Language
Country/Area
No result found
Расшифровка чуда регуляции жизни: в чем секрет голоферментного катализа?
Ферменты являются незаменимыми катализаторами жизненных процессов, и среди этих ферментов аллостерические ферменты обладают исключительными характеристиками благодаря своим уникальным регуляторным механизмам. Действие холоферментов не ограничивается их активными сайтами. Связываясь с аллостерическими модуляторами, эти ферменты могут вызывать значительные изменения сродства в различных сайтах связывания. Это явление называется «эффектом расстояния». Этот способ регуляции имеет решающее значение для многих фундаментальных биологических процессов, особенно в клеточной передаче сигналов и метаболической регуляции.
Голоферментная регуляция — это изменение, которое происходит в белках путем связывания с эффекторными молекулами в их неактивных участках.
Голофермент не обязательно должен быть в форме полимера. Многие исследования показали, что одна ферментная система также может проявлять свойства голофермента. В области биохимии голоферментная регуляция (или голоферментный контроль) относится к регуляции белков путем связывания эффекторной молекулы. Место, где связывается эффекторная молекула, называется сайтом голофермента. Эти голоферментные сайты позволяют эффекторным молекулам связываться с белком, часто вызывая конформационные изменения, влияющие на динамику белка. Эффекторные молекулы, усиливающие активность белка, называются активаторами холоферментов, а снижающие активность — ингибиторами холоферментов.
Регуляция холоферментов естественным образом демонстрирует парадигмы циклов управления, такие как обратная связь от последующих продуктов или прямая связь от вышестоящих субстратов. Эффекты голоферментов дальнего действия особенно важны в передаче сигналов в клетках. Этот регуляторный механизм позволяет клеткам регулировать активность ферментов для поддержания внутреннего гомеостаза в изменяющейся среде.
Термин «холоферментная регуляция» происходит от греческого языка, что означает «другой твердый объект» и указывает на физическую разницу между регуляторным участком голоферментного белка и его активным участком.
Каталитическая реакция голофермента имеет решающее значение в живых организмах, поскольку скорость некатализируемых реакций чрезвычайно мала. Одним из ключевых факторов эволюции белков является оптимизация каталитической активности посредством динамики белков. В отличие от ферментов без связывающих доменов или субъединиц, большинство голоферментов имеют несколько связывающих доменов или субъединиц, которые проявляют свойства кооперативного связывания. Эта кооперативность часто приводит к S-образной кривой зависимости голофермента от концентрации его субстрата, что позволяет ему значительно регулировать свою каталитическую мощность в ответ на небольшие изменения концентрации эффекторных молекул.
Эффекторными молекулами может быть сам субстрат (гомогенные эффекторные молекулы) или другие небольшие молекулы (гетерогенные эффекторные молекулы), которые перераспределяют связывание фермента между состояниями с высоким и низким сродством. Сайт связывания гетерогенной эффекторной молекулы, часто называемый голоферментным сайтом, относительно независим от активного центра, но термодинамически связан.
База данных голоферментов (ASD) представляет собой центральный ресурс для отображения, поиска и анализа структуры, функций и связанных с ними аннотаций голоферментов и их регуляторов.
Как классический пример холофермента, хотя гемоглобин и не является ферментом, предварительная интерпретация его холоферментных свойств и кристаллической структуры заложила основу для последующих исследований. Недавно аспартаткарбоксилтрансфераза (АТСаза) кишечной Escherichia coli стала еще одним хорошим примером полноферментной регуляции. Кинетические свойства голофермента часто можно объяснить его конформационными изменениями между низкоактивным «напряженным (T) состоянием» с низким сродством и высокоактивным «расслабленным (R) состоянием» с высоким сродством.
Эти структурно охарактеризованные формы ферментов были подтверждены в нескольких известных голоферментах. Однако механизм преобразования между ними не до конца понятен. Что касается регуляции голоферментов, были предложены две основные модели: «модель сотрудничества» Моно, Ваймана и Чангё и «модель последовательности» Кошланда, Немети и Филмера. Модели сотрудничества полагают, что белки имеют два глобальных состояния «все или ничего», в то время как модели последовательностей полагают, что существует множество различных глобальных конформационных/энергетических состояний.
Хотя обе модели дают некоторое объяснение поведения голофермента, они все же не могут полностью объяснить поведение голофермента при связывании. В настоящее время сочетание физических методов (например, рентгеновской кристаллографии, малоуглового рентгеновского рассеяния или SAXS) и генетических методов (сайт-направленный мутагенез или SDM) может улучшить наше понимание голофермента.
Этот изысканный регуляторный механизм, несомненно, демонстрирует способность организмов к саморегулированию. Так какую же более глубокую мудрость жизни раскрывает тайна голоферментного катализа?
