Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Вопервых, она должна содержать специфическую химическую связь, которую фермент мок бы атакова'гь, и, во-вторых, в ней должна присутствовать та илн иная функциональная группа, называемая гвчзыяатгцей группой, которая способна связываться с ферментом и ориентировать молекулу субстрата в активном центре хаким образом, чтобы атакуемая связь субстрата была правильно расположена по отношению к каталитической группе фермента.
На рис. 9-9 показана субстратная специфичность химотрипсина, гнлролнэующего обычно только те пептидные связи в белках и простых пептидах. в которых карбонильная группа принадлежит остаткам ароматических аминокяслот, т.е. остаткам гриптофана, тирознна и фенилаланина. Однако при СОО ! С Н Мал еат (цнс-изо мер) !! ! СОО Гл. 9, ферменты Разрыпанмаз апиаьнав снюь Гидрофобиаз ориев- тирующаа группа Иозокуча ®Я)- СН вЂ” Са-Х субстрата )! О н ! СН вЂ” С+Х ННз К з ! СН,СНС- ННСНСОО Нептхд (! О ННз СН,СНС вЂ” НН, )! О СН,СНС вЂ” ОСН. у ! !! О Сдожный ж)ыр Рис.
9-9. Субстратнак спспифичность кимотрипсина. А. Хотя в биологические системах зимотрипсин действуе~ как пепз идаза, он способен тидронизоввть также амиды. сложные эфиры и некоторые синтетические соединении небиодогнческото проискождеииа, если у них сечь чувствитедьнаа к действию фермента савва н ориен гирующаа гидрофобнаа группа. Б. Некоторые синтетические соединения. тпдродизуеыые кимотрипсином. У «аждото из низ есть з идрофобнан ориентирующая труппа и подвержен иве расщспдению апидьнан свазь (обе показаны красным пветомк ческой активности ферментов. Ингибиторы ферментов служат также очень полезными инструментами при исследовании метаболических путей в клетках. Более того, механизм действия неко- торых лекарственных препаратов состоит именно в том, что они инп)биру)от определенные ферменты в клетках с нарушенными функциями.
Существуют ин) ибиторы двух основных типов: неоГэраппьт)ме и обра)пнмые. Необратимые ингибиторы связывают или разрушают функциональную группу молекулы фермента. необходимую лля проявления его каталитической активности. Примером необратимое о ингибитора может служить соединение з)иизо)зропип4гнор4тж4ат (ДФФ), которое ингибирует ферм ел г ах еэпи стол ни ттсрпуу, играющий важную роль в передаче нервных импульсов. Ацетилхолинэстераза катализирует гидролиз ацетин.тхолннв (рис. 9-!О). функционирующего в качестве нейтромедиатора в определенных отделах нервной системы.
Ацетилхолин выделяется стимулированной нервной клеткой (нейроном) в гииалг, т.е. мело соединения олного нейрона с другим. В сииапсе ацетилхолин связывается с рецепторами следующего нейрона, вынуждая его проводить нервный импульс. Однако, прежде чем второй импульс будет передан через спнапс слелуюшему нейрону, ацетилхолин, выделившийся после первого импульса, должен быть гндролизован ацетилхолинзстеразой в месте соединения нервных клеток, Продукты его распада ацетат и холин не способны действовать как нейромедиаторы (рис. 9-10). Необратимый ннгибитор ДФФ, обладающий высокой реакционной способностью, присоединяется к гидроксильной группе остатка серина в активном ценз.ре ацетилхолинзстеразы, что приводит к образованию каталитическн неактивного производного.
В результате фермент перестает функционировать. ДФФ, одно из первых отравляющих веществ нервно-паралитического действия. в опытах на животных вызывает нарушение некоторых функций вследствие того, что пораженные нейроны утрачивают способность проводить нервные импульсы. Однако ДФФ обладает и полезными свойствами. На его основе был создан ряд относительно иетоксичных для людей и животных инсектицидов, например зшдитнон. Сам по себе ЧАСТЬ Ь БНОМОЛЕКУЛЫ диюопропил- фосфвтный эфир холин- эстеразы (кв- талитичоски неактивный) СНз СН,С вЂ” Π— СНэСН,— Н' — СН, Ацетилхолин сн н,о Ацетилхолииэстервзв СН,СОО Ацетвт СНз НОСН,СН,— Н' — СН„Холин ! сн, Рнс, 9-!О. Нссбратнмос ингибнрозаиис ацстилкслинзстсразы лииэопропнлфторфосфатоы.
