Э. Фёршт - Структура и механизм действия ферментов (1128692), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Упаковка спиральных и складчатых участков происходит за счет стэкинг-взаимодействия боковых цепей аминокислот. Внутренняя область белка имеет плотнуюупаковку; боковые цепи одного участка встраиваются между боковыми цепямидругого, образуя гидрофобное ядро, плотность которого близка к плотности жидкого углеводорода или воска (11). В этой области мало водородных связей: так, в карбоксипептидазе А их число равно только 17; они соединяют друг с другом 8 спиралей и одну складчатую структуру, т. е.
на каждый спиральный участок приходится менее двух водородных связей. Расположенные во внутренней области белка доноры и акцепторы, способные образовывать водородные связи, всегда спарены. Участки, соединяющие друг с другом спирали и слои, обычно доступны для растворителя и непротяженны. Таким образом, глобулярные белки имеют гидрофобное ядро, на поверхности которого расположены заряженные группы. Согласно данным Крика (12), две х-спирали (имеющие одинаковое направление) способны плотно упаковываться, если угол между ними составляет 20', при этом боковые группы одной спирали встраиваются между боковыми группами другой.
Данный расчет был проделан для случая, когда на один виток спирали приходится 3,6 аминокислотных остатка, Для более сс в Рис. !.8. Структура миоглобина (А) и р-субъеднницы гемоглобина (Б). Укладка этих двух цепей практически одниаиова. Основные различия сосредоточены у Х- и С-концов цепей и у коитактируюпгих поверхностей субъедииицы гемоглобина. (С изменениями из книги Эцйегзоп К. Е., Тйе Рго(е(пз (еб. Н, г(ецга(й), Асабего(с Ргезз (!964).) ГЛАВА ! У„ф фв(~% ФфЮ 'з"э(на сс-спирали '~Р ~%: Й Ходькр р-слгррквра Ф Зь Ф ВСВ !СС !СЧ РВЫ Ф ()!((В Ф~ ВОМ СОН Снт флЯР ФЙф ОР(з РДР Т).В Рис. 1.О.
Классификация белковой структуры па Левитту и Чотиа (10). На иолекулу смотрят в таком иаправлеиии, чтобы как можио большее число ее структуриых элемеитов было расположеио торцом к читателю. Каждая цепь ()-структуры изображеиа в виде квадратика. Ближиий торец каждой а-спирали изображеи в виде иружка. Расположеиие сс-спиралей и ()-структур иа диаграмме отражает их простраиствеииое расположеиие. Кружки и квадратики соедииеиы жириыми или светлыми стрелками (от Х-копка к С-копку), чтобы показать, какими торцами соедииеиы даииые элемситы — ближними (к читателю) или дальиими. Примериые размеры: диаметр а-спирали — 5 А; параметры В.структуры — 5 Х 4 А, расстояяие между спиралями — 10 А; расстояиие между цепями р-структуры, связаииыми водородпыми связями,— 5 А; расстояиие между цепями, ие связаииыми водородиыми связями, — 10 А. Сокрашеиия: МВХ вЂ” миоглобии; Мсгь) — миогеи; МНИ вЂ” миогемоэритрии; 11(Й вЂ” рубредоксии; 1СС вЂ” постояииая (коистаитиая) область иммуиоглобулииа; 1СгЧ вЂ” вариабельиая область иммуиоглобулииа; РВИ вЂ” преальбумии; ЯЭМ вЂ” супероксиддисмутаза! СО!( — коякаиавалии; СНТ вЂ” химотрипсии; 1ХЗ вЂ” иисулии, РТ! — паикреатический иигибитор трипсииа; СВ5 — цитохром Ь, КЫЯ вЂ” рибоиуклеаза; (.ЕМ вЂ” лизоцим; 5Ы$ — стафилококковая иунлеаза; (.24 — лизоцим фага Т4; РАР— папаин; Т15 — термолизии; ТКХ вЂ” ткоредоксии; Р(.5( — флаводоксии; АТгН вЂ” алкогольдегидрогеиаза, участок связы.
ваиия кофермеита; АК)г) — адеиилаткииаза; Т1М вЂ” триозофосфатизомераза; БП — субтилиэии; СРА — карбоксяпептидаза; (.ПН вЂ” лактатдегидрогеиаза; РОК вЂ” фосфоглицераткииаза; ОРЭ вЂ” глицеральдегид.З-фосфат — дегидроге. каза; НКХ вЂ” гексокниаза; МВН вЂ” малатдегидрогеиаза, ТРЕХМЕРНАЯ СТРУКТУРА ФЕРМЕНТОВ 4.
Третичная и четвертичная структура Трехмерную структуру белка, состоящего из единственной полипептидной цепи или из ковалентио связанных цепей, называют его третичной структурой. Многие белки состоят из субьединиц, не связанных друг с другом ковалентно. Пространственная организация такого комплекса известна под названием четвертичной структуры. Трехмерная структура каждой субъединицы по-прежнему называется ее третичной структурой. Изменение четвертичной структуры означает, что субъединицы сместились друг относительно друга.
