аемый триптофаном, может сенсибилизировать разрыв пептидной связи.

Различные механизмы фотоинактивации белков могут быть суммированы в виде следующей схемы:

8. Коиформация и фотоинактивация белков 267

Av (280 им)

(АН) ароматический остаток

АН!

A-J-H+4-.AH"

Pi Pi

выбивание металла

^ hv (254 нм) -S—связь цистииа

радикалы цистина

разрыв—S—S—или—С—S-связей

ст

изменение конформации

(сшивка) или разрушение активного

центра

инактивация

8. РОЛЬ КОНФОРМАЦИОННОГО ФАКТОРА В ФОТОИНАКТИВАЦИИ БЕЛКОВ

Конформационный фактор оказывает существенное влияние на фоточувствительность белков. Действительно, в многочисленных опытах показано, что самые различные физические и физико-химические воздействия, вызывающие структурные перестройки макромолекул, приводят к значительным изменениям квантовых выходов инактивации.

Ранее уже отмечались различия в фоточувствительности ферментов и комплексов фермент — субстрат, фермент — гормон, а также температурных А и В конформеров белков. При конформационных перестройках в белках, индуцированных ионами и малополярными растворителями, также изменяются квантовые выходы их фотоинактивации.

Зависимость фотоинактивации белков от конформа-ционного фактора (наряду со своим прямым значением для фотобиологии) позволяет характеризовать структурное состояние белка по уровню его фоточувствительности не только в растворе, но и в клетке.

9. ОСОБЕННОСТИ ФОТОИНАКТИВАЦИИ БЕЛКОВ В СОСТАВЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН

Как известно, в составе биологических мембран белки вовлекаются в интенсивные межмолекулярные взаимодействия, которые контролируют их структурное состояние. Вследствие этого конформация и, следовательно, фоточувствительность белков в составе биологических мембран и в растворе должны различаться.

Наглядным примером мембранного контроля фоточувствительности ферментов является изменение поперечного сечения инактивации эритроцитарной ацетилхолин-эстеразы после предрадиационной обработки мембран фосфолипазами А, С и D или удаления из них значительных количеств холестерина, определяющего текучесть липидной фазы. Влияние мембранного окружения на фоточувствительность фермента реализуется, по крайней мере, двумя путями: через изменение конформационно-го состояния макромолекулы за счет межмолекулярных взаимодействий и повреждение белка продуктами фотохимических превращений липидов (см. гл. XIV).

Сказанное выше означает, что «судьба» мембранного фермента зависит не только от эффективности фотохимических процессов в нем, но и от фотохимических реакций в соседних компонентах, приводящих к структурной перестройке мембраны. Наиболее детально изучено влияние УФ-света на структуру эритроцитарных и синаптосо-мальных мембран. По мере УФ-облучения детергенто-устойчивость эритроцитарных и синаптосомальных мембран, которая определяется их структурным состоянием, растет, а молярная эллиптичность в спектре кругового дихроизма при 222 нм, отражающая степень спирализа-ции белков, уменьшается. УФ-индуцированные структурные перестройки мембран осуществляются по кооперативному закону, что следует из 5-образной формы зависимости изменения вышеуказанных параметров от количества УФ-квантов и превышающих единицу нецелочисленных значений графически рассчитанных показателей Хилла.

Иными словами, при УФ-облучении обычная инактивация ферментов протекает на фоне структурной кооперативной перестройки мембраны, что может приводить к

9. Фотоинактивация белков

269

изменению фоточувствительности и модификации физико-химических и каталитических свойств остаточных, не получивших инактивирующего удара макромолекул мембранных ферментов.

Действительно, фоточувствительность мембранной ацетилхолинэстеразы меняется в ходе облучения, на что указывает отклонение кинетики инактивации от кинетики реакции первого порядка, проявляющееся в искажений линейной зависимости логарифма остаточной активности от дозы. Одновременно меняются и каталитические параметры остаточного фермента.

При инактивации ферментов в растворе УФ-свет выступает в роли необратимого неконкурентного ингибитора: в растворе представлены только активные, немодн-фицированные и полностью инактивированные молекулы фермента. Поэтому по мере УФ-облучения уменьшается только максимальная скорость ферментативной реакции, а константа Михаэлиса остается неизменной. В противоположность ферментам в растворе мембранная ацетил-холинэстераза инактивируется по типу смешанного инги-бирования с одновременным изменением максимальной скорости реакции и константы Михаэлиса.

Наряду с изменением каталитических параметров после УФ-облучения наблюдается модификация и физико-химических свойств остаточного мембранного фермента. В случае эритроцитарной ацетилхолинэстеразы зарегистрированы, например, изменения характера рН-зави-симости ее активности, константы ингибирования прозерином, термостабильности, энергии активации ферментативной реакции.

Эффект изменения структурно-функционального поведения мембранного фермента, обусловленный стериче-ским возмущением его конформации в результате фотомодификации структуры мембраны за его пределами, получил название феномена фотохимической аллотопии. Проявление феномена фотохимической аллотопии, как показали специальные опыты, обусловлено главным образом фотохимическими повреждениями белков, которые под влиянием УФ-света «сшиваются» с соседними компонентами межмолекулярными ковалентными сшивками.

