Э. Фёршт - Структура и механизм действия ферментов (1128692), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Стабилизация переходного состояния сопровождается возникновением таких типов связывания, которые отсутствуют в случае субстрата (сериновые протеазы, цитидиндезаминазы), ослаблением пространственной деформации, повторной сольватацией фермента или субстрата (или образованием электростатических связей) в переходном состоянии. 7. Леформация — индуцированное соответствие— непродуктивное связывание Деформация вносит положительный вклад в катализ при условии комплементарности фермента переходному состоянию субстрата, увеличивая й„~ и Км, что приводит к увеличению ЗРОРИИ ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА 325 скорости реакции, Индуцированное соответствие уменьшает эффективность катализа, увеличивая Км без соответствующего увеличения й„~ по сравнению с ферментом, находящимся в активной форме в отсутствие субстрата.
Механизм непродуктивного связывания не затрагивает каталитического превращения специфических субстратов, однако он приводит к появлению дополнительных связывающих центров для конкурирующих между собой неспецифических субстратов. Эффективность катализа при этом может уменьшаться, если связывание неспецифических субстратов препятствует присоединению к ферменту специфических субстратов. Поскольку ни один из указанных механизмов не обеспечивает никакой дополнительной специфичности, для нерегуляторных ферментов наиболее важной из этих трех процессов должна быть деформация. Непродуктивное связывание вообще может оказаться артефактом, свойственным лишь системам!п чнго, и ие иметь никакого биологического значения (2).
Приложение: проблема накопления промежуточных соединений (2) Как отмечалось в гл. 7, выявление промежуточных соединений ферментативных реакций потребовало больших усилий. Было установлено, что в физиологических условиях в ходе реакций с участием многих наиболее распространенных гидролитических ферментов и природных субстратов эти соединения не накапливаются (табл. 10,5), в связи с чем механизм действия пепсина и карбоксипептидазы до сих пор не удалось установить. Накопление промежуточных соединений при исследовании механизма действия фермента часто наблюдают в тех случаях, когда используют синтетические субстраты, обладающие высокой реакционной способностью (например, эфиры при изучении химотрипсина), или когда работают при необычных рН (например, в кислой среде при исследовании щелочной фосфатазы). Все это обусловлено причинами принципиального характера.
Естественное следствие принципа максимизации скорости путем увеличения как й„ь так и Км состоит в том, что накопление промежуточных соединений уменьшает скорость реакции. Любое накапливающееся промежуточное соединение уменьшает Км реакции, приводя к насыщению при более низких концентрациях субстрата. Посмотрим на эту проблему с другой стороны. Если промежуточное соединение накапливается, то это означает, что константа скорости его исчезновения меньше константы скорости образования. Следовательно, скорость реакции ниже, чем ГЛАВА Ю 326 Таблица 10,б Ферменты н промежуточные соединения Накоалеиие з) Промежуточиае соедииеиие Фермеит (класс) Субстрат Ацнлфермент Хнмотрнпснн (Сернноаые протеазы) Пепси н (Кислые протеазы) Карбокснпептндаза Папани (Тнолоаые протеазы) Эстераза печени свиньи (Эстеразы печени) Ацетнлхолннэстераза (Холнноаые эстеразы) Кислая фосфатаза Пептнды Ацнлфермент (?) Амннофермент (Р) ) Ацнлфермент Амиды Алифатнческне эфиры Ацетнлхолнн Фосфорные моноэфнры Полнсахарнды Фосфорнлфермент б) Карбонна-нон (афнр) Лнзацнм (Глнкозндазы) з) укаааио, происходит (+) или ие происходит (-) иакоцлеиие фермеит-содержащих промежуточвых соединений в случае физиологических субстратов при насыщающих кои.
цеитрациях субстратов. Следует отметить, что если физиологическая коицеитрация субстрата виже соответствующего аиачеиия Хи. то промежуточиое соедииеиие ие накапливается даже ври иасыщающих кояцеитрациях. б) Промежуточное соехииеиие иакапливается в случае синтетической уходящей группы (и.иитрофеиол) в реакции с участием глюкозидазы. она могла бы быть, если бы образование промежуточного соединения было лимитирующей стадией.
