Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_1 (1123306), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Другие остатки, не вовлеченные ни в тот, ни в другой процесс, представлены остатками 1 уз и МеЕ. В отсутствие субстрата каталитические и субстратсвязывающие группы находятся друг от друга на расстоянии, в несколько раз превышающем длину связи. Субстрат по мере сближения с ферментом индуцирует в последнем конформационные изменения, в результате которых соответствующие группы занимают положение, необходимое для связывания субстрата и для катализа. Одновременно меняется пространственное расположение других остатков — 1.уз и Мет теперь оказываются сближенными (рис. 8.7).
Аналоги субстрата тоже могут вызывать конформационные изменения, но не все из них являются «правильными» (рис. 8.8). При связывании истинного субстрата (А) все группы (черные кружочки) занимают нужное положение. При связывании же аналога субстрата — более обьемного (рис. 8.8,Б) или, наоборот, меньшего по размеру (рис. 8.8,В)— Рис. 8.8. Схематическое представление конформационных изменений в ферменте при связывании истинного субстрата (А) и его аналогов (Б, В!. Рис. 8.9. Схема альтернативных путей реакции при индуцировании субстратом конформационных изменений в ферменте. Фермент сначала претерпевает конформационное изменение (А), затем связывает субстрат (В).
На альтернативном пути фермент сначала связывает субстрат (В), а затем претерпевает конформационное изменение (ц), Наконец, оба процесса могут развиваться согласованным образом (Г) с образованием конечной конформации (Ц. инду цируется неправильное расположение этих групп. Еще одной структурной особенностью фермента является небольшая выемка в правой части. Представим„ что в эту выемку попадает регуляторная молекула, «удерживающая» один из полипептидных участков, который несет каталитическую группу, от перемещения. Тогда будет происходить лишь связывание субстрата, но не катализ.
Остается выяснить точную последовательность событий, из которых складываются индуцированные субстратом конформационные изменения. Здесь возможно несколько путей. представленных на рис. 8.9. Предположим, что нам известна полная первичная структура фермента. Даже в этом случае обычно бывает трудно решить, из каких именно остатков формируется каталитический центр.
Как явствует из модели индуцированного соответствия, эти остатки могут располагаться далеко один от другого в первичной структуре, но быть сближены в трехмерной (третичной) структуре. В формировании каталитического центра принимают участие аминокислотные остатки нескольких сегментов полипептидной цепи, как в случае гемоглобина (гл. 6) или химотрипсина (гл.
9). Каталитический центр лизоцима Лизоцим присутствует в составе слез, носовой слизи, слюны, желудочного секрета, в различных тканях, а также в молоке и яичном белке. Этот фермент катализирует гидролиз )3-1,4-связей Ы- ацетилнейраминовой кислоты (см. гл. 13 и 33), входящей в состав протеогликанов и глюкозаминогликанов. Лизоцим, присутствующий в слезах и носовой Ферменты: кинетики :,~~ Аер 101 Тгр62 8 Зег 100 Тгр !!е 98 21 А!а 107 Азп 59 Аеп 46,р Тгр 108 Азр 52! б!и 35 А!а 110 Е $ег 36 Агу 114 азине ТЕМПЕРАТУРА Рис.
8ЛО. Схематическое прсдсгавлсиис каталитического центра, расположенного в щели, которая проходит посредине молекулы дизоцима. Гдикозидьныс звенья гсксасахарида обозначсиы буквами от А до Е. Указаны некоторые остатки, выстилагощис щель активного цситра, и их номера в аминокисдотиой последовательности лизоцима. слизи, разрушает клеточные стенки многих попадающих из воздуха грамположительных бактерий. Лизоцим (мол.
масса около 15000) образован одной полипептидной цепью, содержащей 129 остатков. Поскольку в составе молекулы нет ни кофермента, ни ионов металлов, катализ, специфичность и трехмерная структура лизоцима целиком определяются аминокислотной последовательностью. В молекуле имеются небольшие области складчатого слоя, несколько коротких а-спиралей и достаточно большие участки с нерегулярной структурой. Цветной снимок трехмерной модели лизоцима в комплексе с субстратом можно найти в работе 3. Вю1.
СЬегп. 1968: 243, 1663. Посредине молекулы лизоцима проходит глубокая щель, в которой находятся остатки, формирующие каталитический центр и субстратсвязываюшую область; последняя содержит шесть участков, взаимодействующих с разными субстратами илн ингибиторамн (рис. 8.10). Остатки, ответственные за расщепление связи, располагаются между участками О н Е; наиболее важную роль играют карбоксильные группы остатков Азр 52 и О!ц 35.