Весьма существенно, что феномен фотохимической

аллотопии проявляется только у интактных мембран, сохранивших в неизменном виде присущую им «мозаику» межмолекулярных сил и взаимодействий. Модификация структуры мембран с помощью ферментов (фосфо-липаз, трипсина и нейраминидазы) или ее дезинтеграция ультразвуком приводят к исчезновению феномена фотохимической аллотопии.

10. ФОТОАКТИВАЦИЯ БЕЛКОВ

Относительно редко УФ-свет стимулирует каталитическую активность ферментов. Все известные к настоящему времени эффекты стимулирующего действия света можно подразделить на два основных типа. 1. Обратимая активация каталитической реакции. При этом диссипи-рующая в тепло энергия используется для создания каталитически благоприятных «мгновенных» стерических деформаций в области активного центра. 2. Необратимая активация фермента, связанная с фотохимическим разрывом (или образованием) ковалентных связей.

К первому типу относятся фотореактивирующий энзим (фотолиаза) и альдолаза. Фотолиаза комплексиру-ется с субстратом (содержащие димеры нити ДНК) в темноте, но для самого ферментативного акта требуется поглощение квантов света (см. гл. XVII). В случае аль-долазы каталитическую реакцию ускоряет свет, поглощаемый фермент-субстратным комплексом.

Ко второму типу можно отнести папаин и уроканазу. При УФ-облучении папаина разрушается аминокислотный остаток цистина (Цис-25) (Дозе и Ризи), что приводит к конформационной активации фермента. Менее ясен вопрос о конкретных фотохимических и структурных событиях, приводящих к активации уроканазы. Судя по спектрам действия, к активации приводит свет, поглощаемый не только ароматическими аминокислотными остатками, но и коферментом — а-кетобутиратом (Я=320 нм).

Рекомендуемая литература

Владимиров Ю. А. Фотохимия и люминесценция белков. М., 1965.

Владимиров Ю. А., Рощупкии Д. И., Фесеико Е. Е.

О механизме действия ультрафиолетовой радиации на белки.— Биофизика, 1970, 15, 254.

Волотовский И. Д., Шейко Л. М., Конев С. В. Влияние УФ-света на структуру мембран эритроцитов и каталитические свойства мембранной ацетилхолинэстеразы.— Молекулярная биология, 1976, 10, 1027.

Каюшин Л. П., Грибова 3. П., Аз изо в а О. А. Электронный парамагнитный резонанс фотопроцессов биологических соединений. М., 1973.

Конев С. В., Волотовский И. Д. Действие УФ-света на белки в растворе и составе биологических мембран.— В сб.: Фотобиология животной клетки. Л., 1979.

Перрасе Н. И., Кондакова Н. В., Калабухова Т. Н., Владимиров Ю. А., Эйдус Л. X. Изучение механизма ультрафиолетовой инактивации ферментов.— Биофизика, 1968, 13, 24.

Рощупкин Д. И., Пеленицын А. Б., Талицкий В. В. Действие ультрафиолетового излучения на мембранные структуры животных клеток.— В сб.: Роль изменений структуры мембран в клеточной патологии. М., 1977, с. 53.

Рощупкин Д. И., Фесенко Е. Е. Спектральное исследование первячных продуктов фотохимических реакций ароматических аминокислот.— В сб.: Свойства и функции макромолекул и макро-молекуляриых систем. М., 1969, с. «21.

Смит К., Хэнеуолт Ф. Молекулярная фотобиология. Процессы инактивации и восстановления. М., 1972.

AugensteinL., GhironC, Grist К., Mason R. The inacti-vation of trypsin by UV-light. II. The involvement of intramolecular H-bond disruption.—Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 1961, 47, 1733.

Dose K., R i s i S. The action of UV-light of various wavelengths on papain.— Photochem. and Photobiol., 1972, 15, 43.

Grossweiner L. Photochemical inactivation of enzymes.— Curr. Top. Radiat Res., 1976, 11, 141.

Konev S. V., Volotovskij I. D., Shejko L. M. UV-inacti-vation of enzymes in supramolecular complexes of biological membranes. The phenomenon of photochemical allotopy.— Photochem. and Photobiol., 1978, 27, 289.

Smith K- Ultraviolet radiation effects on molecules and cells.— In: The science of photobiology. N. Y., 1977, p. 113.

Глава XIV. ДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО

СВЕТА НА ЛИПИДЫ

К липидам относится широкий класс относительно низкомолекулярных соединений, обладающих более или менее выраженными гидрофобными свойствами и плохо-растворимых в воде. По химическому строению и другим признакам липиды разделяются на несколько больших групп: жиры, воска, фосфолипиды, гликолипиды и стероиды. Наибольшее значение для фотобиологии имеют фосфолипиды, являющиеся наряду с белками основным строительным материалом биологических мембран. Обязательная составная часть фосфолипидов — остаток фосфорной кислоты, который придает им полярные свойства.

Жирные кислоты, входящие в состав фосфолипидов, могут быть как насыщенными, так и ненасыщенными (содержащими С = С-связи): жирные кислоты с