Проблема накопления промежуточного соединения — наиболее сложная проблема ферментативного катализа, поскольку ферменты (например, те из них, которые участвуют в пищеварении) должны <справляться» с периодически появляющимися большими количествами субстратов. Если физиологическая концентрация субстрата ниже Км для атой реакции, то промежуточное соединение (п уруо не накапливается, поскольку фермент находится преимущественно в несвязанном состоянии. Однако в условиях эксперимента, когда можно использовать высокие концентрации субстрата, промежуточное соединение иногда удается накопить, Примером такого родаслужитреакциясучастием глицеральдегид-3-фосфат — дегидрогеназы.
Из табл. 10.4 видно, что концентРациЯ альдегида )и Угро ниже Км. Однако в лабораторных условиях ацилфермент может накапливаться, если используются насыщающие концентрации субстрата. теОРии Ферягептйтипг|ОГО кАтАлизА СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1, На!Вале Х. В. 5., Епгутея, Ьопбвапв, Огееп апд Со., р.
182 (1930). 2 ГегкЧ А, $$., Ргос. Е. Бос., В!87, 397 (1974). 3 Рысйег Е., Вег. ВЬ СЬе|п. Оез., 27, 2985 (1894). 4 РаиВлд Ь., СЬет. Епппб. Ь(екчя, 24, 1375 (1946), Ав. Бс!еп(, 36, 5! (1948). 5 !Уо!)еидеп Й., АссЬл СЬет. Йез., 5, 1О (1972). б. Еетйал! 6. Е., Бвепсе, И. У., 180, 149 (1973). 7, Бесеткй| I.
Х., Ь|елйагд 6. Е., Х. Ь|о1. СЬев., 249, 2932 (1974). 8. ХеиН М. 1и: Рер(!дея, ро!урер1|дея впд рго1е|пз (ед. В!оШ Е. $$., Вочеу Р. А., Ооодвап М., Ьо!ап Ь).), ХоЬп $91!еу апд Болз 1пс., р. 99 (1974). 9 Х.еаЬасй О Н., Вюсйе|п. ЫорЬуя. $(ез. Соппп., 32, 1025 (1968). 10 СагаТпаIе 6. Х., АЬе!ек $$. Н., В1осйеппя$гу, 7, 3970 (!968).
11, Кеепап М. У., А|геок|5 бг. Х.„Вюсйет. Ь|орйув. Рез. Сопли., 57, 500 (1974). 12. Сойеи В. М., уро!Хелдел )$., 3. Ьго!. СЬе|п., 246, 7561 (1971). 13 Рак|гег Х., Регкй| А, $$., В1осйет(з(гу, 12, 1067 (1973). !4, СойВлз К О., 5|агй 6 В., Х. Ь$о1. СЬеп|., 246, 6599 (1971). 15. БсМекллдег Х., Ьео!|гМ А., Х. то1ес.
Вю1., 82, 547 (1974). 16. Маллйегг Н. 6., Бсйепсй Н., 6ооду Х(, 5., Еиг. Х. В!осйет., 48, 287 ($974), 17. Кеглойаи Х. С., Роггек| бг. 57., $$оиуй|ои Р. Х. 67., В(осЫв. Ь!орйуз. Ас1а, 67, 31 (1963). 18. А!Ьегу (Р. Х., Киот!ек Х. $$., В|осйеппМгу, 15, 5627, 5631 (1976). !9, Нелдегкол $$.
Н., Х. гпо!ес. В(о1., 54, 341 (1970). 20, Тйотркои В. С., В|осЬетВ1гу, 13, 5495 (1974). 2! СНг! Н., Адч. Епгуто!., 37, 397 (!973). 22 В!айе С. С. Р., Хойиюп Х.. Н., Магг 6. А., Ног!5 А. С. Т., Рй((Вря О, С., Баста У, В., Ргос. $$. Бос., 8167, 378 (1967). 23 бгагкйе! А., СеоНГ М., Л. во!ес. В!о1., 103, 227 (1976). 24. Аидегкол бг. Р., 5|е|уг Т. А., Л то1ес. В|о|., 92, 279 (1975). 25. Со!оийсй 5. Р., ТЬе Епгу|пея, 9, 1 (1973).
