Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1128690), страница 11
Текст из файла (страница 11)
β-Слои упакованытаким образом, что друг с другом контактируют одноименные их поверхности. Расстояние между слоями,контактирующими по «глициновым» поверхностям,составляет 0,35 нм, а по поверхностям, в которых выступают остатки Ala и Ser, — 0,57 нм. Волокна шелкамалорастяжимы, поскольку любое достаточно большое удлинение приводит к разрыву ковалентных связей в полипептидной цепи. Некоторая растяжимостьтем не менее наблюдается и может быть обусловленанарушением регулярности аминокислотной последовательности и появлением в цепи остатков с массивными боковыми группами, таких, как Туг, Arg,Asp и Glu. А этих местах β-структура нарушается, полипептидная цепь принимает нерегулярную конформацию и может быть растянута без разрыва ковалентных связей.КЕРАТИН— важный белковый компонент волос,шерсти, ногтей, когтей и перьев. В одной из форм,называемой α-кератином, в основе структуры полипептидной цепи лежит правая α-спираль.
Предположение о том, что кератин имеет α-спиральную конформацию, было высказано Полингом и Кори дляобъяснения полученных Астбюри в 30-х годах данных по дифракции рентгеновских лучей на волокнахкератина. Однако шаг кератиновой спирали составил0,51 нм, что меньше шага стандартной ос-спирали, равного 0,54 нм. Это связано с тем, что в кератине две, авозможно и три цепи закручиваются одна вокруг другой,образуя некую витую (coiled-coil) структуру, называемую протофибриллой. 11 протофибрилл формируютмикрофибриллу, а пучок микрофибрилл — кератиновоеволокно. α-Кератины легкорастяжимы, поскольку привытягивании разрываются водородные связи и полипептидные цепи приобретают β-структурную конформацию. При этом образуются межцепочечные водородные связи и формируются β-слои. Кератины с такойструктурой называются β-кератинами.ТРОПОМИОЗИН— это фибриллярный белок, обнаруживаемый в мышцах (гл.
36) и состоящий из двухзакрученных одна вокруг другой α-спиралей, подобнотому как это имеет место в α-кератине.12. Принципы действия ферментовФермент — это белок, который увеличивает скоростьбиохимической реакции (т. е. работает как катализатор). Скорость реакции при этом может возрастать до1010 раз по сравнению со скоростью той же реакции вотсутствие фермента.Субстрат - это молекула (обозначаемая S), котораяпосле взаимодействия с ферментом (Е) превращаетсяв продукт (Р).Активный центр фермента молекулы белка, гдеможет связываться субстрат (или субстраты) собразованием фермент-субстратного (E—S)комплекса. Активный центр почти всегда построенвсего лишь из нескольких аминокислотных остатков.Хотя эти остатки пространственно сближены, влинейной белковой молекуле они часто далекоотстоят друг от друга.
Как правило, формированиеЕ—S-комплекса происходит без образования ковалентных связей, а осуществляется за счет более слабых, но и более специфических типов взаимодействий, таких как водородные связи, солевые мостики,гидрофобные силы и плотная упаковка атомов. Однако известны исключения, когда между ферментом исубстратом формируется ковалентная связь, например при образовании промежуточного продукта в ходе функционирования ферментов, принадлежащихсемейству сериновых протеиназ.Под специфичностью фермента понимают егоспособность отличать свой истинный субстрат отдругих родственных молекул. Такая избирательностьобусловлена высокой специфичностью ферментсубстратных взаимодействий. Ранняя модель это взаимодействия, называемая моделью «замка и ключа»,была дополнена идеей «индуцированного соответствия» (см. ниже).
Специфичность узнавания у разныхферментов значительно варьирует — некоторые ферменты могут катализировать реакцию с участиемтолько одного субстрата, тогда как другие — с несколькими химически родственными веществами.Например, формамидаза гидролизует только формамид, тогда как амидаза гидролизует любой алифатический амид.Аналогичный «замок-ключ» для объяснения специфичностиферментов была предложена в 90-х годах XIX в.Фишером: к ферменту (замку) подходит лишь свойсубстрат (ключ).Гипотеза «индуцированного соответствия» дляобъяснения специфичности ферментов была высказана Кошландом в 1959 г. Согласно этой ныне общепринятой гипотезе, связывание ферментов правильного субстрата индуцирует в белке небольшиеконформационные изменения.
