Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Поскольку !ы нмндазольных колец незначительно отличаются от 7, протоннрованная н непротонированная формы обоих колец присутствуют в соизмеримых количествах, т.е. в популяцки молекул 1;! ~Н)~г й НГ Рве. ФФ. Схема активного дентра рибонуклеазы в форме, Гьтагопряяатаующей протеввввю второй стадии реакции фермента в измеримых количествах присутствуют формы со всеми четырьмя мысжсмыми распределениями заряженных и незаряженных колец. Па рис. 59 привсдена форма, которая благоприятствует первой стадии реакции. Заряженный нмидазольный остаток Н1в-119 подает протон, необходимый для образования 5'-гидроксигруппы аденозина, а непротопнрованный 01а-12 отнимает протон от 2'-гндроксигруппы, атакуемой атомом Р.
Вероятная схема синхронного смещения электронных пар обозначена на рисунке стрелкамн. Таким образом, остатки Н1з-12 н Н1а-119 работают в этом процессе соответственно как основной и кислот- ный катализаторы. Па рнс. 60 аналогичная схема приведена для второй стадии реакции, Вместо ушедшего из активного центра остатка аденозина па его место попадает молекула воды, Происходит сходный процесс, но теперь Н)в-12 играет роль кислотного, а 01а-119 — основного катализатора, т.е.
рабочей является фор- ма с зротонированным!Пз-12 и незаряженным Н)з-119. В обоих процессах депротонированпе н протонирование атома 2 '-0 происходит с участием Н)в-12, который расположен по отношению к остатку рибозы именно со стороны этого атома. Если бы в активном центре оказался такой же динук- леозидфосфат с 2' — ч 5'-межнуклеотидной связью, непротоннрованный имида- зольвый цикл Н)з-12 не имел бы контакта со свободной 2'-гидроксигруппой, будучи экранирован от нее фосфоднэфпрпым фрагментом.
Отсюда проистекает абсолютная специфичность фермента именно к 3' — + 5 сфосфоднэфирным груп- пам, По этой же причине протопи!юваппый П)а-12 на стадии гндролнза цикло- фосфата подает протон именно па атом 2'-О, что приводит к количественному превращению 2 ', 3'-цкклофосфата в 3 '-фосфат, Чтобы субстрат в активном центре имел необходимую ориентацию относи- тельно каталптическнх групп, оп должен быть фиксирован на ферменте по нес- кольким точкам. Связывание остатка фосфорной кислоты обеспечивается обра- ' зованием водородных связей н электростатпческпм взаимодействием с остатками Н)а-12 и Н)з-119, один из которых протонпрован, и с остатком глутамина 01в-11.
В связывании гетероцпкла участвуют остаток серила Иег-123, остаток феннлала- нина РЬе-120, находящийся в частичном стекннге с ппрплшдиновым кольцом субстрата, н две группы остатка треошша Т)~г-45 — его гидрокснгруцпа и ИН- группа полипептидного остова. Для такого связывания необходимо, чтобы пн- римидиновый нуклеотпд находился в пята-конформации. Переход в сик-копфо!э- мацию нарушает образование водородных связей с остатком Т)~г-$5, необходимое для правильного закрепления субстрата в активном центре.
Размеры области, в которой располагается гетероцпкл, недостаточны для размещения в ней пурино- вого гетероцикла. Таким образом, установленные экспериментально структура активного центра н схема расположения в нем аналога субстрата логично объясняют все характерные особенности действия папкреатпчоской рибонуклеазы. Из сказанного видно, что белок, который в данном случае сам зо себе являет- ся ферментом н не требует участия дополнительных кофакторов, выполняет две главные функции; узнает специфичный субстрат, ориентируя его в составе ком- плекса нужным образом относительно пмпдазольных колец двух остатков гнсти- днна, и осуществляет с помощью этих двух остатков, формирующих каталитичес- кий центр фермента, общий кислотный и основной катализ па обеих стадиях гндрелиза.
Этп функции — наиболее общие для всех белков, являющихся фе!э- ментами илн входящими в их состав. 203 1 " +1 л НН-СН - СΠ— НН вЂ” Сй-СО и ййй 1 йн,- СН- СО- ! йй СН-С = 6СН, Сйл 4ЮФ)0)Ф Сй, НН Сй-СООН эСй, О-СН ~о СН-С Н <+'лйй -О-СН2 Явр !от 'лО- ~/ бас 1ВУ Рис. б1. Схема активного центра сериновых и!к<тела н механизм их вен<твин: ( — кармяк, учяствуююи<< в опоэкавааик бокового радикала й, Помимо кислотно-основного катализа белки могут в отдельных случаях осуществлять нуклеофнльный катализ.
