жностью, образован четырьмя идентичными субъединицами типа 1 (называемыми также а- или Н-субъединицами) и часто обозначается как а*. Тетрамер с наименьшей электрофоретической подвижностью, 1р4, состоит из четырех субъединиц типа 2 ({J-, или М-субъединицы). Три другие формы (азр\ (X2fh и сфз) содержат субъединицы обоих типов в разных соотношениях. За синтез этих двух субъединиц отвечают разные гены, активности которых различны в разных тканях. Так, в сердечной мышце и в печени в основном продуцируются субъединицы типа 1, в то время как в скелетной мышце — преимущественно субъединицы типа 2.

Почему клетки продуцируют изоферменты? Прежде всего ферменты с различающимися кинетическими свойствами необходимы для выполнения функций, меняющихся со временем или в зависимости от условий [69]. Так, концентрация субстрата может сильно варьировать от ткани к ткани; такие же различия существуют между митохондриями, ядром и цитоплазмой клетки, а также на разных стадиях развития организма. В случае лактатдегидрогеназы изофермент 1 ингибируется избытком пирувата — продуктом катализируемого этим ферментом окисления лактата:

H он coo

cooL- лактот

Хотя природа этого ингибирования продуктом неясна2), целесообразность его, по-видимому, можно понять (по крайней мере в какой-то степени) для такого «аэробного» органа, как печень, в которой пируват удаляется окислением; избыточная же активность лактатдегидрогеназы подавляется в ней при накоплении пирувата. В то же время изофермент 2 скелетной мышцы не ингибируется избытком пирувата и отвечает требованиям, предъявляемым к ферменту, который должен восстанавливать пируват до лактата при увеличении мышечной активности3).

Более показательным примером фермента, который может находиться во множестве разных форм, является гексокиназа [схема (6-91)] [70]. Гексокиназа мозга характеризуется низким значением константы iMиxaэлиca для глюкозы (Км. = 0,05 мМ). Она способна, следовательно, фосфорилировать глюкозу, обеспечивая дальнейший метаболизм этого субстрата, даже когда концентрация глюкозы в мозге падает до очень низкого уровня. В то же время глюкокиназа, изофермент печени, «уда1) Изоферментами рекомендуется называть только те множественные формы ферментов, появление которых связано с генетически детерминированными различиями в

первичной структуре; к ним не относят формы, образующиеся вследствие модификации одной и той же последовательности аминокислотных остатков [см. Рекомендации

Комиссии по биохимической терминологии прн Международном союзе теоретической

и прикладной химии и Международном биохимическом союзе, опубликованные в J.

Biol. Chem. (1977), 252, 5939—5941]. — Прим. перев.

2) Химическая природа ингибирования обсуждается в гл. 8, разд. 3.7.а [см. также

Сугробова Н. П., Курганов Б. И., Яковлев В. А. (1975), 40, 281—289; Burgner J. W.,

Ainslie G. R., Jr., Cleland W. W., Ray W. J., Jr. (1978). Biochemistry, 17, 1646—1653;

Burgner J. W., Ray W. J., Jr. (1978). Biochemistry, 17, 1654—1661]. — Прим. перев.

3> Подробнее см. обзор Everse J, Kaplan N. О. (1973). Adv. Enzymology, 37, 115—] 24. — Прим. перев.

лающий» глюкозу из крови, характеризуется тораздо большим значением /См (~10 мМ) и его активность становится достаточно высокой лишь при больших концентрациях глюкозы (в крови она обычно составляет ~5,5 мМ).

Помимо тех причин существования изоферментных форм, о которых мы уже говорили, можно отметить расщепление проферментов, приводящее к образованию множественных форм, частичный гидролиз ферментов, а также обратимую модификацию белковых молекул (последнее обсуждается в разд. Е, 4).

Наличие изоферментов может быть обусловлено также генетическими вариациями в гетерозиготах. Так, если генетически детерминированный вариант определенного белка несет на один положительный или отрицательный заряд больше (или меньше), чем «стандартный» фермент, то при электрофорезе соответствующей белковой фракции у гете-розигот будет обнаружен новый изофермент. Следует отметить, что электрофоретический метод, часто используемый для выявления изоферментов, не позволяет обнаружить генетические варианты, в которых замещения аминокислот не приводят к изменению заряда молекулы.

Изоферменты обозначают самыми разными способами, но в настоящее время принято присваивать им номера в порядке уменьшения их электрофоретической подвижности. Обычно электрофорез проводят при рН 7—9 Большинство ферментов в этом интервале рН заряжено отрицательно. Ферменту, движущемуся с наибольшей скоростью к аноду, приписывается номер 1. Подобный способ уже давно используется при электрофорезе белков крови. Так, глобулины нумеруются в порядке уменьшения их подвижности (аг, (Х2 и т. д.; см, дополнение 2-А) [71].

3. Пространственное разделение: изолированные отсеки и организованные ансамбли

Важные моменты контроля метаболизма связаны с пространственной организацией клетки. У бактерий периплазматическое пространство (гл. 5, разд. Г) изолировано от цитозоля, и ферменты, локализованные в этом пространстве, не