Зазначено, що сучасні методи детектування та спектроскопії поодиноких молекул дозволяють безпосередньо спостерігати довгі серії реакційних обертів однієї й тієї ж макромолекули у реальному часі. У межах розвиненої раніше теорії субстрат-конформаційної взаємодії подано простий спосіб підрахунків головних статистичних характеристик одномолекулярних траєкторій, що несуть інформацію про модуляцію реакційного циклу повільними конформаційними рухами макромолекули. Комп'ютерні симуляції показують значні якісні відмінності цих характеристик від таких, що розраховані у межах стандартної (біо)хімічної кінетики.

Зазначено, що майже всі реакції білків демонструють відхилення від простої поведінки в межах стандартної (біо)хімічної кінетики. Це зумовлено виключною структурною лабільністю білкових макромолекул, зазвичай не менш важливою для ефективності реакції, ніж властивості активного центру. Розкриття механізмів структурної регуляції наштовхується на значні труднощі з огляду на їх прихований характер, оскільки сучасні експериментальні та обчислювальні засоби ще далеко не достатні для одночасного моніторингу перебігу реакції та супутніх конформаційних змін, сліди яких доводиться розшифровувати тільки з кінетики реакції. Тим не менш, можливо дійти до надійних висновків щодо функціонування білків і характеру їх структурної релаксації за допомогою наведеного зручного та обчислювально доступного підходу.

Індекс рубрикатора НБУВ: Е0*725.111.3

Рубрики:

Загальна біологія

Шифр НБУВ: Ж22412/а Пошук видання у каталогах НБУВ 

Схема Міхаеліса - Ментен (MM) достатньо давно слугує основою для ферментативної кінетики. Ранні спроби пошуку внутрішніх механізмів регуляції активності ферментів, що кореняться в їх конформаційній лабільності, та відповідних відхилень від класичної кінетики були практично ігноровані протягом тривалого періоду. Однак сьогодні не бракує теоретичних робіт, присвячених різноманітним ММ-подібним схемам. Це, здебільшого, зумовлено впровадженням в ензимологію метод досліджень на рівні поодиноких молекул, а також подібностями до гетерогенної (нано)каталізи, де модель Ленгмюра - Гіншелвуда є прямим аналогом ММ-схеми. Додільно оцінити проміжні здобутки в цьому напрямі. З цією метою розглянуто найосновніший приклад - реакції мономерних ферментів з єдиним місцем зв'язування. У цьому наріжному випадку ясно, які нові можливості виникають внаслідок конформаційних флюктуацій ферменту і наскільки прозорою є їх фізична природа. Описано мінімальні ММ-подібні схеми, які вичерпують всі характерні явища регуляції, спричинені наявністю конформаційних каналів (немонотонна залежність швидкості від швидкости вивільнення субстрату, кооперативність і субстратне інгібування). Окреслено альтернативний підхід до функціонування ферментів у термінах нерівноважних фазових переходів, заснований на запропонованій авторами раніше концепції молекулярної самоорганізації.

У пошуках нестандартних шляхів конформаційної регуляції активно використовують різноманітні, іноді переускладнені, версії схеми Міхаеліса-Ментен. На прикладі мономерних ензимів з одним місцем зв'язування визначено мінімальні схеми, що уможливлюють особливі регуляторні властивості типу "кооперативності", субстратного інгібування тощо. Проілюстровано найпростіші шляхи розрахунку швидкості ензиматичної реакції в ансамблі або на рівні поодинокої молекули ензиму.

Особливістю біологічних систем є їх суттєва структурна неоднорідність. Це проявляється в тому, що процеси, які спостерігаються на наноскопічному рівні, є багатостадійними в часі. Викладено підхід, який надає можливість на базі методів нерівноважної статистичної механіки отримувати кінетичні рівняння, що уможливлюють опис еволюції повільних процесів на тлі більш швидких. До найбільш важливих швидких процесів належать коливальна релаксація в електронному термі та стохастичні відхилення положення електронних енергетичних рівнів системи від їхніх стаціонарних положень. Як приклад показано, яким чином можна описувати кінетику одно- та двоелектронного переносу через білкові ланцюжки, передачу триплетного збудження в пігмент-білковому комплексі за участю кисню, кінетику температурно-незалежної десенсибілізації больових рецепторів, а також конформаційну регуляцію ферментативних реакцій.