Наиболее изученной группой белков-ферментов, осуществляющих нуклеофильный катапиз, являются довольно многочисленные ферменты, катализирующие гндролнз пептндных связей в полипептндах, относящиеся к так называемым сериковы.и кроа<еаза.и. С точки зрения механизлт 204 действия наиболее обстоятельно исследованы три пищеварительных фермента— трипсин, химотрипсин н эластаза. Эти фе!эменты отличаются лишь специфичностью по отношению к природе амннокислотного остатка, по карбонильной группе которого происходит расщепление полппептидной цепи. В случае трипси— на этот остаток должен нести достаточно удаленный от полнпептидного остова положительный заряд. Из природных аминокислот этому условию удовлетворя<от остатки лизина и аргинина.
В случае химотрипснна этот остаток должен содержать гидрофобный, предпочтительно ароматический радикал. Поэтому расщепление преимущественно проходит по остаткам фенилаланина, тирознна и триптофана. В случае эластазы расщепление проходит, если боковой радикал имеет небольшой размер, главным образом по остаткам глицика и аланнна. Эта специфичность определяется структурой полости, в которой размещается боковой радикал атакуемого аминокислот- ного остатка для осуществленця необходимой ориентации относительно каталитического центра фермента. Каталитический центр для всех трех ферментов представлен тремя главными аминокислотными остатками серином, гнстпднном и аспартатом. В случае химотрипсина зто остатки Бег-19зт, Нлз-57 и Азр-102.
Схема их взаимного расположения представлена на рцс. 61. Наличие рядом с 0Н-группой серина полох<ительно заряженного имидазольного кольца резко облегчает ионизацпю этой группы серина, так что в значительной, а возможно, и подавляющей части молекул она находптся в виде соответствующего аниона.
Протоннроваппе цмндазольного цикла Нла-57 осуществляется с помощью расположенной рядом с ним ка!эбоксильной группы остатка Аар-!02. Ионизация резко повышаег нуклеофильпый характер остатка сернца, который атакует пептидную связь с отщепленпелл С-концевой половины расщепляемого полипептида и образованием продукта ковалептного присоединения его Х-концевой половины по остатку Бег-195 в виде ацилфермента. На второй стадии ацилфермент гидролизуегся < отщепленнем Н-концевой половины гндролнзуемого полипептида и регенерацией активного центра.
Схема двустадийного гпдролиза пептидной связи сериновыми протеазамн, таким образом, может быть записана в виде МНэ СНЙ;...-МНСНйлСО-МНСНЙ „СО-". МНСНйаСОО + НОСНэ-Е + МНэСНЙ,—...-МНСНй.СО-ОСНт-Е + МНтСНЙ.,<СО-...-МНСНйаСОО + ко + МйэСНЙ,—...— МНСНйлСО-ОСНуЕ -л МНзСНй< —...-МНСНЙ;СООН+ НОСНт Е В большом числе случаев, особенно если речь идет о видах катализа, для осуществления которых белковые молекулы не приспособлены (электрофильный, окислительно-восстановительный катализ), белковые молекулы, составляющие основу фермента, сами по себе, каталитически не активны н становятся катализаторами лишь в сочетании со специальными кофакп<орааи — ноналт металлов или ~ложными органическими молекулами. Последние часто назывтот аросгпетичес хи ии <рупии.ии, а лишенные кофактора белковые кол<попенты фермента — аа<».
Феда<витали, В качестве примера фермента, работающего с участием кофактора, на рис. 62 "Риведена схема активного центра карбоксиаеатидаэы А — пищеварительного вял Ои си Нем с ес +, с-ин — (си,1 е4~ ~ф с~ А Рис. 62. Схема активного центра карбакеипептипаэы А (остаток Тут Г98 на схеме не изображен) фермента, квтализирующего гидролитическое отщепление С-концевого аминокислотного фрагмента от полппептидов. Фермент абсолютно специфичен к Ь-конфигурации отщепляемого аминокислотного остатка и резко преимущественно квтализирует отщепление остатков гидрофобных аминокислот.
Гидролиз в этом случае протекает по механизму электрофильного катализа и требует участия иона цинка — в белке какие-либо группы, способные выступать в роли электрофильных катализаторов, отсутствуют. Ион цинка фиксирован в активном центре фермента путем координации тремя аминокислотными остатками — двумя остатками гистидина Н(з-69 и Н(а-196 и одним глутамат-ионом С1п-72. Четвертая координата (для ионов цинка характерна тетраэдрическая зре-конфигурация координационных связей) направлена в комплексе фермент — хубстрат на карбонильную группу гидролизуемой пептидной связи. Фиксация С-концевой части гидролизуемого пептида в активном центре обеспечивается в первую очередь взаимодействием с двумя остатками аргинина — Аг6-145 и Аг6-127 и кластером гидрофобных еыинокислотных остатнов — Туг-198, Туг-248 и 11е-247.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
