Модель индуцированного соответствия

Недостатком модели Фишера является подразу­меваемая «жесткость» каталитического центра фермента. Гораздо большей универсальностью характеризуется модель индуцированно­го соответствия, предложенная Кошландом. Эта мо­дель основывается на весьма убедительных экспери­ментальных данных, которые подтверждают высокую степень подвижности каталитического центра. В соответствии с моделью Фи­шера считается, что каталитический центр заранее подогнан под структуру молекулы субстрата. В модели же индуцированного соответствия субстрат инициирует такие конформационные изменения фермента, при которых радикалы соответствующих аминокислотных остат­ков и другие функционально важные группы фермента принимают простран­ственную ориентацию, необходимую для катализа. При формировании активной конформации некоторые аминоки­слотные остатки могут погружаться внутрь молеку­лы

фермента. На рис. 5.3 схематично показаны конформационные перестройки в области активного центра фермента, индуцированные субстратом.

Рис.5.3 Схематическое представление конформационных изменений в молекуле фермента при связывании субстрата согласно модели индуцированного соответствия.

Как можно видеть, в связывании субстрата принимают участие как гидрофобные, так и заря­женные радикалы аминокислот (область, обозначенная точками). В катализе непосредственно участвуют остаток фосфосерина (Р) и SH-группа цистеина. Остатки, не вовлекаемые в процессы связывания субстрата и катализа, пред­ставлены лизином - Lys и метионином - Met. В отсутствие суб­страта каталитические и субстрат-связывающие группы находятся на большом расстоянии друг от друга. При добавлении субстрата, последний индуцирует соответствующие конформационные перестройки фермента, в результате которых активные группы занимают поло­жение, необходимое для связывания субстрата и для катализа. Одновременно изменяется пространственное расположение других остатков – теперь радикалы Lys и Met оказываются сближенными.

Аналоги субстратов также могут изменять конфор­мацию ферментов, но поскольку не любой аналог способен метаболизироваться, точно так же далеко не все конформационные изменения ферментов, индуцируемые такими аналогами, становятся активными (см. рис. 5.4).

Рис. 5.4 Схематическое представление конформационных изменений в ферменте при связывании истинного субстрата (А) и его аналогов (Б, В).

При связывании истинно­го субстрата (А) функциональные группы фермента (обозначены черными точками) приобретают нужную ориентацию. Присутствие же аналога субстрата – либо более объемного (Б), либо, наоборот, меньшего по размеру (В) – индуцирует неправильное расположение этих групп. На рис. 5.4 показана еще одна структурная особенность фер­мента - наличие небольшой выемки в правой части. Представим, что эта выемка является регуляторной областью, предназначенной для связывания эффектора. Тогда молекула-эффектор, попадая в этот центр будет препятствовать перемещению одного из полипептидных участков фермента, который несет каталитическую группу. В результате будет иметь место связывание субстрата без катализа.

На рис. 5.5 приведена последовательность возможных событий, из которых складываются индуцирован­ные субстратом конформационные изменения белка.

Рис.5.5 Схема альтернативных путей реакции при индуцировании субстратом конформационных изменений в ферменте. Сначала фермент претерпевает конформационное изменение (А), затем связывает субстрат (Б). В другом случае фермент сначала связывает субстрат (В), а затем претерпевает конформационное изменение (Г). Наконец, оба процесса могут раз-виваться согласованным образом (Д) с образованием конечной конформации (Е).

Предположим, что известна полная первич­ная структура какого-либо фермента. Но даже в этом случае обычно бывает трудно решить, из каких именно аминокислотных остатков формируется каталитический центр. Как явствует из модели индуцированного соответствия, эти остатки могут располагаться далеко один от другого в полипептидной цепи, однако они оказываются сближенными в трехмерной (третичной) структуре. Например, в формировании активного или каталитического центра могут прини­мать участие аминокислотные остатки, принадлежащие нескольким спирализованным сегментам полипептидной цепи, как это имеет место в случае гемо­глобина или химотрипсина.