В результате этих изменений каталитические группы фермента ориентируются таким образом, что становится возможнымпревращение субстрата в продукт. Дальнейшее развитие модели индуцированного соответствия связано с учетом того, что конформация субстрата присвязывании с ферментом также может слегка изменяться. В этом случае говорят о напряжении в молекуле субстрата. Гипотеза о существовании конформационных изменений в ферменте и субстрате приих связывании друг с другом объяснила тот факт, чтомолекулы, очень похожие по форме на истинныйсубстрат, могут связываться с ферментом, но непревращаются в продукт, т. е. действуют как ингибиторы.
Таким образом, правильный субстрат — этобольше, чем просто «ключ» к соответствующему«замку».Положение равновесия реакции не зависит от присутствия или отсутствия фермента в реакционнойсмеси. Рассмотрим изменение свободной энергии дляобратимой реакции S↔Р (соответствующий графикприведен на предыдущей странице). Свободная энергия реакции ∆G0 равна разности свободных энергий Sи Р и определяет положение равновесия реакции.
Вприсутствии любого катализатора, в том числе и фермента, свободная энергия исходных реагентов (S) ипродуктов реакции (Р) не изменяется и, следовательно, не изменяется ∆G0.Переходное состояние,или активированныйкомплекс (обозначается X), - это высокоэнергетическаяпромежуточная структура, которая образуется во время реакции. Разность свободных энергий исходныхреагентов (т. е.
субстратов) и переходного состоянияназывается свободной энергией активации и обозначается ∆G‡ Скорость реакции зависит от величины∆G‡: чем она меньше, тем больше скорость реакции, инаоборот.Фермент увеличивает скорость реакции следующимиспособами.1. Понижая свободную энергию переходного состояния путем стабилизации активированного комплекса.2. Увеличивая энергию субстрата, когда тот связывается с ферментом при образовании фермент-субстратного (Е—S) комплекса. В итоге уменьшается разностьсвободных энергий Е—S-комплекса и переходногосостояния.3. Поддерживая микроокружение активного центра всостоянии, отличном от такового в водной среде. Часто у боковых цепей аминокислотных остатков, находящихся в области активного центра, способностьприобретать электрический заряд изменяется по сравнению с тем случаем, когда эти цепи целиком погружены в водную среду.
В результате боковые цепи могут обладать «повышенной реактивностью».4. Располагая реагирующие атомы в правильной ориентации и на необходимом расстоянии друг от друга,так чтобы обеспечить оптимальное протекание реакции. Столкновения атомов в отсутствие ферментаочень редко приводят к химической реакции, поскольку в этом случае очень редко атомы оказываютсяв правильной ориентации.Ингибиторами называются молекулы, которые,связываясь с ферментом, блокируют какую-то стадиюферментативной реакции. Ингибиторы бывают обратимыми и необратимыми.
Обратимое ингибированиеподразделяется на конкурентное, неконкурентное ибесконкурентное.Конкурентный ингибитор — это молекула, настолькопохожая по своей структуре на молекулу субстрата,что фермент не может различить их. В результатесвязывания конкурентного ингибитора с активнымцентром фермента падает концентрация Е—Sкомплексови,следовательно,уменьшаетсяскорость реакции.
Ингибитор обычно в продукт непревращается.Неконкурентный ингибитор – это молекула, связывающаяся не с активным центром, а с каким-тодругим участком фермента. Поскольку связывание снеконкурентным ингибитором не мешает ферментуобразовывать Е—S-комплекс, этот ингибитор не по-нижает концентрацию таких комплексов, а влияет наэффективность превращения S в Р.Бесконкурентный ингибитор— это молекула, котораясвязывается только с фермент-субстратным комплексом и не может связаться со свободным фермен-том.
В односубстратных ферментных системах этоттип ингибирования встречается довольно редко.Необратимый ингибитор непрерывно модифицируетмолекулы фермента, в результате чего они частичноили полностью теряют свою активность.13. Регуляция ферментативнойактивностиКинетические свойства многих, но невсех ферментов можно объяснить в рамках моделиМихаэлиса-Ментен. Согласно этой модели, субстратS связывается с ферментом Е с константой скоростик1.
Образующийся фермент-субстратный комплексЕ—S может либо диссоциировать на Е и S с константой скорости к2 либо с константой скорости к3 превратиться в продукт Р и свободный фермент:В модели предполагается, что продукт не может обратно превращаться в субстрат, что справедливо дляранних стадий реакции, когда концентрация продуктанизка. Скорость реакции v связана с концентрациейсубстрата [S] следующим соотношением:где Vmax - максимальная скорость реакции, достигающаяся в том случае, когда все молекулы фермента связаны с субстратом, аKM , константа Михаэлиса, численно равна концентрации субстрата, при которой скорость реакции состав-ляет половину максимальной величины.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
