Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_1 (1123309), страница 55
Текст из файла (страница 55)
НЫ О 11 н с — (сне) — сн — с — мн гс-бензоил-!.-орнип1инамид сс-бензоил.ыгомоаргининзмид Другие ферменты могут реагировать с различными соединениями и имеют, следовательно, относительно широкйчо еубстрат- скис различия. Многие ферменты обладают абсолютной спеии$ичностью к одному субстрату (и одному продукту). В качестве примеров можно привести сукс!инатдегидрогеиазу (разд. 8.5.1) и фумаразу (разд. 8.1.3), которые катализируют обратимые превращения сукцината в фумарат и фумарат в малат соответственно. Другие ферменты имеют менее узкую специфичность, например, трилеил гндролпзует пептпдные, амидные илн эфирные связи, образованные лизином или аргинином (табл.
6.3). Модельными субстратами, характеризующими специфичность трппсина, являются а-Х-бензоилпронзводные ь-лпзинамида, ь-аргининамида, ь-лизинэтилового эфира и ь-аргннннэтилового эфира, прп гпдролизе которь1х образуется а-И-бензонламинокислота и либо аммиак, либо этанол. Однако ни а-М-бензоил-ь-гомоаргининампд, ни а-)н-беизоил- ь-орнитинамнд, структурно отличающиеся от а-11-бензоилпроизводных аргинннамида н лпзннамида только иа одну метиленовую группу, не гидролизуются трппсином; это показывает, что рассматриваемый фермент обладает определенной степенью специфичности. В случае трипсина известно, что его специфичность обусловлена взаимодействием катионной группы субстрата с (1-карбокспльной группой аспарагпновой кислоты фермента.
Удаление катионной группы субстрата от атакуемой связи на расстояние, соответствующее одной СН,-группе, не позволяет субстрату связаться надлежащим образом и препятствует ферментативному гидролизу. 9. ФЕРМЕНТЫ. И 283 ргую спец фичность. Примером является лейцинаманопепгидаза, которая с различив!ми скоростями гидролизует амиды многих аминокислот и дипептиды (табл. 9.1). Лейцинампнопептидаза каталвзирует реакцию 1ЧНе О ЬН + з ль — С вЂ” С вЂ”.ХНГь'+ Н О + Н+ — е Гт — С вЂ” СОО ++Н ЬЖ' л е з Н Н где К вЂ” боковая цепь аминокислоты, а К' — либо атом Н (в амидах), либо другая аминокислота (в днпептидах).
Субстрат должен иметь незамещенную аминогруппу и атом водорода у и-углерода, соседнего с атакуемой пептидной илн амидной связью; Н-концевой остаток должен иметь 1.-конфигурацию [за исключением глицина, производные которого являются, однако, плохими субстратами (см. табл. 9.1) ). Таблица 2.1 Относительные скорости гндролиза различных субстратов лейцннаминоцентндазой отноопельнея! скорость Относительнаяя скорость суаьтрнт Субеттет 100 26 20 19 7,! 3,4 кислоты 2,9 0,8 0,7 0,1 0 0 е скорость для лсвпннемнде условно врнннте ве 1о), для астельнык субстрата» приведены относительные скорости. Фермент выделен нв пачек сняньн; определения проведены с Ферментоьь ектненронннным Мне+ прн РН 8,9 — 8.5.
Муееллие а. Г., запел Е. Х., р. 81, 1п: Р. Воует, еа.. Евеутвев, ьо1, !и, Дседеиас Ртеы. !пс, 19П.1 Рассмотре!шые выше примеры иллюстрируют ряд аспектов субстратной специфичности ферментов. Прн взаимодействии суб- ь-Лейцинамид ь-Фсннлалааинамид г.-йзолейцинамнд ьлГистидинамид 1:Лизинамид е-Алапинамид ь-Аспирин!новой днамид ! -Серинамид ьеПролинаиид Глнцинамид о-Лейцинаиид Р-Аланинамнд 1,-Лей!пил-ылсйцтне , '1.-Лейцил- 1.-нзо той шш ~ 1.-Лейцил-1,-алании е-Лейцил-1 сфеничаланин ! -Аланил-с-лсйцин 11 -Ачанилглицин ~ Глицил4.-лейцин Глицилглицин !о-Лейцилглиции , Ацетил.г -тнрозинамид а-Бензонл-с-аргинниамид 100 64 64 26 93 9,4 10 1.1 0 0 0 11. КАТАЛИЗ страта и активного центра имеет место прпсгринственная, или стерическая, специфичность. Это положение было сфорыулс~ровано в 1935 г.
Бергманом и сотр., которые, объясняя спо:обность лейцннамннопептидазы гндролпзовать ь-лейцилглшщн, по не о-лейцилглнцпн (табл. 9.1), убедительно полагали, что взаимодействие фермента с субстратом должно осуществляться по крайней мере в трех точках. Это поясняется на приводимой пнже схеме: со-ын — сн,— сооь ('н,ы-с-н снз ! ,сн си'' н, г Ь лейцилглиции со- ын--сне--сооь (н-с-ынз с1 ~2 ,сн и 'с з с В- лейцилглицин Если а, Ь и с — участки активного центра фермента, комплементарные указанным группам ь-лейцилглицпна, и если приведенная пространственная ориентации необходима для связывания и последующего катализа, то очевидно, что невозможно ориентировать в пространстве те же самые три группы о-лейцнлглнцина, чтобы они взаимодействовали с участками а, Ь н с.
