Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 102
Текст из файла (страница 102)
рис. 26-34). В данном цикле принимают участие всего три важных фермента: обратная транскриптаза, интеграза и протеаза, и (318( Чаоь 1 6. Варианты каждый из них является возможной мишенью лля действия лекарственных препаратов. Существуют четыре основных подкласса протсаз. Сериновые протеиназы, такие как химотрипсин и трипсин, и цистсиновые протеиназы (в которых Суз играет приблизительно такую же роль в катализе„как и Бег) образуют ковалентные фермент-субсгратныс комплексы, а аспартильные протеиназы и металлопротеиназы таких комплексов не образуют. Протеаза ВИЧ является аспартильной протеиназой.
Два остатка Азр в активном центре облегчают прямую атаку волы на расщешиемую пептидпую связь (рис. 6-29). Сначала при атаке молекулы воды на карбопильную группу пептидной связи образуется неустойчивое тетраэдрическое производное, аналогичное тому, что мы видели в реакции химотрипсина. Это производное по структуре и энергетическому состоянию близко к переходному состоянию реакции. Лекарственные препараты, являющиеся ингибиторами протеазы ВИЧ, образуют нсковалентные комплексы с ферментом, но связываются с ним наспзлько прочно, что их можно рассматривать в качестве необратимых ннгнбиторов.
Прочность связывания частично объясняется тем, что зти вещества представляют собой аналоги переходного состояния (см. доп. 6-3). Мы указываем на этот факт, чтобы еще раз подчеркнуть, что принципы катализа, рассмотренные нами в настоящсй главс, являются пе просто абстрактными идеями. Их применение спасает жизнь щодям. Протеаза ВИЧ наиболее эффективно расщепляет псптидныс связи между остатками РЬе и Рго. Активный центр фермента солержит карлзан, в котором может разместиться соседняя с расщепляемой связью ароматическая группа. Структура нескольких ингибиторов протеаз ВИЧ представлена на рис.
6-30. Эти структуры кажутся различными, но у них есть общая черта — гидроксильная группа в основной цепи, расположенная по соседству с боковой цепью, содержащей бснзольную группу. За счет такого строения бензольное кольцо легко укладывается в карман для связывания ароматических групп. Соседняя гидроксильная группа имитирует отрицательно заряженный кислород в тетраэлрическом промежуточном продукте нормальной реакции, в результате чего образуется аналог переходного состояния. Остальная часть молекулы каждого ингибитора сконструированатаким образом,чтобы максимально соответствовать по форме тем ° нзво4 О но Иплннзлнр Н НС(СНз)з Нелфннзвнр О сн донннзвнр О Н н н н о К О НС(СНз~з о Сзнвннззнр Рис.
6-30. Ингибиторы првтеазы ВИЧ. Гндронснльназ группа (выделеиа красным) имитирует атом кислорода в тетраздрическом промежуточном продукте, создавая аналог переходного состояния. Соседнее бензольное кольцо (сннее) помогает лекарству правильно расположиться в активном центре фермента.
углублениям, которые имеются на поверхности фермента, дополнительно усиливая связывание. Создание подобных препаратов значительно увеличило продолжительность жизни и улучшило качество жизни миллионов пораженных СПИДом людей. ° 6.5 Ретулнторные ферменты ~3191 Краткое содержание раздела 6.4 ПРИИЕРЫ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ ° Химотрипсин — зто сериновая протеаза, механизм действия которой хорошо изучен. Этот механизм включает в себя элементы общего кислотно-основного катализа, коватентпого катализа и стабилизацию переходного состояния. ° Действие гексокиназы является прекрасным примером того, как при индуцированном соответствии используется энергия связывания субстрата.
° Реакция, катализируемая енолазой, представляет собой пример катализа с участием ионов металлов. ° Действие лизоцима основано на ковалентном н общем основном катализе и осуществляется н двух последовательных реакциях нуклеофильного замещения. ° Понимание механизма действия ферментов позволяет создавать лекарства, которые являются ипгибиторами этих ферментов. 6.5.
Регуляторные фериенты В клетке группы ферментов лействуют сообща, есуществляя последовательные реакции определенного мстаболического процесса, например яногостадий ного расщепления глюкозы до лактата нли многостадийного синтеза аминокислот из простых молекул. В подобных ферментативных системах продукт одной каталитической реакции становится субстратом для другой. Большинство ферментов метаболических путей (циклов) подчи~иются тем кинетическим лахоноыерностям, которые мы обсуждали выше.
Однако в каждом метаболическом цикле действует сднн или несколько ферментов, которые оказывают нанболыпее влияние на скорость всего процесса Этн регуляторные ферменты способны повышать н снижать свою каталитическую активность в ответ на определенные сигналы. Изменение скорости реакции, катализируемой регуляторным ферментом, а следовательно, скорости всего метаболи- чсского пути позволяет клетке адаптироваться к изменяющимся потребностям в энергии и биомолекулах, необходимых для роста и репарации. В большинстве полифермснтных систем регуляторным является первый фермент в цепочке.
Это положение очень удобно для регуляции всего мстаболического пути, поскольку катализ лаже нескольких первых стадий, приводящих к образованию ненужного в данный момент продукта, отнимает энергию и метаболиты от более важных процессов. Другие ферменты метаболичсского пути могут играть почти незаметные на первый взгляд роли в регуляции потока через мстаболический путь, как описано в гл. 15. Активность регуляторных ферментов модулирустся самыми разнообразными способами.
