T]1+AT[L] 1+A'T[L] *каж = [R] + [RL] = TrJ ? + К]{[1] =Kl + AR[L] ¦ (3·4'

Преобладание в свободном состоянии конформера ? означает, что К > ,1. Однако

если при этом сродство лиганда к копформеру R настолько превышает сродство к

конформеру Т, что к' /К- > К, то при достаточно высокой концентрации лиганда ? 1

величина ККЗЖ окажется существенно меньше единицы, т.е. в системе будет преобладать конформер R. Способность к направленным конформациопным переходам является второй важнейшей для их функционирования особенностью биополимеров, в первую очередь белков. Само по себе узнавание белком или нуклеиновой кислотой некоторого партнера может служить лишь целям создания некоторой надмолекулярной конструкции, например сборке рибосом или вирусных частиц. В большинстве функционально значимых случаев узнавание специфичного партнера является сигналом к некоторому последующему действию, причем такому, к которому биополимер, не будучи связан с лигандом, был не способен. Но это означает, что под действием лиганда в биополимере должно произойти некоторое изменение его свойств, а следовательно, и структуры. В большом числе случаев белок должен иметь возможность выполнить свою функцию многократно и поэтому изменение структуры должно быть обратимым. Но таким изменением в первую очередь может быть направленное изменение конформации биополимера.

Конформационные изменения играют важную роль в функционировании фер; ментов и в регуляции активности ферментов. Этот аспект проблемы паправле!

ных конформационных переходов будет предметом специального рассмотрения в гл. 6 и 10 и здесь опущен. При восприятии сигнала, поступающего в виде гормона или нейромедиатора на рецепторы воспринимающих клеток, последние должны отреагировать на это определенными физиологическими процессами — передать возбуждение по воспринимающему сигнал нейрону, вызвать мышечное сокращение, включить производство какого-либо вещества. До получения сигнала рецептор этих действий не вызывал. Резонно полагать, что под действием специфического лиганда в рецепторе произошел конформационный переход, который изменил характер взаимодействия рецептора, причем именно его внутриклеточной части с воспринимающими сигнал клеточными структурами.

Аналогичное рассуждение можно провести для транспорта веществ через клеточную мембрану с помощью специальных транспортных белков. Если, например, белок осуществляет транспорт лактозы, то он должен обладать способностью образовывать специфический комплекс с находящимися вне клетки молекулами лактозы. Но для этого фрагмент белковой молекулы, узнающий лактозу, должен находиться на наружной по отношению к мембране "поверхности транспортного белка, в данном случае /?-галактозидпермеазы. Поэтому само по себе узнавание не может привести к попаданию лактозы внутрь клетки. Необходимо, чтобы образование комплекса вызвало такое изменение пространственной структуры, при котором область узнавания вместе со связанным сахаром переместилась внутрь клетки. Диссоциация комплекса в этом случае привела бы к попаданию лактозы внутрь клетки, а лишенная лактозы ?-галактозидпермеаза должна была бы вернуться в исходное конформационное состояние с центром узнавания, экспонированным наружу.

Направленные конформационные изменения лежат в основе и других видов перемещения в биологических системах, в том числе в основе работы аппарата мышечного сокращения и, по-видимому, перемещения молекул, несущих информацию, относительно устройств, считывающих эту информацию: мРНК относительно рибосом, ДНК относительно ДНК- и РНК-полимераз.

3.10. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СПЕЦИФИЧЕСКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ БИОПОЛИМЕР — ЛИГАНД

Как уже отмечалось в § 3.2, взаимодействие биополимера со специфическим лигандом не сопряжено с преодолением существенных энергетических барьеров и является быстрым процессом. Поэтому чаще всего исследователи имеют дело с равновесными системами, требующими термодинамического описания. В дальнейшем будут рассматриваться системы, в которых либо оба партнера находятся в растворе, как в гомогенных ферментативных реакциях при взаимодействии гемоглобина с кислородом, так и при взаимодействии в растворе антигена с антителом и т.п., либо биополимер находится в составе мембраны на поверхности клетки или в препарате мембран и, следовательно, образует отдельную фазу, как в случае рецепторов или белков, осуществляющих транспорт веществ через плазматическую мембрану. Если партнеры находятся в растворе, то характеристиками Количества как биополимера Р, так и лиганда L могут служить концентрации. В гетерогенных системах можно говорить лишь о количестве биополимера. Характеристикой взаимодействия в общем случае., сдужит константа ассоциации Кя, выражение для которой запишется в виде ,ггпПм.

