Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Место расщепле- ния указано сгрелкой тельно, должны быть расщеплены по определенным точкам. Вероятно, это связано с тем, что их репликацня происходят по механизму катящегося кольца, описанному для некоторых фагов, содержащих однонитевую ДНК. В инфекционные частицы они превращаются после саморасщепления по точкам, соединяющим две последовательности.
В этом случае опять-таки речь идет об очень специфичном процессе, поскольку расщепление происходит в строго определенной точке полирибонуклеотндной цепи. Сравнительное изучение структур ряда вироидов и вирусоидов привело к заключению, что все они в области саморасщеплепия обладают определенной вторичной структурой, которая получила название структуры типа головки молотка (паввегаеа6). Пример такой структуры представлен на рис. 67 для внрусоида, сопутствующего вирусу преходящей полосатости люцерны. Такая структура может быть сннтезирована искусственно либо методами рибоолигонуклеотидного синтеза, либо путем транскрипции соответствующего синтезированного фрагмента двунитьчой ДНК с помощью РНК-полимеразы.
Это позволяет вносить во фрагмент природной' структуры многочисленные изменения. В частности, исследования. показали, 'что эта структура может быть разделена на каталитическую часть и субстрат. Если эти две части получить в виде отдельных рибоолигонуклеотидов, то при их объединении происходит такой же гидролитический процесс, как и в полной структуре. Однако при этом один рибозим может последовательно расще"нть большое число молекул субстрата. В этом случае расщепление происходит "о схеме, характерной для панкреатической РНКазы с образованием 2',3'-цик"офосфата и 5'-ОХ-группы.
Кннетика процесса описывается классическим уравненн "ем Михаэлиса с константой Михазлиса Аи — — 1,3 дМ н каталитпческой конга"той 0,5 мин !. Последняя величина довольно мала по сравнению с характер- 22! ными для ферментов белковой природы, но па несколько порядков выше, чем в случае чисто химического гидролиэа прп тех же условиях. Открытие рибозимов стимулировало исследования с целью выяснения возмож ности катализировать реакции другого типа с помощью РНК-катализаторов, гзк как структурные мотивы, обладающие катачштическими свойствами, оказались довольно разнообразными, был применен получивишй чрезвычайно широкое распространение в последние годы метод селекции )и и)(го (см. Э 7.12).
Следует отметить, что открытые рибозимов вызвало серьезиып интерес у уче ных, занятых вопросами происхождения хсизпи. До открытия рибозимов, когда преобладала точка зрения, что квтализаторнзш могут быть только белки, все время возникал вопрос: кто же появился раньше — пуклеиповые кислоты, которые необходимы для передачи иэ поколения в поколение информации, или бел ки, которые должны каталпэировать различные превращения, в том числе и реакции синтеза новых молекул нуклеиновых кислот, необходимых для сохране ния и реализации информации? С открытием рпбозпмов появилвсь возможность спекулировать, что жизнь началась с пуьсчепповых кислот, которые наряду с информационной функцией люгли слу'юпъ и квтализаэорамш некоторого набора биохимических процессов. Белки могли появиться иа более поздних этапах эволюции. 65.
ДИ11ЛМИЧЕСКИВ ЛСИГКТЫ МОДИКУЛЯ1ЧЮЙ ЭИЗИМО!К)ГИИ Из предыдущих параграфов этой гл иьы можно видеть, что учение о молекулярных основах действия ферментов — молекулярная эизпмологиз — в ХХ з. прошло большой путь. Первым выдюоицгмся лостшкгипгм, сегодня представляющимся банальным, являстся осознание того факта, по ферменты осуществлжот свое каталитическое действие только находясь в прямом коптакто с субстратаии. Образование комплекса фермент — субстрат (один пли несколько) является первой стадией фермеитвти злого катализа.
11а слом положении оспрвапо все кинетическое рассмотрешю фермоптатпвиых реакций. В самом простом варианте, когда за образованном комплекса непосредственно следует превращение, причем оио рассматривается как необратимое и является лимитирующей стадией всего процесса, квазистацпопариая кппстика описывается уравнением б(пхаэлиса— Ментеи. Понятия о максимальной скорости и константе Л(пхаэлпса являются фундаментальными в совремеппоП энзпмологшь На этом же постулате основано рассмотрение более сложных фермеитативпых реакций и разработана методология составления схем тюцгх реакций и вывода кинетических уравнений.
На основе этого же постулата разработаны подходы к выводу бо.ие сложных уравнения описывающих начальную фазу фермептативпой реакции, до того, как установился квазистацнопариый режплц описываемый уравнением Михаэлисв-Мептэк (предстациопарпый режим). Второе важнейшее поло кение, вытешиошге пэ всего опыта энзимологии, госте ит в том, что ферменты используют только хорошо известные в химическо" учении о катализе типы каталитических механизмов. В простейшем случае эгэ может быть просто кислотно-основный катализ, осуществляомый с помощью нескольких кислотных пли основных групп белка-фермента. Классическим при мерок является катализ расщепления полпрпбопуклеотщгпой цепи с помощью панкреатической РНКазы (см.