Аллостерические ферменты действуют через обратимое нековалентное связывание регуляторных молекул, называемых аллостерическими модуляторами, или аллостерическими эффекторами, которые обычно представляют собой небольшие метаболиты или кофакторы. Другие ферменты регулируются путем обратимой ковалентной модификации. В обоих случаях регуляторные белки обычно являются субъединичньпни белками, причем иногда регуляторные участки и активные центры расположены на разных субъединицах. Метаболические системы имеют, цо крайней мере, сщс два механизма регуляции действия ферментов.
Активность некоторых ферментов стимулируется или ингибируется при связывании с другими рсгуляторными белками. Ферменты еще одного типа активируются при протеолитическом отщеплепии псптидного фраггнента; в отличие от регуляции эффекторами протеолитичсское расщепление является необратимым. Оба механизма реализуются в таких физиологических процессах, как пищеварение, свертывание крови, гормональная активность и зрение. Рост и выживание клетки зависят от эффективности использования энергии и питательных веществ, а эта эффективность определяется действием регуляторных ферментов.
Не суптествует общего правила, определяющего, какой тнп регуляции выполняется в той или иной системе. До некоторой степени аллостерические ( нековалептные) механизмы позволяют тонко регулировать метаболические пути, осуществление которых необходимо постоянно, но с разным уровнем активности в зависимости от клеточных условий. 1320] Чапь 1.
6. Ферменты ф»Суп«тря> ® 1>алвжптельны>> модулятор Менее вктявпвя фврмвфермептв Палев активная форма фарл>е>пв Активный фермент-субстрвтвый комплекс Регуляция с помощьк> ковалептпой модификации люжст осущесп влиться как по принципу «все пли ничего» (и случае протеолитическоп> расщепления), так и приводить к п>пкпм измснснням активности.
Один регуляторный фсрмснт может использовать насколько типов регуляции. Заклк>чптсльнь>й раздел даши>й главы посвящен этим методам фермептатинной (н>гулянии. Аллостерические ферменты претерпевают конформационные изменения в ответ на связывание модулятора Как обсуждалось в гл. 5, аллостсричсскимп белками называют тс, у которых есть «другая форма» или конформацпя, в которую о~и псрсходят при связывании модулятора. То жс относится и к некоторым регуляторным ферментам: копформациоппые изменения, вызванные одним или Рис.
6-31. Модель взаимодействия между субъединицами алластерического белка, а также с ингибитором и активатором. Ва многих алластерических ферментах центры связывания субстрата и модулятора (модуляторов) находятся на разных субъединицах — каталитическай (С) и регулятарнай (И) соответственна. Связывание положительного (активирующега)модулятора(М) в специфическом центре связывания на регулятарнай субьединице приводит к канфариацианным изменениям в каталитическай субъединице. В результате этих изменений каталитическая субъединица становится активной и способна связывать субстрат (3) с более высоким сродством. При диссациации модулятора из регулятарнага центра фермент возвращается в менее активное состояние.
Рис 6-32. Модель регуляторного фермента аспартаттранскарбамаилазы; вид с разных поран (РВВ 1В 2АТ2). Данный алласгерический фермент имеет два каталитических кластера, каждый из которых состоит из трех каталитических палипептидных цепей (разные оттенки синега к розовата), и три регулятарных кластера, кюкдый из каторых состоит из двух регулятарных палипептидных цепей (красные и желтые). Регулятарные кластеры образуют углы треугольника, окружающего каталитические субъедкницы. Центры связывания алласгерических модуляторов расположены на регулятарных субъединицах. Связывание модулятора приводит к сильным изменениям структуры и активности фермента.
Роль данного белка в синтезе нуклеатидав и двтави ега регуляции обсуждаются в гл. 22. нссколькимп людуляторами, соответствуют взаимным превращениям менее и полее активной формы фермента. Модуляторы ачлостсрическпх ферментов могут оказывать пнгибирукицсс иди стимулиру>ощес действие. Часто в качестве модулятора выступает сам субстрат; рсгуляторныс ферменты, чьи субстраты одновременно являются регуляторами, называют гс>мотропнь>ми >Т>ерл>пятами. Здесь наблюдается эффект, сходный га с:вязыванпсм кислорода с гемоглобппом (гл.
5): связывание лиганда (в случае фермента лпщвдом являетси субстрат) приводит к ко~формационным изменениям, которые, в сво>о очередь, влияют па активность в остальных участках белка. Если функцию субстрата и модулятора 6.5 Ре~уляторные ферменты 1321 ! фермента выполняют разные молекульс такой фермент называют гетеротрогтым. Заметьте, что зллостерические модуляторы не следует путать с ивгнбиторами, действующими по бссконкурентному или смешанному механизму. Хотя последние связываются вне активного центра фсрмента, онн пе обязательно приводят к конформацнонлым изменениям, сопроволгдаюшимся переходами между активной и неактивной формами фермента; кроме того, кинетические проявления этих эффектов также различны. Свойства аллостерических ферментов сильно отличаются от свойств простых нерсгуляторных ферментов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
