ДИНАМИКА И КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙВ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАШИНАХ. ПРИМЕРАТФАЗЫ 

Норман Г.Э.

Московский физико-технический институт

На примере митохондриальной F_o^.F₁-H⁺-ATP-синтетазыдан обзор как основных представлений о миниатюрных молекулярных электромеханических обратимо работающих машинах, так и существующих трудностей в понимании их работы. Рассмотрен общепризнанный на сегодняшний день механизм работы фермента по схеме “чередования изменяющегося сродства”, предложенный на основании расшифровки структуры АТРазы с помощью рентгеноструктурного анализа. Выделены динамические и термодинамические стадии работы фермента. Представлена кинетическая схема гидролиза АТР, т.е. последовательность химических реакций, следующая из экспериментального изучения кинетики гидролиза АТР [1]. Экспериментально наблюдаемая кинетическая схема не укладывается в умозрительную модель “чередования сродства”. В частности, выдвинута гипотеза о различии механизмов синтеза и гидролиза АТР ферментом. Этот вывод [1] имеет важное практическое значение, так как пути синтеза и гидролиза, в случае их патологии, должны быть объектами лечения и, оказывается, их нельзя считать идентичными с точностью до направления превращений интермедиатов, как следовало бы из принципа микрообратимости. Догма молекулярной фармакологии: без мишени нет лекарства. Мишенью в данном случае становится путь реакции. Одностороннее движение на уровне индивидуальных молекулярных машин обнаружено А.Д. Виноградовым и для некоторых других молекулярных машин митохондрий.

          Обсуждается попытка [2] совместить кинетическую схему [1] с динамикой (механическим движением) молекулярной машины АТРазы . Рассматриваются возможные механизмы [1,2] возникновения необратимости при работе ферментов. Для пояснения различия путей реакции “туда” и “обратно” привлекается молекулярное моделирование динамических путей реакции при наличииасимметричной области ветвления (бифуркации) на поверхности потенциальной энергии и учете стохастических вкладов в уравнения движения [3].Обсуждается принципиальная роль времени релаксации в биофизической термодинамике, точнее соотношения между характерным временем механического движения молекулярной машины и временем релаксации в области ветвления осуществляемых ею химических реакций.

1. А.Д.Виноградов, Биохимия, 64, 1443 (1999).

2. А.С. Каклюгин, Г.Э. Норман, Российский химический журнал 45, № 1, 3 (2001);

3. Г.Э. Норман, В.В. Стегайлов, там же, 45, №1, 9 (2001).