$ 0.1). Большая группа ферментов, в первую оке 222 едь так называемых сериковых протеаз, в которую входят трипсик, химотрипян, зластвзв и многие другие ферменты, работают по механизму нуклеофнльного „тализв. В знаменитой триаде аспартат-гистидин-~ерин протон 0Н-группы ерина в активном центре фермента оттянут. Это облегчает нуклеофильную атаку с рбонильной гРУппы на гидРоксигРУппУ сеРииа с РазРывом пептидной свизи, браэуемой этой карбонильной группой в субстрате.
Следует отметить, что при юм амидная группа разрываемой пептидной связи должна превратиться в ами„огруппу, что может быть облегчено подачей протона от какой-либо кислотной группы фермента, т.е. нуклеофильный катализ может сопровождаться кислотным „атвлизом. Ферменты могут осуществлять также электрофильный и окислительнс~восстановительный катализ.
В этом случае, однако, необходимо привлечение специальных кофакторов. В случае электрофильного катализа таковым может быть ион металла. Классическим примером является фермент карбоксипептидаза, который катвлизирует гидролиз 0-концевой пептидной связи. Цеитрвльную роль играет атом 2в", который координирован двумя имидазольными кольцами гистидинов и карбоксильиой группой глутамата, сохраняя при этом один положительный заряд. Окислительно-восстановительный катализ осуществляется ферментами, использующими в качестве кофактора сложные органические молекулы, способные переносить электроны, например флавиновые нуклеотиды. Роль белка или белковой части фермента (апофермента) состоит помимо прямого участия в катализе в связывании в определенном участке кофактора и в связывании субстрата или субстратов с определенной ориентацией их относительно каталитически активных групп.
При этом осуществляется отбор строго определенных субстратов из множества сходных молекул, в принципе способных к таким же реакциям. Например, специфичность карбокснпептидаз именно к бконцевым остаткам в значительной мере обусловлена тем, что в связывании и ориентации относительно атома цикла принимают участие положительно заряженные остатки аргининз, которые взаимодействуют с концевой карбоксильиой группой гидролнэуемого пептида.
К настоящему времени накоплен огромный материал по структуре комплексов Фермент — субстрат. Роль отдельных групп в отборе субстрата илн в катзлнтическом акте, гипотетически вытекающая иэ этих структур, сегодня во многих случаях подтверждается сайт-направленным мугагенеэом, одним из важнейших методов Выявления роли отдельных аминокнслотных остатков в Функционировании белка (см. $ 711) Это позволяет заменить определенный вминокнслотный остаток,.
предположительно участвующий в узнавании илн в каталитнческом акте, иа любой другой путем создания соответствующей мутации в гене, программирующем "сслсдусмый фермент нли апофермеит. Сохранение или, наоборот, исчезновение катал згзлитнческнх свойств является доводом в пользу или против роли данного остатка в катал гзлитическом процессе, Однако сегодня установлены структуры ничтожно малой части сти Ферментов и апоферментов и можно думать, что дальнейшее накопление Мате гсризла по этому вопросу послужит основой для новых интересных обобщений. то же время, как уже вкратце отмечалось в 1 6.1, рассмотрение механизма "звания исходит из статической картины взаимодействия фермент — субстрат.
Меж ежду тем накопилось немало вопросов, получение ответов на которые иа моле- муля обвес " "рном уровне требует динамического рассмотрения. Скорее всего именно в эту эсть постепенно перемещаются главные проблемы молекулярной энэимологии. Не"оторые из таких вопросов уже вкратце упоминались.
Это, во-первых, нап- 223 равленные конформацнонпые переходы, сопровождающие образование комплекса фермент — субстрат, постулированные Кошландом и наблюдаемые экснернмеоталь но в отдельных случаях. Во-вторых, это вопросы аллостернческой регуляции (см, з 6.3). Аллостерический ннгнбнтор, по-вцдньк)му, вызывает направленный ков формационный переход, приводящий к нарушению структуры активного центр~ фермента и тем самым к его частичной нлп полной ннактпвашш. В-третьих, это процесс транслокацни, т,е, направленного перемещения матрицы и синтезиру емого белка илн нуклеиновой кислоты на каждом звене элонгацни матричного биосинтеза (см.
" э5.3). К этому ьюжно добавить некоторые другие проблемы. Как уже говорилось, фермептатнвцая реакция складывается из узнавания субстрата или субстратов с нх размещением должным образом относительно активного центра фермента и самого акта катализа. Долгое время существовале представление, что узнавание, т,е, сродство субстрата к ферменту, мохсет характеризоваться константой Мнхаэлнса, которая приблюкенпо равна константе днссоцнации комплекса фермент — субстрат, во всяком случае если величина (:, имеет тот же норядок цлц меньше, чем вели шна (с1 [см. уравнение (6.6)).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
