Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_1 (1123306), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Следует еще отметить, что каталитические остатки и остатки субстратсвязывающего центра, попадая в разные полипептидные цепи, тем не менее оказываются на таких расстояниях друг от друга„при которых они могут взаимодействовать с субстратом. УПОРЯДОЧЕННОЕ И НЕУПОРЯДОЧЕННОЕ СВЯЗЫВАНИЕ СУБСТРАТОВ Многие ферменты катализируют реакцию между двумя и более субстратами, в результате которой образуется один или несколько продуктов. Для протекания одних ферментативных реакций необходимо одновременное присутствие всех субстратов. В других случаях фермент сначала взаимодействует с одним субстратом, а затем катализирует его реакцию с другим субстратом. Связывание субстратов может происходить неупорядоченным или упорядоченным образом (рис.
9.8). Многие ферментативные реакции, требующие обязательного присутствия коферментов, протекают по «челночному» механизму, при котором фермент попеременно находится в состояниях Е и Е' (рис. 9.9 и 9.!О). Хотя кофермент часто может рассматриваться как второй субстрат, некоторые коферменты ковалентно связываются с ферментом или связываются нековалентно, но настолько прочно, что диссоциации практически не наблюдается (тиаминпирофосфат). В этих случаях мы считаем; что ферментом служит весь фермент-коферментный комплекс. ФЕРМЕНТЫ КАК КАТАЛИЗАТОРЫ ОБЩЕГО КИСЛОТНОГО И ОБЩЕГО ОСНОВНОГО ТИПА После связывания субстрата в области каталитического центра заряженные (или способные нести заряд) функциональные группы боковых цепей могут А В а Š— ~ в ЕА Еа — ~ — ~~Е ,;,.)' А в Р а Š— ~ э ЕА — ~ ю ЕА — ~ЕРа — ~ — 4 .Π— ~Е Упорядоченное Рис. 9.3. Нс> порядочснное и упорядоченное присосдиисиие субстрвтов А и В к ферменту и высвобождение продуктов Р и 0 из комплекса с ферментом Е.
А а в а Š— ~ч~ЕА — й Е"В - — вЕ' — М Е' — в Еа ~-в Рис. 9.9. Схсмв мсхвиизм» «пинг-поиг» фсрмситвтивиого катализа. Фер иепгпы: мезсавизм дейп~гвив сно сн,нн, сн,нн, сно оы е-сно — ~-з» е — -'«»е — ~ — е е-сн~ нн~ — "'».4~е — -~» е — ~ — ~» е — сно А1а Ргг ко ой льку БН" является субстратом лимитирующей ста- дии, возрастет и скорость полной реакции. Матема- тически это можно записать следуюшим образом: участвовать в катализе в качестве кислотных или основных катализаторов. Мы различаем две широкие категории ферментативного кислотно-основного катализа: общий кислотный (или основный) и специфический кислотный (или основный).
Реакции, скорость которых изменяется при изменении концентрации ионов Н+ или Н,О+, но не зависит от концентрации других кислот или оснований, присутствующих в растворе, рассматриваются как реакции, осуществляемые в результате специфического кислотного или специфического основного катализа. Реакции, скорость которых зависит от присутствия в растворе любых кислот (доноров протонов) и любых оснований (акцепторов протонов), рассматриваются как реакции, осуществляемые в результате общего кислотного или общего основного катализа, Для того чтобы решить, какой именно катализ имеет место в данной ферментативной реакции— общий или специфический кислотный или основный,— нужно измерить скорость реакции в следующих условиях: 1) при различных рН, но при постоянной концентрации буфера; 2) при фиксированном рН, но при различных концентрациях буфера. Еслискоростьреакцииприпостояннойконцентрации буфера изменяется с изменением рН„то имеет место спеппфпческип оспбвпый катализ (при рН > 7) или специфический кпслотпып катализ (при рН < 7).
Если же скорость реакции при фиксированном рН возрастает с повышением концентрации буфера, то осуществляется общий основный катализ (при рН ~ 7) или обгцпй кислотный катализ (при рН < 7). В качестве примера специфического кислотного катализа рассмотрим превра шение субстрата 3 в продукт Р. Реакция протекает в две стадии: за быстрой стадией, включающей обратимый перенос протона: И!"Р) Скорость реакции = — = к (БН+), Й где Р— продукт, г — время, А --удельная константа скорости, !ЗН "1 — концентрация сопряженной кислотной формы субстрата. Поскольку концентрация ЗН» зависит одновременно от концентраций $ н Н,О", общее выражение для скорости реакции, каталнзируемой по типу специфического кислотного катализа.
примет вид — Р3 Ф3О и'! Р1 й Обратите внимание на свойственную специфическому кислотному катализу особенность: в выражение для скорости реакции входят только члены Я и !Н,О'!. Рассмотрим теперь в дополнение к описанному выше специфическому кислотному катализу также н катализ, осуществляемый ионом имидазолия имидазольного буфера. Поскольку имндазол — зто слабая кислота (рК„7), он является плохим донором протонов; поэтому реакция 3 + Имидазол Н' - БН' + Имндазол протекает медленно н лимитирует скорость полной реакции. Отметим, что быстрая и медленная стадии в случаях специфического и общего кислотного катализа меняются местами.
