скольку при высоких значениях V ингибирование носит неконкурентный характер, значительная доля фермента в насыщающих условиях находится в конформации Т 1 или, иначе, А).

R =

Как мы видели ранее, неконкурентное hhiибирование не снимается полностью при очень высоких концентрациях субстрата Моно и др. ввели функцию состояния R, которая определяется как доля фермента, находящегося в конформации R (В)*

(1 а)"

(6-57)

L (1 -L са)п (1 а)'1 •

В /(-системе (см. разд. Б, 2) скорость ферментативной реакции определяется именно величиной R. На рис. 6-11 представлен график зависимости R от lg а. Заметим, что, когда величина U мала, функция состояния R не стремится к нулю, даже если [S]—Ю. Иными словами, фер* мент никогда полностью не «выключается». Точно так же при высоких значениях U фермент никогда не работает на полную мощность.

Рис. 6-11 можно сопоставить с рис. 6-7, на котором приведены аналогичные кривые для случая неконкурентного ингибироваиия мономерного фермента. Отметим, что насыщение олигомерного фермента происходит в более узком интервале концентраций лиганда, чем для мономерного фермента, т. е. насыщение олигомерного фермента субстратом (особенно в присутствии ингибитора) происходит кооперативно. Это имеет место лишь в том случае, когда в отсутствие субстрата фермент находится преимущественно в состоянии Т (А).

В модели Моно и др. [35] аллостерические взаимодействия между двумя идентичными молекулами (будь то молекулы субстрата или эффектора) называются гомотропными. Подобные взаимодействия приводят к кооперативному или антикооперативному характеру связывания. Аллостерические взаимодействия между неидентичными молекулами (например, между субстратом и активатором) называются гетеротроп-ными.

Для многих ферментов модель Моно и др. оказывается слишком упрощенной, и для анализа равновесного связывания необходимо применять более общий подход (гл. 4). Следует, однако, иметь в виду, что наряду с /(-системами существуют V-системы, в которых аллостернче-ский эффектор вызывает изменение максимальной скорости [см. схему (6-47)], а иногда и обоих кинетических параметров одновременно (максимальной скорости и сродства к субстрату).

Тот факт, что экспериментальные данные удовлетворительно описываются тем или иным уравнением, нельзя рассматривать как доказательство адекватности предлагаемой математической модели. Например, Рабин [40] дал иное простое объяснение сигмоидного характера кривой зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата1*. Кооперативными свойствами может обладать даже мономерный фермент с единственным центром связывания. Фермент в активной конформации (Е) взаимодействует с субстратом, и образующийся комплекс ES быстро распадается с образованием продукта [верхняя петля на схеме (6-58)]. Однако не исключена возможность медленного

ES » Е + Р

"j (Ь-58)

МЕДЛЕННО

ES'

Е'(Неактив МАЯ ФОРМА)

конформационного перехода Е—»-Е' (где Е'— малоактивная форма, обладающая значительно меньшим сродством к субстрату). Комплекс же E'S (если он образуется) может находиться в равновесии с ES, что вызывает изменение конформационного состояния белка. При низких концентрациях субстрата будет преобладать форма Е', и поэтому ферментативная активность будет низкой. При высоких концентрациях субстрата фермент будет оставаться в форме Е достаточно долго, чтобы связать еще одну молекулу субстрата и сохранить, таким образом, активРабий [40] ограничился лишь качественными рассуждениями Количественно воиррс рассмотрен в работе Ainshe G. R., Jr, Shill J. P., Neet К E. (1972) J. Biol. Chem., 247, 7088—7096. — Прим. перев.

ную конформацию. Детали этой и других кинетических моделей, из которых следует, что кривые зависимости скорости от концентрации субстрата должны иметь сигмоидный характер, обсуждаются Ньюсхолмом и Стартом [41].

Кооперативный характер связывания ферментов с субстратами имеет, пожалуй, такое же большое физиологическое значение, как и кооперативное связывание гемоглобина с кислородом, которое обеспечивает более эффективное высвобождение связанного кислорода в тканях (гл. 4, разд. Д, 5). Кооперативность связывания субстрата отсутствует в том случае, когда благодаря избытку активатора фермент переходит в состояние R (В), при котором связывающие центры ведут себя независимо. В то же время связывание активатора должно характеризоваться сильно выраженной кооперативностью, т. е. скорость реакции должна изменяться при изменении концентрации активатора сильнее, чем в случае гиперболической активации. Аналогичным образом кооперативное связывание ингибитора обеспечивает более быстрое «выключение» фермента при увеличении концентрации ингибитора. По-видимому, эволюция олигомерных ферментов (по крайней мере отчасти) обусловлена большей эффективностью механизмов регуляции, в основе которых лежит кооперативное связывание эффекторов.

7. Регуляторные субъединицы

Известны ферменты (и число их непрерывно растет), которые наряду с «каталитическими» субъединицами, несущими акти