(3.5

где квадратные скобки у символа компонента означают его молярную концентр цию, а пх — количество (в молях) компонента X. Для гомогенной системы можн также написать ,

[PL]/[P][L] =КЯ. (3.6

В дальнейшем для единообразия в написании соотношений будем использова вторую форму записи. При этом надо иметь в виду, что для гетерогенной сист мы понятия концентрации биополимера и комплекса PL имеют условный хара~ тер, представляя собой отношение их количества в образце к объему исследуемой пробы.

Если речь идет о каком-либо функционально значимом узнавании, то образование комплекса не является самоцелью, но лишь сигналом к последующему действию — ответу системы. Так, узнавание ферментом субстрата приводит к превращению субстрата в продукт реакции, узнавание гормона рецептором — к возникновению определенных внутриклеточных процессов. Чаще всего именно этот ответ и является объектом регистрации. Но в ряде случаев может регистрироваться и само образование комплекса, если, например, используется лиганд, содержащий высокорадиоактивную метку, и комплекс может быть отделен от избытка лиганда за время, исключающее заметную диссоциацию комплекса. Если же измеряется какой-либо химический или биологический ответ на узнавание, то резонно предполагать, что по крайней мере в первом приближении величина, характеризующая этот ответ (например, скорость ферментативной реакции), пропорциональна количеству образовавшегося комплекса.

Выражение (3.6) можно преобразовать, введя понятия о концентраци связанного в комплекс и свободного лиганда, соответственно [L]b (от англ. bound связанный) и [L]f, (от англ. free — свободный). В рассматриваемом случае би полимера с одним активным центром

[L]b=[PL], [?] = [P]t-[L]b, (3.7 где [?]? — полная концентрация биополимера в данный момент и, следовательно,

([P]tC- [L]b)[L]f=/"- (38)

Это выражение легко преобразуется к виду

[Чь/[L]г = А"а[Р] t - i'a[L]ь, (3.9)

известному как уравнение Скэчерда. Согласно этому выражению должна существ вать линейная зависимость между отношением [L]b/[L]f и величиной [L]b- Ин ми словами, если экспериментально найденные значения [L]b и [L]f, полученн в нескольких экспериментах, различающихся использованными концентрациям лиганда, отложить в координатах [L]ь/[Е]Г, {L]b (координаты Скэчерда), должн получиться прямая линия с тангенсом угла наклона, равным ??.

Если биополимер содержит несколько функционирующих независимо друг друга активных центров, то фигурирующим в предыдущих выкладках величина [Р] и [PL] следует придавать смысл концентраций свободных и занятых акти ных центров, а вместо величины! [Р] t следует использовать произведение и[Р] t,

где п _ число активных центров, приходящееся на одну частицу биополимера. Уравнение Скэчерда при этом можно записать в виде

([Ц ь/ [Р] О/ [Ц f = *»n - U [L] ь/ [Р] t)- (ЗЛО)

В координатах ([L]h/[P]t)/[L]f - [L]b/[P]t прямая линия, на которой лежат экспериментальные точки, отсекает на оси абсцисс отрезок, равный и, т.е. этот отрезок дает число активных центров на одну частицу биополимера.

Чаще всего исследователи имеют дело с системами, содержащими значительный избыток лиганда по сравнению с узнающим его биополимером. В этом случае концентрация свободного лиганда [L] практически равна внесенной в систему начальной концентрации 10 и выражение для концентрации комплекса PL нетрудно получить в виде

[PL] = [PJAWli + W, (ЗЛ1)

а для ответа системы R — в виде

R = a[?~\tKal0/(l + KJo)

ЛщахЛа'о/(1 + ^"a'o)j

(3.12)

где а — коэффициент пропорциональности между силой ответа и концентрацией комплекса. Видно, что зависимость имеет гиперболический характер и в сущности представляет собой уравнение, идентичное по виду и см

страница 29
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(24.08.2017)