Изложены основные идеи ультраметрического (p-адического) описания конформационной динамики белковой молекулы и кинетики связывания СО миоглобином. Показано, что существенно различные свойства кинетики связывания в высокотемпературной (300÷200 K) и низкотемпературной (180÷60 K) областях могут быть описаны одной и той же моделью типа «реакция – ультраметрическая диффузия». Мы полагаем, что этот результат указывает на особую организацию белковой молекулы. Помимо прочего, она организована так, что её конформационная подвижность меняется самоподобным образом от комнатной температуры до криогенной.

Ключевые слова: связывание СО миоглобином, динамика белка, ферментативная кинетика, математическое моделирование, ультраметрическое случайное блуждание, p-адические числа.

1. Введение. Среди экспериментальных исследований динамики и функции белков кинетика связывания СО миоглобином занимает особое место. Схема эксперимента, предложенная в [1,2], была простой. Связанные с СО молекулы миоглобина облучали коротким лазерным импульсом, разрывающим связь СО с гемовым железом активного центра белка, и затем следили за кинетикой обратного связывания СО на большой шкале временных масштабов (10⁻⁷÷10² сек) и в широком диапазоне температур (300÷60 K). Кинетические кривые из [2] приведены на рис. 1. Сразу обращает на себя внимание тот факт, что в высокотемпературной (300÷200 К) и низкотемпературной (190÷60 K) областях кинетика связывания различается существенно. Высокотемпературные кривые имеют два характерных участка — степенной и экспоненциальный. При 300 K кинетика связывания экспоненциальная, с характерным временем порядка 10⁻¹ сек. Однако с понижением температуры на начальной стадии начинает проявляться степенной участок, который затем распространяется на бо´льшую часть времени наблюдения. При этом скорость реакции на степенном участке растёт, а на экспоненциальном участке падает. В низкотемпературной области (190÷60 K) во всем окне наблюдения кинетика неэкспоненциальная и скорость реакции с понижением температуры падает.

Степенной и экспоненциальный участки высокотемпературной кинетики, как выяснилось (см. [2]), обусловлены разными положениями, в которых может оказаться молекула СО при фотодиссоциации — она может остаться в активном центре белка, а может и покинуть белковую глобулу. В последнем случае лимитирующей стадией становится обратное проникновение СО извне в область активного центра. Характерное время этой стадии существенно большее времени перестроек активного центра, инициированных разрывом связи с СО, оно определяет скорость связывания, и кинетика оказывается экспоненциальной. В отличие от этого кинетика связывания молекул СО, оставшихся в активном центре, отличается от экспоненциальной и имеет многомодовый характер. В высокотемпературной области к связыванию таких молекул СО относится степенной участок кинетической кривой, а в низкотемпературной области —все временно´е окно. Многомодовая неэкспоненциальная кинетика связывания этих молекул и представляет основной интерес.

формате PDF (264Кб)