26. Ое!ариеи|е 6., Г.ауилак )$., 5оук А., Еиг. Х В!осЬет., 16, 226 (1970). 27. Ое!ариеп|е 6., Бо!к А., Еиг. Х. В|осйегп., $6, 234 (1970). 28. Вйй!таил А., КиМа О., Бсйюауег Р., Вас|с!я К., Нийег )$., Х во1ес. Вю!., 77, 417 (!974). 29. НиЬег $$., Кий!а О., Воде 27., Бей|саре| Р., Ват|еН Кч ОеЪепйо)ег Х., 5|е|уеталл 67„Х. то(ес. В1о1., 89, 73 (1974). 30. Бюее( )$.
М., бгг)уйг Н. 7., Хал!л Х., Сйогйга С. Н., В!от О, М., В!осЬеппИгу, 13, 4212 (1974). 3!. Воде 27., Бсйюауег Р„Нийег )$., 1и; РедегаПоп о1 Еигореап В|осйет|са! Бос!е1!ез Теп(Ь МееПпд (ед. ОеяпиеПе Р.), Ног(Ь Но1!апд/Авек!сап Е1зе. ч!ег, 40, 3 (1975). 32. Гегкв А. $$., В!ош О. М., Рак|гег Х., В|осЬетНЬу, 12, 2035 [!973), 33. Оегкелйо)ег Х., 5|е(уеталп 27., Ас1а Сгуз1., В31, 238 (!975).
34. НоЬ~Нагй 6., 5йаи Е., 5йи!тал $$. 6., Ргос. па1п. Асад. Бс!., $). 5. А., 7$, 2623 (!974). 35 Х(оЬеггик Х. О., Кгаи! Х., А!дел В. А., В!гМоХ| Х. Х., В!осЬе|п$з1гу, 11, 4293 (1972). 36 Сео!$$ М., Тйек(к Рй. О., $)п!чегз!(у о1 СввЬ|1дде, р 270 (!972). ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА Хелсйя (Р.
Р., Адч. Епгугпо!., 43, 219 (1975). СПЕЦИФИЧНОСТЬ И ОТНОСИТЕЛЬНАЯ РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ Специфичность — чрезвычайно многозначный и зачастую неверно интерпретируемый термин. В энзимологии под ним обычно понимают способность фермента узнавать определенный субстрат из нескольких конкурирующих за активный центр этого фермента субстратов. Именно в этом смысле, например, говорят о специфичности конкретной амнноацил-тРНК вЂ” синтетазы по отношению к конкретной аминокислоте и конкретной тРНК. Таков смысл понятия «специфичность» в применении к биологическим системам.
При этом рассматривается ситуация, в которой за фермент конкурируют два субстрата, и ставится задача определения относительной прочности связывания субстратов с данным ферментом. В этом смысле специфичность является функцией прочности связывания обоих субстратов и скорости катализа: если какой-либо субстрат, реагируя с ферментом, имеет константу й,м в 1000 раз меньше, чем йсм для интересующего нас субстрата, но связывается в тысячу раз прочнее, эти два фактора будут компенсировать друг друга.
Вот почему важным кинетическим параметром при определении специфичности является отношение й,.~/К»0 оно отражает оба фактора — скорость реакции и прочность связывания. Термин «специфичность» используется также (по существу неверно) при описании активности фермента по отношению к другому субстрату в отсутствие специфического субстрата. Та. кая ситуация часто имеет место в опытах !п ч11го. При этом субстрат называют «плохим», если для него характерно либо высокое значение Км, либо низкое й,.ь В биологических же системах важны оба этих параметра.
Различие между двумя указанными значениями термина «специфичность» очень важно для понимания сущности механизмов деформации, индуцированного соответствия и непродуктивного связывания в катализе. Как будет показано в последней главе, эти факторы не влияют на биологическую специфичность, поскольку они изменяют параметры й,м и Км таким образом, что отношение й„~!Км остается постоянным. СПЕЦИФИЧНОСТЬ И ОТНОСИТЕЛЬНАЯ РЕАКЦИО!!НАЯ СПОСОБНОСТЬ зэз А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