Л. Рсакция. катализирусмак ымтилколинэстсраэой. Б. Реакция мокну лназопропнлфторфосфатом н гнвроясильиой группой сарнна. малатион неактивен и в организме высших животных разлагается на продукты, которые считаются безвредными. В организме же насекомых малатион превращается под действием ферментов в активньш нагибитор их собственной ацетил кол инэстеразы. Выяснилось, что ДФФ ингибируег целый класс ферментов, многие из которых способны каталиэировать гидролиз пептидов или эфирных связей. К этю! ферментам относится не только аиниилхолинэстераэа, но и пзриисин, хилииприпсин„эласваэа, фас фоглюкомутаэа и коконаэа (фермент, выделяемый личинкой тутового шелкопряда и используемый ею для гидролиза шелковых нитей и освобождения из кокона).
Характерная особенность всех ферментов, ингибируемых ДФФ, состоит в том, что они содержат в активном центре остаток серина, принимающий участие в каталитическом акте (рис. 9-10). Сн, К- группа остатка сорина в активном ОН центро н„с Г Снз дниэопро- НС вЂ” Π— Р— Π— СН пнлфторн,с О1 си, СНз НзС СНз 1 НС вЂ” Π— Р— Π— СН Н,С сн, Другой необратимый ингибитор некоторых ферментов, нада!)зэпамид (рис. 9-1 11, может взаимодействовать с сульфгидрильными ( — 91) группами остатков цистеина или с имндазольными группами остатков гистидина, содержа- шихся в активных центрах этих ферментов.
С помощью таких ингибиторов было установлено, что гидроксильная группа серина, тиоловая группа цистеина и имидазольная группа гистидина участвуют в каталитической активности ферментов, принадлежащих к разным классам. 9.13. Существуют обратимые ингибиторы двух тнпов- конкурентные и неконкурентные Изучение обратимых инг вбит оров ферментов также познолило получить весьма важные сведения о структуре активных центров различных ферментов.
ГЛ. 9 ФЕРМЕНТЫ (.Н, В-грниии ро цаюииооооооб- ЕН иого остатка оиотоииа 1 Н вЂ” ч.— Н Нодиоетомил ) С*"'О ( (чн ОН» б Н вЂ” С вЂ” Н ) С О ( (ч))1е Химически мо. Лифицироиви иык фермент (иеаитиииыя) Рис. 9Л Ь Необратимое иигибироиеиие 3 Н.ферменте иоиецегем ином. Конкурентный ингибитор конкуриругл! с субстратом за связывание с активным центром, но в отличие ат субстрата связанный с ферментом конкурентный иигибитор не подвергается ферментативиому превращению. Отличительная особенность конкурентного ингибирования состоит в том, что его можно устранить или ослабить„ просто повысив концентрацию субстрата.
Например, если при заданных концентрациях субстрата и конкурентного ингибитора активность фермента подавлена на 5Ю;о то мы можем уменьшить степень иигибирования, повысив концентрацию субстрата. По своей трехмерной структуре конкурентные ингибиторы обычно напоминают субстрат даннога фермента. Блага- даря такому сходству конкурентному ингибитору удается «обмануть» фермент и связаться с ним. Конкурентное ингибирование можно количественно изучать на основе теории Михазлиса . Ментен. Конкурентный ингибитор 1 просто обратимо присоединяется к ферменту Е, образуя с ним комплекс Е + 1 Е1. Однако в отличие от субстрата ингибитор не подвергается действию фермента и новые продукты реакции не образуются.
