Э. Фёршт - Структура и механизм действия ферментов (1128692), страница 48
Текст из файла (страница 48)
7). а. Алкильные группы Из данных табл. 9.6, сравнив энергию связывания изолейцина и валина с изолейцил-тРНК вЂ” синтетазой и валина и а-аминомасляной кислоты с валил-тРНК вЂ” синтетазой, можно видеть, что дополнительная метиленовая группа в большем по размеру субстрате вносит в энергию связывания вклад порядка 12 — 16кДж моль — ' (3 — 3,8ккал моль-'). Это значительно больше величины 2,85 кДж моль — ' (0,68 ккал моль-') для переноса метиленовой группы из воды ь н-октанол. Сравнение соответствующих величин для валина и аланина показывает, что разность в энергиях связывания изопропильной и метильной групп составляет 22,6 кДж.моль-' (5,41 ккал моль-'), а разность энергий переноса этих групп из воды в н-октанол составляет 4,6 кДж моль ' (1,1 ккал моль — ').
Таким образом, энергия гидрофобного связывания с ферментом ь пять раз превышает энергию переноса из одной фазы в другую. б. Образование водородных связей Тирозил-тРНК вЂ” синтетаза связывает тирозин по крайней мере ь 28000 раз прочнее, чем фенилаланин. Возможно, в этом белке имеются центры связывания, которые присоединяют или фенольный гидроксил тирозина, или молекулу воды в отсутствие ГЛАВА З Таблица У.б Определение энергии связывания различных групп с использованием амииоацил-тРНК-сиитетаза! лзое ! о и Аминокислота рл — сн (и!4+)со,) ив Амииаация гРНК вЂ” снигегаза км мм ,.
бг са! зсаг7км бГ И болей цил- тРНК-сии- тетааа СН СН СН— СН," СН СН— СНз' СН ° СН— СНзг СНзСНз- 0,005 0,005 Иэолейцил- тРНК-сии- тетаза 0,8 0,39 0,005 0,0072 0,77 0,56 13,1 12,2 3,14 2,92 Валил-тРНК— сиитетаэа 0,14 Валил-тРНК— сиитетаэа Валил-тРНК— сиигетаэа 0,36 30 0,0017 1,1 ° 1О 15,8 3,78 22,6 5,41 СНз- 39 0,03 ТироэилтРНК вЂ” сии- тетаэа О,ОО18 но ©-сн О- З,о. 1О-' ТироэилтРНК вЂ с- тетаэа 25,3 6,06 а! Иыапацп В Н., пега Р., Гл аманн М..
и Ым. СЬепы аав, пзб арзрл !опас!б 3 ".. . И., Ижпег И. А., И!осмсц Ыорпуз. Ас!а, зэб, 4М ПЗМ1; Омена З,!... Иеп Р.И., Л Ыо!. йеп., азб. Мгб псуо!г Р М А. И., Мцыеу ц. З., К сЬ О 6., Иьмпем!ззуу, 44, 4З !груб!. б! Отиосятельиоасаг и Зсаг/Км дая реакции обмена Пирофосфаг-'Г АТР сучаствем специфяческого субстрата. субстрата. Сиязыиание фенилаланина должно сопровождаться либо вытеснением связанной воды, при котором диа центра образования водородных связей остаются свободными, либо деформацией связывающего кармана.
Разность а энергии сиязыиания, равная 26,6 кДж моль — ! (6,! ккал моль — г), отражает как преимущества, которые дает образование водородных сиязей между ферментом и тирозином, так и невыгодность связывания фенилаланина. ЭНЕРГИЯ ФЕРМЕНТ-СУБСТРАТНОГО ВЗАИМОДЕИСТВИЯ в. Ионные связи Сравнение констант связывания различных дезаминированных аминокислот н соответствующих аминокислот с аминоацил-тРНК вЂ” синтетазой позволяет получить нижний предел для значения энергии связывания иона аммония (!б — )7]. Из схем (9.6), (9.7), (9.8) видно, что вклад — ХНь-группы в энергию связывания составляет около !7 кДж.
моль-' (4 ккал моль — '). Возможно, это обусловлено образованием ионной связи с карбоксилат-ионом фермента. сн, с сне н,со;, г Снь АЗОЬ 18,8кДммлль(4,5 кмиммь') СН СО. л СНСН ио уьаоиеиию СН, 1ЧН,' (9.6) СО-, л Р)ьСНьСН по ссавимлаюсРЬСН,СНьСО„ )чн, лелька ) =14,2УДммлльл(3,4ккалмоль 9 (9.7) СО-, НО О СН,СН лс сравмеииесснос Я/Снаоньооь, 1ЧН", Адой 18,0кдсемольч(4,3ккал мале ) (9.8) 3. Оценка полной энергии связывания на примере химотрипсина Аминоацил-тРНК вЂ” синтетазы обладают исключительно высокой специфичностью. Энергии связывания, полученные для этих ферментов, имеют, вероятно, максимальные из всех принципиально возможных значений, Несколько более низкие значения получаются в случае химотрипсина — фермента, обладающего широкой специфичностью. ГЛАВА 9 й .
