Молекулярные свойства ферментов

Измерения К_м, K_i, молекулярной массы, электрофоретической подвижности, антигенности и тепловой инактивации ферментов дают ценную информацию об их молекулярных свойствах. При исследовании ферментов, выделенных из органов молодых и старых животных, подобные измерения полезны при решении вопроса о том, одинакова ли структура ферментов, синтезированных в старых и молодых организмах. Если структурные различия не наблюдаются, то, по-видимому, в течение всей жизни фермент кодируется одним и тем же геном, не претерпевающим структурных изменений. Если же различия есть, то это означает, что на различных стадиях жизни функционируют разные гены или же происходят изменения в нуклеотидах, вызывающие изменения кодонов. Вместе с тем такие ошибки в строении молекул белка, как замена аминокислот, могут вноситься в ходе синтеза белка. Для соответствующих исследований требуются в высокой степени очищенные ферменты. Трудность этих исследований заключается в том, что если изучаемый фермент имеет изоферменты и доминирующей формой в одном возрасте является один изофермент, а в другом - другой, то кинетические параметры фермента могут быть различны. Поэтому прежде всего нужно установить, имеет ли изучаемый фермент изоферменты. Если суметь преодолеть трудности, в подобных исследованиях можно получить полезную информацию.

Как функции возраста были измерены кинетические параметры только небольшого числа ферментов на неполностью очищенных препаратах. Это ацетилхолинэстераза [81] и пируваткиназа [22] мозга; миозиновая АТРаза [51, 105] и альдолаза скелетных мышц [38]; пероксид-дисмутаза [93], цитоплазматическая аланинаминотрансфераза [87] и альдолаза [39] печени млекопитающих.

В табл. 3.5 приведены различные кинетические параметры ферментов, выделенных из органов молодых и старых крыс. В целом видно, что существенной разницы в К_м, K_i, молекулярной массе и электрофоретической подвижности нет. Однако удельная активность альдолазы [39] и пероксид-дисмутазы [93] старых крыс составляет только 30-70% активности этих ферментов у крыс среднего возраста. Ферменты старых крыс, кроме того, более термолабильны. Эти различия были объяснены посттрансляционными модификациями [37].

Таблица 3.5. Сравнение кинетических свойств очищенных ферментов, полученных в молодом и старом возрасте

Поскольку были изучены молекулярные свойства только нескольких ферментов, определенных заключений сделать пока нельзя. Однако данные по тем ферментам, кинетические параметры которых известны, показывают, что в организмах молодых и старых животных синтезируются одни и те же молекулы. Следовательно, гены, ответственные за их синтез в разных возрастах, по-видимому, одни и те же. Небольшие различия, наблюдаемые в случаях аланинаминотрансферазы молодых и старых крыс, могут быть связаны со сменой форм изофермента, как это показано Патнайком и Канунго [87]. Различия в удельной активности и термолабильности пероксид-дисмутазы и альдолазы были отнесены к посттрансляционным модификациям [37] (гл. 9).

Была выдвинута и альтернативная точка зрения, заключающаяся в том, что старение происходит в результате прогрессивного нарастания с течением времени числа ошибок в молекулах белка. Эта точка зрения основана на том, что с возрастом постепенно увеличивается неактивная фракция молекул фермента [47, 48, 84] (гл. 9). С ней трудно согласовать понижение в старости удельной активности пероксид-дисмутазы, с одной стороны, и повышение удельной активности миозиновой АТРазы - с другой. В последнем случае К_м и V_max в старости повышаются, что может происходить благодаря конформационным изменениям, индуцированным эффектором. Ряд авторов считает [44, 93], что некоторые изменения кинетических параметров пероксид-дисмутазы и фосфоглицераткиназы нельзя объяснить ошибками в синтезе; скорее всего, они возникают из-за посттрансляционных модификаций - таких, как фосфорилирование, метилирование, ацетилирование и т. д. Было бы интересно выяснить, каким образом в старости происходят такие посттрансляционные модификации (детальное обсуждение этого вопроса приведено в гл. 9).