Симметричная модель

В этой модели предполагается, что каждый мультимерный ферментный комплекс может существовать по крайней мере в двух разных состояниях с неодинаковой четвертичной структурой, причем в каждом состоянии все субъединицы имеют одинаковую третичную.

В простейшей модели рассматриваются два состояния, находящиеся в равновесии друг с другом. В одном из них белок имеет высокое сродство с субстратом (R-состояние, от англ. relax — ослаблять), а в другом — низкое (T-состояние, от англ. tense — напрягать). Добавленный субстрат будет предпочтительно связываться с R-конформерами фермента, а связывание его с T-конформером приведет к возникновению напряжения в субъединицах фермента, что вызовет одновременный переход всех субъединиц в R-состояние (в котором напряжение отсутствует).

Рис. 17

При таком согласованном переходе сохраняется молекулярная симметрия каждой мультимерной молекулы. При дальнейшем добавлении субстрата все больше и больше молекул будет переходить из Т- в R-состояние. Такой сдвиг равновесия в присутствии субстрата представляет собой эффект положительной кооперативности. В результате этого эффекта график зависимости V от [S] будет иметь S-образную форму.

Последовательная модель

В этой модели предполагается, что отдельные субъединицы мультимерной молекулы могут в одно и то же время иметь разные третичные структуры. При этом связывание субстрата одной субъединицей может вызвать изменение третичной структуры соседней субъединицы (или соседних субъединиц) и в результате увеличивать (положительная кооперативность) или уменьшать (отрицательная кооперативность) их сродство к субстрату.

Аллостерическая регуляция

Представляет собой эффект, наблюдаемый в тех случаях, когда небольшие молекулы (эффекторы), связываясь с ферментом не в области активного центра, изменяют скорость реакции.

Подобная регуляция может быть гомотропной, когда молекула субстрата, взаимодействуя с ферментом, изменяет его сродство к молекулам того же субстрата, и гетеротропной, когда сродство к субстрату изменяется при взаимодействии фермента с молекулой, не похожей на молекулы субстрата.

Эффекторы активаторы ингибиторы

Активатор, действующий на фермент, описываемый симметричной моделью, будет связываться предпочтительно с R-конформером, стабилизируя его состояние. В результате активатор будет увеличивать начальную концентрацию R-конформеров по сравнению с концентрацией T-конформеров и, следовательно, увеличивать сродство фермента к своему субстрату (положительная кооперативность).

Ингибитор, наоборот, предпочтительно связывает и стабилизирует фермент, находящийся в T-состоянии, вызывая таким образом уменьшение сродства фермента к своему субстрату (отрицательная кооперативность).

В целом роль аллостерических эффекторов заключается в том, чтобы либо расширить (в случае ингибитора), либо сузить (в случае активатора) диапазон концентраций субстрата, в котором фермент способен увеличивать скорость реакции.

Глоссарий

ΔG^‡ — энергия активации.

ΔG⁰ — свободная энергия.

Активный центр фермента — это особый участок молекулы белка, где может связываться субстрат (или субстраты) с образованием фермент-субстратного комплекса. Активный центр почти всегда состоит всего лишь из нескольких аминокислотных остатков.

Бесконкурентный ингибитор — молекула, которая связывается только с фермент-субстратным комплексом и не может связаться со свободным ферментом. В односубстратных ферментных системах этот тип ингибирования встречается довольно редко.

Ингибитор — молекула, которая, связываясь с ферментом, блокирует какую-то стадию ферментативной реакции.

Конкурентный ингибитор — молекула, настолько похожая по своей структуре на молекулу субстрата, что фермент не может различить их, она связывается с активным фермента.

Неконкурентный ингибитор — молекула, связывающаяся не с активным центром фермента, а с каким-то другим участком.

Субстрат — молекула (обозначаемая S), которая после взаимодействия с ферментом (Е) превращается в продукт (Р).

Фермент — белок, который увеличивает скорость биохимических реакций.

Энергия активации — энергия необходимая для того, чтобы заставить субстраты вступить в реакцию.