Последний„по всей вероятности, протонирует гликозидную связь субстрата, а отрицательно заряженный остаток Авр 52, располагаюшийс» на противоположной стороне, стабилизирует образуюшийся в результате карбониевый ион. Каталитический центр рибонуклеазы В отличие от ситуации с лизоцимом информация о каталитическом центре рибонуклеазы была в значительной мере получена еще до определения ее трехмерной структуры. Выводы, основанные на химических исследованиях, подтверждены кристаллографическими данными. В молекуле рибонуклеазы Рис.
8.11. Структура рибонуклеазы по данным реитгсиоструктурного анализа. Указаны номера специфических остатков.(См. также рис. 5.7.) тоже имеется щель, сходная со щелью в лизоциме, в которую выступают два остатка, Н(з 12 и Н1а 119. Из полученных ранее химических данных следовало, что эти остатки входят в состав каталитического центра. Оба они располагаются вблизи места связывания уридиловой кислоты (рис. 8.11). Аминокислотные последовательности в области каталитического центра Первичная структура в окрестности каталитического центра у различных семейств гидролитических ферментов оказывается довольно близкой (табл.
8.1). Это позволяет предполагать, что механизмы гидролиза связей в биологических системах относительно немногочисленны. Поэтому неудивительно. что аминокислотные последовательности в области каталитического центра у одного и того же фермента, выделенного из разных видов, еще более сходны. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ Ферментативная активность зависит в основном от следуюших факторов: концентрация фермента и субстрата, температура„рН, присутствие ингибиторов. В некотором ограниченном интервале температур скорость ферментативной реакции повышается с ростом температуры. Коэффициент„указываю- Глава 8 Амииокислотиые остатки вблизи гисгилина (г1) Амииокислотиые остатки вблизи перина (Б) Фермен г РБС(;) Р(з(Я)(зСтРЧЧСЯЖ ББСМОР(Б)Сиз Р).ЧСКК)ч' ББСМОР(Б)ООР1 ЧСЯК)з) РАСЕСтР($)ООРРЧМ КБР ЧЧБАА(Н)СЧКБО ЧЧТАА(Н)СЮЧТТ ЧЧТАА(11)ССзЧТТ Ч ТАА(Н)С).).ЧР Трипсин Химотрипсин А Химотрипсин В Тромбин 1.
Денатурацией фермента при очень высоких или очень низких рН. 2. Изменением величины заряда молекул субстрата или фермента. Активность фермента может изменяться в результате изменений либо его структуры, либо заряда функциональных остатков, участвующих в катализе или связывании субстрата. Рассмотрим для примера взаимодействие отрйцательно заряженного фермента (Епг ) с положительно заряженным субстратом (БН'): Епх + БН' — Епх — БН. щий, во сколько раз повышается скорость реакции при повышении температуры на ! О, называется температурным коэффициентом и обозначается ()пп Для многих биологических реакций при повышении температуры на 10"' скорость удваивается Я„= 2) и, аналогично, при понижении температуры на 10" уменьшается вдвое.
Многие физиологические процессы (например. скорость сокращения изолированной сердечной мышцы) тоже характеризуются коэффициентом Д„, близким к двум. Типичная зависимость скорости ферментативной реакции от температуры представлена на рис. 8.12. Видно, что при некой оптимальной температуре скорость реакции максимальна. Повышение скорости реакции по мере приближения к оптимальной температуре слева объясняется увеличением кинетической энергии реагирующих молекул. При дальнейшем повышении температуры кинетическая энергия молекулы фермента становится достаточной для разрыва связей, поддерживающих вторичную структуру ферМента в нативном, каталитически активном состоянии (происходит тепловая денатурация фермента).
Вторичная и третичная структура фермента разрушается, что сопровождается потерей каталитической активности. Для большинства ферментов оптимальная температура равна или выше той температуры, при которой в норме находятся клетки. Для ферментов микроорганизмов, адаптировавшихся к обитанию в природных горячих источниках, оптимальная температура может быть близка к точке кипения воды. При низких рН происходит протонирование Епх: Епх + Н+ - ЕпхН, а прн высоких рН вЂ” депротонирование субстрата: БН' — Б+ Н'. Поскольку взаимодействовать друг с другом могут только БН' и Епх-, при крайних значениях рН эффективная концентрация Еы или БН' будет низкой, что приведет к снижению скорости реакции (рис. 8.13).
И только в области, выделенной двойной штриховкой, в нужном ионном состоянии находятся одновременно и Еы, и Б, а максимальной концентрации они достигают в точке Х. Оптимальная тампаратура 1 В аа ~ к 3 3~ к 3 $ я рН Умеренные изменения рН оказывают влияние на ионное состояние фермента, а зачастую и субстрата. Как показывают измерения ферментативной активности при различных рН, оптимум активности находится обычно между рН 5,0 и 9,0. Вместе с тем отдельные ферменты, например пепсин„активны при значениях рН, лежащих далеко за пределами этого интервала. Зависимость активности от рН определяется следующими факторами. О О 70 Тампаратура, С Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