Субъединицы могут быть образованы как идентичными полипептидными цепями, так и различающимися. Как правило, области контакта субъединиц упакованы так же плотно, как н внутренняя часть белков, а расположенные на поверхности группы и ионы образуют ионные и водородные связи [17].
Изменение третичной структуры гемоглобина сопровождается смещением плотно упакованных субъединиц друг относительно друга. Рнс. !.10. Струнтура части молекулы глнцеральдегнд-3-фосфат — дегндрогеназы нз В. з1еагогаегторж!нз; цнлнндры— а-спыралы, изогнутые стрелкы — а-слон. (С лвбезыого разрепгенын В1езес(гег О, н 'йгопасо(1 А.) туго скрученной спирали (3,55 остатка на виток) этот угол уменьшается до 10'. Как отмечал Чотиа [13), р-структуры всегда изогнуты; такая изогнутая [1-структура энергетически более выгодна, чем планарная (рис. 1,10). Белки — это не рыхлые, случайным образом сформированные структуры. Их аминокислотные остатки упакованы так же плотно, как и аминокислоты в кристаллах [14 — 16].
Плотность упаковки (часть пространства, занимаемого атомами) для белков составляет примерно 0,75, а для кристаллов эта величина равна 0,7 — 0,78. Максимальная плотность упаковки сферических частиц равна 0,74, а цилиндрических частиц неограниченной длины — 0,91. ГЛАВА ! 5. Одинакова ли структура фермента в растворе и в кристалле? Этот вопрос является как нельзя более уместным, поскольку все данные о структурных особенностях ферментов и механизме их действия были получены при исследовании кристаллических белков. Когда-то ответить на поставленный выше вопрос было довольно трудно, но имеющиеся в настоящее время данные, как правило, дают положительный ответ.
Сомнения остаются лишь относительно активного центра карбоксипептидазы (гл. 12), да и то только по поводу подвижной боковой цепи остатка тирозина. Идентичность структуры ферментов в растворе и в кристаллах подтверждается следую!цими данными. 1. Несмотря на то что некоторые ферменты были получены в кристаллическом виде из разных растворителей и в различных формах, их структура оставалась практически одинаковой (например, субтилизин [18, !9] и лизоцим [20]).
2. Ферменты, принадлежащие к одному классу, имеют сходную структуру (например, сериновые протеазы, см. ниже). 3. При образовании димера а-химотрипсина контакт между мономерами осуществляется одними и теми же участками как в растворе, так и в составе кристалла [21, 22]. 4. Иногда ферменты сохраняют свою активность в кристаллическом состоянии (например, рибонуклеаза [23, 24] и карбоксипептидаза А [25]). Сопоставление активности фермента в растворе и в кристаллическом состоянии является непростой задачей, поскольку диффузия субстратов внутрь кристаллов затруднена.
Имеется, правда, один путьостроумного решения этой проблемы, состоящий в кристаллизации связанного с ферментом промежуточного соединения (индолилакрилоилхимотрипсина; см, ниже равд. Г. 2) при таком значении рН, когда это промежуточное соединение устойчиво [26]. При изменении рН, приводящем к увеличению реакционной способности промежуточного соединения, оно гидролизуется, причем реакция характеризуется той же самой константой скорости первого порядка, что и в растворе. Однако если в растворе в равновесии фермент находится в нескольких разных конформациях,то при кристаллизации будет отбираться только одна из этих конформаций.
Так, в условиях, при которых проводится кристаллизация, значительная часть а-химотрипсина находится в неактивной конформации [27], кристаллизуется же только активная форма фермента. тяехмвинхя стягктхях фввмвптов В. Классы ферментов 1. Сериновые протеазы 128 — 34! Волнение, вызванное выявлением того факта, что белки, связывающие кислород,— гемоглобин и миоглобин — имеют одинаковую третичную структуру и выполняют одинаковые функции, вновь овладело учеными, когда было установлено, что аналогичная ситуация имеет место в случае сериновых протеаз млекопитающих.
Эти ферменты названы так потому, что они имеют уникальный по своей активности сериновый остаток, который необратимо реагирует с фосфорорганическими соединениями, например с диизопропилфторфосфатом. Основные панкреатические ферменты — трипсин, химотрипсин и эластаза— кинетически весьма близки и гидролизуют пептиды и синтетические сложные эфиры. Их активность имеет оптимум при рН =7,8 и определяется состоянием ионизации групп с рК« = =6,8. Во всех трех случаях в процессе реакции образуется «ацилфермент», в котором карбоксильный фрагмент субстрата образует сложноэфирную связь с гидроксильной группой активного серина.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
