В основе связывания субстрата - индуцированное взаимодействие.

Последовательная модель принимает, что субстрат оказывает более прямое влияние на форму фермента. В отсутствии субстрата фермент существовал бы более или менее полностью в T-форме, которая имеет очень низкое сродство к субстрату. Так как субстрат входит в активный центр, как обычно путем случайного столкновения, отдельные части молекулы белка фермента самостоятельно обхватывают субстрат, обеспечивая хорошее взаимодействие. Это известно как индуцированное взаимодействие. Процесс индуцированного взаимодействия способствует переходу субъединицы, с которой связался субстрат вR-конформацию.

Изменение конформации одной субъединицы индуцирует изменения структуры другой

Одна субъединица теперь была преобразована в R-форму, но другие - все еще вT-состоянии. Отметим, что эти субъединицы связаны друг с другом и взаимодействуют друг с другом. Если мы принимаем, что переход одной субъединицы изTсостояния вRоказывает влияние на переход в состояниеRдругих субъединиц, мы говорим о положительной кооперативности в действии субстрата, поскольку большее количество субъединиц, вероятно, перейдет в состояние с более высоким сродством к субстрату. Это изменение для других субъединиц может происходить до связывания субстрата или просто облегчать индуцированное взаимодействие при приближении молекулы субстрата.

Ингибиторы и активаторы. Влияние аллостерических эффекторов можно также легко объяснить. Активатор подобен в своем действию субстрату только уже при связывании с другим центром на субъеди­нице, в то время как ингибитор будет делать фермент более жестким, и затрудняет индуцированое взаимодействие при переходе от Т доR.

Отрицательная субстратная кооперативность. Отрицательная субстратная кооперативность встречается не часто, но это происходит у некоторых ферментов. Симметричная модель не может объяснить отрицательную субстратную кооперативность, так как на основе закона действующих масс трудно объяснить перемещение R T равновесия в сто­рону высокого сродства. Последовательная модель объясняет это совершенно легко. Нужно только принять, что взаимодействие между субъединицами - таково, что преобразование одной из них в R-форму вызванную индуцированным взаимодейст­вием делает это более трудным для других субъединиц.

Какая гипотеза является правильной?

Существование отрицательной кооперативности дает право предположить, что последо­вательная гипотеза более реальна. С другой стороны существование смесей Т и R субъе­диниц ведет к намного более сложному равновесию. Некоторые исследования, используя быстрые методы измерения скоро­сти реакции, предполагают, что функция некоторых ферментов лучше объясняется с по­зиций симметричной модели. В некоторой мере гипотеза симметрии может быть рас­смотрена как частный случай последовательной, в котором T/R комбинации могут существовать лишь на протяжении очень короткого времени.

Ферменты неравномерно распределены внутри клеток

Химические реакции, катализируемые ферментами, являются материальной основой про­цессов жизнедеятельности. Клетка представляет пример высокоорганизованной структу­ры с выраженной специализацией отдельных ее частей. Специализированные функции этих частей обеспечиваются специальными наборами ферментов. В свою очередь клеточ­ная специализация, характерная для многоклеточных организмов, также связана со спе­цифическими наборами ферментов. Основные субклеточные структуры и энзиматический статус тесно связаны с особыми функциями клеток, такими как способность к получе­нию энергии и синтезу белков. Структурные элементы, присущие всем клеткам называют органеллами клетки. Они в известном смысле могут сравниться с органами организма, потому что они, как и органы имеют свои задачи. Соответственно этому ферменты распределены неравномерно по клетке. Они связаны с определенными структурами клетки, обеспечивая их функциональную специфичность. Между этими структурами существует тесная взаимосвязь. Подобные отношения можно сравнить с большим заводом, в котором отдельные цеха выполняют специальные задания, однако каждый из них в своей деятельности зависит от другого. Многие ферменты тесно связаны со структурными белками в данном отсеке клетки. В некоторых случаях едва ли воз­можно различить белок фермента и структурный белок. Жесткая фиксация ферментов к структурным образованиям клетки характерна не для одного, а для целой группы фер­ментов, которые катализируют цепь метаболических превращений. В этом случае вме­шательство в структуру приводит к потере участников цепи или полной утрате функций органелл. Такие ферментные «ансамбли» называют полиферментными комплексами, если они катализируют цепь химических реакций, ведущих к образованию важного продукта (например, полиферментный комплекс дегидрогеназа пировиноградной кислоты или синтетаза жирной кислоты) или метаболонами, если речь идет об объединениях ферментов, катализирующих важный метаболический процесс (метаболон гликолитических фермен­тов или метаболон ферментов цикла трикарбоновых кислот). Образование таких фер­ментных ансамблей во многом облегчает не только катализ (снимается ограничивающее влияние диффузии на скорость процесса), но и механизмы регуляции. Приведенные выше механизмы регуляции влияют не на отдельные ферменты этого ансамбля, а на всю струк­туру комплекса. Внутриклеточные мембранные структуры позволяют разделить клетку на отдельные отсеки - компартменты. Такой способ организации процессов создает предпо­сылки для создания новых механизмов регуляции.