Biokhimia_T1_Strayer_L_1984 (1123302), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Субстрат через боковую цепь своего тирозина связывается в неполярном кармане фермента. 3. Водород ХН-группы той пептидной Рве. 7.26. Пространственное расположение глнцилтирозина в активном центре карбоксипептидазы А. Глицилтирознн (субстрат) изображен красным. (В!очу О.Мн Вге)гх Т.Ан Х-гау г)(йгасг)оп згпг((ез о( епхупгез, Апп. Кеч. Вюсйепзн 39, 78, Спрут(8Ь1 1970.) Часп 1 146 Квиформания и динагиика связи, которая должна гидролизоваться, соединяется водородной связью с ОН-группой ароматической боковой цепи тирозина-248. 4. Карбонильный кислород той же пептидной связи вступает в координационную связь с ионом цинка 5. Концевая аминогруппа субстрата образует водородную связь через вклнннваюпгуюся молекулу воды с боковой цепью глутамата-270.
Это взаимодействие, вероятно, не имеет места в случае реакционноспо- 20 А Рис. 7.27. и Структура карбоксипептидазы А меняется при связывании субстрата: А в фермент без субстрата (Аг8 145 показан желтым, Сг!и 270 — зеленым, Туг 248 — синим); Б-ферментсубстратньгй комплекс (гли- пилтирозин, субстрат, изображен красным).
На рисунке показана только часть молекулы фермента. [1зрясопгЬ %. М., Ргос. Вобегг А. Фе!сЬ Роппг(. СопГ. СЬегп. Коз., ! 5, 140-141 (1971).~ н о о ос но / сн,— с — н н о о с н — н )0!и-270 о о- Ъ, с но ' ' сн,— с н ! н М~ н н о о о о сн, с ( =:1 н — н ОШ-270 о о- с но / сн,— с — н ) н н н,о д но о "Ф о о сн, с н — н 6!и 270 Рнс.
7.28. Постулированный механизм каталитического действия карбоксипептидазы А: О)ц-270 непосредственно атакует карбонильный углеродный атом гидролизуемой пептидной связи, а Туг-248 отдает протон на Ь)Н-группу этого пептида. Образующийся в результате ангидрид далее подвергается гидролнзу. собного Еб-комплекса, и именно оно, возможно, является причиной крайне медленного гидролиза глицилтирозина. Связывание глицилтирозина сопровожлается структурной перестройкой активного центра (рис. 7.27). В сущности, талька присоединив субстрат, каталитические группы фермента принимают правильную аривптаЧию .положение, впервые постулированное Кошландом(КозЬ(апд) в его модели индуцированного соответствия. Гуанидиниевая группа аргинина-145, а также карбоксильная группа глутамата-270 перемещаются на 2 А.
Связывание карбоннльной группы субстрата с ионом цинка вытесняет из связи с цинком молекулу воды. По крайней мере еще четыре молекулы волы вытесняются из не- полярного кармана на ферменте при связывании с ними тирозиновой боковой цепи в молекуле субстрата. Самое большое изменение конформации — это перемещение фенольного гидроксила тирозина-248 на 12 А, т, е, на расстояние, составляющее около 1,'4 диаметра молекулы. Такое перемещение осуществляется в первую очередь, путем свободного вращения относительно одинарной связи . — С С вЂ” и состоит в том, что гилроксильная группа тирозина-248, Часп ! 148 Ковх1юрмациа н динамика бывшая на поверхности молекулы, перемещается, оказываясь вблизи пептидной связи субстрата. В результате закрывается полость активного центра и тем самым завершается превращение ее из области, заполненной водой, в гидрофобную.
Все эти структурные изменения инициируются, повидимому, связыванием аргинина-145 с концевой карбоксильной группой субстрата. 7.10. Скорость катализа карбокснпепзндазой А возрастает благодаря смещению электронов На основе данных рентгеноструктурного анализа Липском (1лрзсошЬ) предложил механизм каталитического действия карбоксипептидазы А. Постулированная структура реакцнонноспособного Е8-комплекса показана на рис. 7.28.
Согласно предложенному механизму,ОН-группа тирозина-248 отлает протон на ЫН-группу расщепляемой пептидной связи. Карбонильный атом углерода этой пептидной связи подвергается атаке со стороны карбоксильной группы глутамата-270, которая выступает в линном случае как нуклеофильцая группа.
Образующийся в результате ангидрид глутамата-270 н кислотного компонента субстрата подвергается далее гидролизу. Возможен и другой механизм катализа, также согласующийся с данными рентгеноструктурного анализа; он показан на рис. 7.29.По этой схеме глутамат-270 активирует молекулу волы. Образующийся ОН " непосредственно атакует карбонильный атом углерола расщепляемой пептилной связи. Олновременно тирозин-248 отдает протон на ее ХН-группу, и в итоге пептидная связь гидролизуется.