Эта концегщия полиаффинности была подтверждена относительно недавно кристаллографвческим анализом фермент-ингибиторных комплексов; ее иллюстрацией может служить также стереоспецифичность трипсина и фумаразы. Скорость превращения субстрата зависит от размера и строения групп субстрата; об этом свидетельствуют не только неспособность соединений, содержащих п-аминокислоты, служить субстратамн лейцинаминопептидазы, но также и различие в скоростях гидролнза ампдов лейцина и нзолейцнна.
Столь же впечатляющей является неспособность трппсина гидролизовать а-1ч-бензоилпроизводные ь-орнитинамида и ь-гомоаргннинамида. Связывание субстратов с комплементарными участками активного центра осуществляется за счет гидрофобных и электростатических взаимодействий и водородных связей; однако некоторые ферменты образуют ковалентные интермедиаты (такие примеры встречаются далее). Скорость гидролиза амидов (табл.
9.1) лейцинаминопептидазой зависит от природы К-группы: она увеличивается в последовательности Н<СНз<СзНз<СзН1<С1Нз. Наличие в К-группе полярных пли ионных структур, таких, как — СОО-, — Еч11з, — СОИНз и — СЕ!1ОЕ1, снижает скорость гндролиза. Основываясь на этом, можно предположить, что между К-группой суб- к ФеРменты. и страта и комплементарной гидрофобной областью активного центра осуществляется гндрофобное взаимодействие. Такие представления подтверждаются данными о том, что алпфатическне спирты являются пнгибиторами фермента (по-видимому, в результате конкуренции с К-группами субстрата за взаимодействие с гидрофобной зоной активного центра).
В связыванин субстратов участвуют также и электростатические взаимодействия; на это, в частности, указывают данные о том, что эфиры фумарата н малага не являются субстратами фумаразы. Другой пример — неспособность сукцинатдегидрогеназы действовать на замещенный по одной из карбоксильных групп сукцинат нли фумарат (например, на монометиловый эфир сукцината). Это находится в согласии с данными о том, что конкурентные ингибиторы дегндрогеназы содержат по крайней мере одну карбокснлатную группу п что наиболее эффективными ингибнторамп являются соединения с двумя незамещеннымн карбоксилатными группами (разд.
8.5.1). Положительный заряд на е-амнногруппе лизина нлн гуанндиновой группе аргинина необходим для субстратов трипсина; кристаллографические исследования показывают, что Я-группы субстрата локализуются в активном центре таким образом, что катионные аминои гуанидиновая группы оказываются в непосредственной близости от анионной карбоксилатной группы боковой цепи остатка аспарагпновой кислоты фермента. Наиболее убедительные свидетельства множественности взаимодействий, осуществляемых между ферментом и субстратом, получены при сравнении структур ферментов н их комплексов с ингнбиторами (по даннь|м крпсталлографических исследований); эти данные обсуждаются ниже в этой главе.
9.2. Механизмы увеличения скоростей катализнруемых ферментами реакций Один из главных вопросов биохимии заключается в следующем= каким образом ферменты ускоряют химическую реакцию? Многие факторы ответственны за такое ускорение, которое, как обсуждалось выше (разд.
8.!.8), является в конечном счете результатом снижения энергии активации катализируемых реакций. 9.2.1. Увеличение скорости и субстратная специфичность Для различных типов химических реакций, катализнруемых ферментами, известны аналогичные реакцни в органической химии. Однако уникальным свойством ферментов является их субстратная специфичность.
Характер действия многих ферментов указывает на то, что специфическая энергия многоточечного связывания, осуществляемого между комплементарными группами субстрата и активного центра, используется в качестве движущей ,силы катализа п вносит значительный вклад в снижение энергии активации процесса, т. е. приводит к значительному его ускорению. Значение специфичности отчетливо проявляется при сравнении скоростей гпдролиза ряда субстратов лейцинаминопептидазой (табл. 9.1).
Эффективность гидролиза субстрата зависит в первую очередь от гидрофобности К-группы М-концевой амвнокнслоты, которая участвует в образовании атакуемой ампдной нли пептидной связи. Другим примером может служить действие фосфоглюкомутизы (гл. 15), которая катализнрует обратимую реакцию в-о-глюкоза-1-фосфат з==ь а-и-глюкоза-б-фосфат Эта реакция протекает только в присутствии Мдз+ и глюкозо-!,б-дпфосфата; в ходе реакции образуется промежуточное соединение — фосфорнлфермент, фосфатная группа которого (связанная с определенным остатком серина в молекуле фермента) обменивается с фосфатными остатками субстрата п глюкозо-1,6- дифосфата: Š— ОН+ глюкоза-1,6 лифосфат ~~ Š— Π— РОаа-+ глюкоза-1 (или 6) фо фат В результате этой реакции происходит взапмопреврашенпе фосфатных эфиров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