ч р д -Лд,нхо „,,„„1 г а ю О мз г,д Л Рис. 9.2, Соотношение между гидрофобиостью боновой цепи амииокис. лоты и параметром йем/Км для катализируе. мого химогрипсииом гидролиза метилоаых эфиров Х.ацетил-'г.-аминокислот [16). Энергия выражена в ккал моль-'. Рис. 9.3.
Корреляция ме. жду константами диссоциации для замешенных форманилидов и значе. пнями и для распределения между и-октанолом и водой. эыаггия фагмвнт-сквстпхтного взлимодвпствия а. Алкильные группы Параметр й„~/Км для катализируемого химотрипсином гидролиза серии эфиров с общей формулой И— — СН (гчНАс) СО»Ме (где К вЂ” неразветвленная алкильная цепь) возрастает при увеличении гидрофобности этой цепи [18[. Уменьшение энергии активации в 2,2 раза превышает свободную энергию переноса алкильных групп из воды в н-октанол (рис. 9.2) [19[. По-видимому, связывающий карман в 2,2 раза более гидрофобен, чем н-октанол. Константы ингибирования для ряда замешенных форманилидов возрастают при увеличении гидрофобности. График зависимости логарифмов констант ингибирования от и представляет собой прямую с наклоном — 1,5 [20[.
Это еще раз показывает, что активный центр химотрипсина более гидрофобен, чем н-октанол (рис. 9.3). б. Ионная связь Каталитически активная форма химотрипсина стабилизирована ионной связью между а-ННз-группой 1!е-16 и — СО»-группой Азр-194. Эта форма находится вравновесиисдругойформой, в которойа-ЯН»-группа является свободной и находится в водном окружении. Измерение констант равновесия между указанными формами при высоком значения рН, когда аминогруппа депротонирована, и прн низком рН, когда она находится в — ЯН»-форме, показало, что энергия стабилизации активной формы ионной связью составляет 12,1 кДж моль-' (2,9 ккал Х Х моль †') [21[.
Эта ионная связь находится внутри белковой глобулы, ионные же связи на поверхности гемоглобина имеют более низкую энергию стабилизации [22). 4. Почему ферменты более гидрофобны, чем органические растворители Одна из причин более высокой гидрофобности химотрипсина по сравнению с н-октанолом указывалась ранее.
Связывающий карман в химотрипсине сохраняется ивотсутствие субстрата, в то время как полость образуется в органическом растворителе лишь при перенесении соединения из водной фазы. Более того, в кармане находится примерно 16 молекул воды. Следовательно, образование гидрофобной связи с химотрипсином эквивалентно образованию двух «нормальных» гидрофобных связей, поскольку имеются две энергетически невыгодные водно-гидрофобных поверхности раздела: одна для субстрата и одна для связанной с ферментом воды, ГЛАВА в Прочному связыванию метиленовых групп изолейцил- и валил-тРНК вЂ” синтетазами способствует еше один фактор.
В том случае, когда валин занимает центр связывания изолейцил-тРНК вЂ” синтетазы, в образуюшемся комплексе остается незаполненная полость, которая была бы занята добавочной метиленовой группой изолейцина в случае его присоединения к ферменту. Ранее указывалось, что энергия дисперсионного взаимодействия метиленовой группы в кристаллическом углеводороде составляет 8,4 кДж моль-' (2 ккал моль-'). Поскольку плотность упаковки белков такая же, как и плотность упаковки кристаллов [23], наличие полости добавляет к энергии гидрофобной связи метиленовой группы еше 8,4 кДж моль-'. 5.
Заключение Таблица 9.7 Энергии связывания для рааличнык групп субстратов Вклад в общую аиертию свиамваиии фермеит Груива «Дж мать ккал моль Амнноанил-тРНК— синтетааа'1 15 — СНа— 3,5 НО— (две водородные связи) — НН+ ° ° ОаС— — СНт— — СНа — СНа— — (СНа)а— (СНа)е— РЬСН вЂ” б1 17 8 !6 23 29 Химотрипсии 3,8 5,6 6,8 8,2 а) приведеиа максвмальиаи велиаииа. б) относительно атома водорода. Константа диссоциации фермент-субстратного комплекса отражает термодинамическую стабильность субстрата, связанного с ферментом, по отношению к стабильности субстрата в свободном состоянии в растворе.
Она зависит от соотношения между прочностью водородных связей в фермент-субстратном комплексе и прочностью водородных связей, образуемых каждым иа энаггия Фваминт-сквстгхтного взхимолаиствия 289 компонентов с молекулами воды, от соотношения между стабильностью солевых мостиков в комплексе и прочностью соль- ватной оболочки отдельных ионов, от соотношения между энергией дисперсионного взаимодействия фермента с субстратом и энергией взаимодействия компонентов комплекса с водой, а также от гидрофобного связывания. Эти различия в энергии (табл. 9.7), если их просуммировать по всей молекуле, могут оказаться весьма существенными.
Интересно, что образование водородных, ионных и гидрофобных связей сопровождается увеличением энтропии из-за высвобождения связанных с белком молекул воды. Абсолютная энергия взаимодействия между ферментом и субстратом зависит от дисперсионных сил и абсолютной энергии водородных и ионных связей. Наиболеепрочнымииз этих связей являются водородные и ионные. Поскольку они, кроме того, стабилизируют образование заряда в переходном состоянии, их роль в катализе особенно велика.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