Этот механизм катализа отличается от механизма, приведенного на рис. 7.28. тем, что предполагает гидролиз вопой непосредственно пептидной связи субстрата, а не промежу- точно образующегося ангидрида. Проведенные в последнее время химические и спектроскопические исследования свидетельствуют о том, что гидролиз пептидных субстратов осуществляется по прямому механизму, тогда как гидролиз эфиров протекает через промежуточное образование ангидрида с глутаматом-270. Какова роль цинка в этих схемах катализа? Карбонильная группа расщепляемой пептилной связи обращена к иону цинка таким образом, что связь С:«О оказывается более поляризованной, чем обычно; это делает карбонильный атом углерода более чувствительным к нуклеофильной атаке.
Пеполярное окружение иона цинка увеличивает его эффективный заряд и тем самым его способность индуцировать диполь. Сильной поляризации карбонильной группы способствует также близость отрицательного заряда глутамага-270. Следовательно, кирбонисненпшдаза А индуцирует такое смещение эл«ктронов ни субстрат«, которое повышает скорость китилиэа. Теперь мы можем оценить значение индуцированных субстратом структурных изменений в активном центре карбоксипептидазы А. В результате связавшийся на ферменте субстрат оказывается со всех сторон окруженным каталитическими группами. Это обеспечивает возможность кагализа по причинам, о которых говорилось выше. Совершеигго очевидно, что только гибкость структуры фермента обеспечивиет попидиние субстрата в с!беру действия системы киталитических групп Ги выход продуктов реакции из этой системы).
В целом гибкая структура фермента имеет преимущесзво перед жесткой в том отношении, что она облалает гораздо ббльшим выбором возможных конформаций, пригодных для катализа и сохраняющихся в процессе отбора. Кроме того, индуцированное соответствие вносит вклад в повышение специфичности фермента. В самом леле, в случае карбоксипептидазы А субстрат должен иметь концевой карбокснлат-ион; фермент «проверяет» его наличие таким путем: если концевой карбоксилат-ион имеется, то он образует соленую связь с аргинином-145, а это вызывает перемещение тирознна-248 в каталитически активное положение; если же концевого карбоксилат-иона нет, го тирозин-248 остается на месте и фермент нс проявляет активности. Другими словами, индукция соответствия может фуггкциоггировать как динамический процесс узнавания.
О О С НО Снг С Н Н О=С 0 О 0 'г Туг-248! г,н.-? ГО! Э 0 НО г Снг — С вЂ” Н / ! н Н~Н 0 —,С НО ! СН Н+ Н вЂ” Н 0 '0 ~ Туг 248~ Он,-270 Рис. 7.29. Второй возможный механизм каталитического действия карбоксипептидазы А. Туг 248 выполняет ту же функпию, что и на рис. 7.28. В остальном процесс протекает иначе: О!и 270 активирует молекулу волы, которая атакует карбонильный атом углерода расщепляемой пептидной связи.
Гидролиз осуществляется прямо, без промежуточного образования анпщрида. Заключение Лизоцим — фермент относительно неболь- шого размера, расщепляющий полисахаридный компонент клеточных стенок бактерий. По своей структуре указанный полиса- харил представляет собой чередующийся полимер остатков !ь1-агзетилглюкозамина (ХАО) и Гч-ацетилмурамовой кислоты 7. Механизм деиствия ферментов 149 му циклу.
Четвертое: скорость катализа значительно увеличиваемся под действием двух факторов, способствующих промежуточному образованию иона карбония: это электростатический фактор, а именно близость отрицательно заряженной боковой цепи аспартата-52 н геометрический фактор, состоящий в том, что кольцо П деформируется, приобретая конформацию полукресла, что приволит к распределению положительного заряда иона карбония между С-1 и атомом кислорода углеводного кольца.
Карбоксипептндаза А, пишсварительный фермент, расшепляюший С-концевой пептид в полипептидах, служит примером фермента, в основе каталитического действия которого лежит совершенно иной механизм. Структура этого фермента и его комплекса с глицилтирозином — аналогом субстрата— раскрыта на уровне атомного разрешения. Связывание глицилтирозина вызывает большие структурные изменения в области активного центра, в результате которых эта область теряет воду и становится гидрофобной. Пример карбоксипептидазы А иллюстрирует ту важную роль, которую играет в катализе инду!(ироианлое соопгвегнсгнвие формы фермента форме субстрата. Другая примечательная особенность данного фермента состои~ в том, что в его активном центре содержится ион цинка, имеюший сушествеиное значение для катализа.
Карбонильный атом углерода расщепляемой пептидной связи поляризуется цинком и становится более чувствительным к нуклеофильиой атаке. Здесь мы вцдим пример индукции смещения электронов в субстрате. При катализе карбоксипептидазой А молекула воды, активированная глутаматом-270, непосредственно атакует карбонильную группу расшепляемой пептидиой связи; одновременно тирозин-248 отдает протон на )х)Н-группу этой связи, и в результате происходит гидролиз. ()х)АМ), соединенных гликозидными связями )) (1 — ь 4).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