Выражение для скорости реакции в случае общего кислотного катализа часто имеет довольно сложный вид и поэтому здесь не рассматривается. 3 + Н,О' ~ БН' + Н,О, следует более медленная, лимитируюшая скорость всего процесса стадия превращения протонированного субстрата в продукт: ЯН + Н О Р + Н О . ИОНЫ МЕТАЛЛОВ Свыше 25% всех ферментов содержат прочно связанные ионы металлов или активны только в их присутствии. Для изучения функций ионов металлов используются методы рентгеновской кристаллографии, ядерного магнитного резонанса (ЯМР) н электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). В сочетании со сведениями об образовании и распаде ме- Повышая концентрацию ионов гидро ния [Н,О+), мы повышаем концентрацию БН '— сопряженной кислотной формы субстрата; поско- Рис.
9.16. Механизм «пинг-понг» при переаминировании. Š— СНО и Š— СН, )ЧН, - комплексы фермента с пиридоксальфосфатом и пнридоксаминфосфатом соответственно. (А)а-- алании, Руг йируват. КО - — и-кетоглутарат. О!нглутамат.) Глава 9 таллсодержаших комплексов и о реакциях, в которых затрагивается координационная сфера ионов металлов, данные, полученные этими методами, позволяют лучше понять роль ионов металлов в ферментативном катализе. Об этой роли и говорится ниже.
Металлофермеиты и ферменты, активируемые металлами Металлоферменты содержат определенное количество ионов металлов, имеющих функциональное значение и остающихся связанными с молекулой фермента в ходе его очистки. Ферменты, актнвируемые металлами, связывают последние менее прочно, но для своей активности требуют добавления металлов в среду. Таким образом, разграничение между металлоферментами и ферментами, активируемыми металлами.
основано на сродстве данного фермента к иону «своего» металла. Механизмы. основанные на участии ионов металлов в катализе, в обоих случаях, по-видимому, сходны. Тройные комплексы фермент — металл— субстрат Для тройных (трехкомпонентных) комплексов, включающих каталитический центр (Епг), ион металла (М) и субстрат (3) со стехиометрией 1:1:1, возможны четыре различных схемы образования: Епх — Б — М М вЂ” Епк — Я Комплекс с мостиковым Комплекс с мостнковым субстратом ферментом М Епа 1 $ Простой комплекс с мостиковым металлом Циклический комплекс с мостиковым металлом В случае ферментов, активируемых металлами, реализуются все четыре схемы.
Для металлоферментов образование комплекса Епх — Я вЂ” М невозможно, иначе они не могли бы удерживать металл в процессе очистки (они находятся в форме Епг— — - М). Можно сформулировать три общих правила. 1. Большинство (но не все) киназ (АТР.фосфотрансферазы) образуют комплексы с мостиковым субстратом типа Ега — нуклеозид — М. 2. Фосфотрансферазы, использующие в качестве субстрата пируват или фосфоенолпируват, другие ферменты, катализирующие реакции с участием фосфоенолпирувата, а также карбоксилазы образуют комплексы с мостиковым металлом.
3. Данный фермент может быть способен к образованию мостикового комплекса одного типа с одним субстратом н другого типа — с другим. Комплексы с мостиковым ферментом (М вЂ” Епк — Б) Металлы в комплексах с мостиковым ферментом, по-видимому, выполняют структурную роль, поддерживая активную конформацию (примером служит глутаминсинтаза), или образуют мостик с другим субстратом (как в пируваткиназе). В пируваткиназе ион металла играет не только структурную роль, но и удерживает один из субстратов (АТР) и активирует его: П и руааткииаза -АТР Краатин.
Комплексы с мостиковым субстратом Образование тройных комплексов с мостиковым субстратом, которое наблюдается при взаимодействии ферментов с нуклеозидтрифосфатами, повидимому, связано с выстеснением Н,О из координационной сферы металла, место которой занимает АТР: АТР' + М(Н,О)"„~ АТР— М(Н,О)', + ЗН,О. Затем субстрат связывается с ферментом, образуя тройной комплекс: АТР— М(Н,О)', + Епх Епг — АТР— М(Н,О)-', В фосфотрансферазных реакциях ионы металлов, как полагают, активируют атомы фосфора и образуют жесткий полифосфат-адени новый комплекс в соответствующей конформации, который включается в состав активного четырехкомпонентного комплекса.
Комплексы с мостиковым металлом М Епа-М-ЗиииЕпя в Кристаллографические данные, а также анализ первичной структуры показывают, что в активных центрах многих белков в связывании металла участвует остаток гистидина (примерами служат карбоксипептидаза А, цитохром с, рубредоксин, метмиоглобин и метгемоглобин; см. гл. 6). Лимитирующей стадией образования бинарных (двухкомпонентных) комплексов Епх — М во многих случаях является вытеснение воды нз координационной сферы иона металла. Активация многих пептидаз ионами металла является медленным процессом, длящимся несколько часов. Эта медленная реакция, Ферменгпы: механизм дейгтния 97 по всей вероятности„состоит в конформационной перестройке бинарного комплекса Епх — М, приво- дящей к формированию активной конформации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