Классическим примером конкурентного ингнбирования служит ингибирование сукцинатдегидрогеназы анионом мало- новой кислоты (рис. 9-12). Сукцинатдегидрогеназа входит в состав группы ферментов, катализируюших реакции цикла трикарбоновых кислот конечный метаболический путь окислительного разрушения углеводов и жиров в митохондриях.
Этот фермент катачизирует отшепление двух атомов водорода ат сукцината -по одному от каждой из лвух метиленовых ( — СНг---) групп. Сукцинатдегидрогеназа ингибируется малоиатом, который напоминает сукцинат тем, что он также содержит две карбоксильные группы, принимающие при рН 7,0 ионизированную (депротонированную) форму. Однако он отличается ат сукцината тем, что в его молекуле имеется только три атома углерода. Сукцинатдег1щро~еназа не способна отщеплять водород от малонатгч но малонат занимает активный центр фермента, не давая ему возможности взаимодействовать с нормщчьным субстратом. Малонат является обратимым ингибитором, так как повышение концентрации сукцината при заланной концентрации малоната снижает степень ингибирования фермента.
В качестве конкурентных ингибиторов сукцинатдегидрогеназы могут выступать и другие соединения, содержащие две отрицательно заряженные группы, расположенные на соответствующем расстоянии друг от друга. К ним относится, например, оксалоацетат- промежуточный продукт в цикле трикарбоиовых кислот (рис. 9-12). Изучение структурных чАсть !. БНОмолекулы сх!с! СН,, Сукцннат с:н, с!х! ( Суквннатдезн,г~ гидрогеиаэа С:ОО с:с! НС Фумарат С:ОО Активный центр оуюи. натдегидрогеваэы О Г.— / СН» Сукцаиат сз!. [Е) [1~ [Е!! СОО ( С О ( Снт ! СОО С:ОО с'Н СОО СН. ! СОО СН» ! С'ОО Сукпинат Окпвлопцвтат Маловат Е+ 1~~Е1, ЕВ + 1кв ЕЯ. Субстрат Конкурентные ингибиторы Рнс.
9-сх Рескци», «агвлюируема» сукин им дог идрогеназой. и ее конкурентное ингнбнроввнпс. Образнее внимание, что конкурентные ингибиторы напоминают в струкгурном отношении сукципат: оии содериа ~ две опрслслснным образом располпиеииыс в пространстве отрицательно зар»иснныс группы. которые соответс г ауют конформации активного «вора. особенностей всех этих ингибиторов позволило слелать вывод, что в катвлитическом центре сукцинатдегидрогеназы находятся две определенным образом расположенные в пространстве положитель- но заряженные группы, способные притягивать две отрицательно заряженные карбоксильные ~руины сукцинат-аниона.
Таким образом, каталитический центр сукцинатдегидрогеназы оказывается комплементарным структуре своего субстрата (рис. 9-!2). Конкурентное ингнбирование проще всего можно распознать экспериментальным путем, определив влияние концентрации ингнбитора на зависимость начальной скорости реакции от концентрации субстрата. Для выяснения вопроса о том, по какому з.ипу конкурентному или неконкурентному происходит обратимое ингибирование фермента (дополнение 9-3), весьма удобно преобразовать уравнение Михаэлиса — Ментен в линейную форму.
Чаще всего лля этой цели используют метод двойных обратных величин. Из графиков, построенных в двойных обратных координатах, можно определить также значение константы диссоциации комплекса фермент . ин! ибитор. Для реакции диссоциации Е! .Е+ 1 константа диссоциапии равна 9.14. Нскоикуренпюе ингибирование тоже обратимо, но не может быть ослаблено нли усгранеио повышением концентрации субстрата В случае неконкурентного ингибирования ингибитор присоединястсх к ферменту не в активном центре, где связывается субстрат„а совсем в другом месте. При этом конформации молекулы фермента изменяется таким образом, что происходит обратимая инактивация его каталитического центра. Неконкурентные ингибиторы сввзываются обратимо как со свободным ферментом, так и с комплексом ЕЯ, образуя неактивные комплексы Е1 и ЕВ!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
