Биохимия 1 (1984) (1128709), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Например, инсулин образуется из проинсулина в результате протеолитического улаления пептида. 4. Фибриллярный белок каллаген, содер- жащийся в большом количестве в коже и ко- стях, образуется из рве~варимого предше- ственника — кроко,глагегга. Таблица 8! Профермеиты, снитезнруемые и желудке и иолжелудочиои железе Профермент (зимогеи) Место синтеза Активный фермент Пенсии Химотрипсии Желудок Полжелудочная железа Поджелудочная железа Поджелулочпая железа Пепсииоген Химотрипсиио- геи Грипсииоген Трипсин Прокарбокси- пептидаза Карбоксипепти- лаза 8.1.
Активация химотриутсинегеиа происходит путем специфического расщепления одной пептилиой связи Химотрипсин — это пищеварительный фермент, гидролизующий белки в тонком кишечнике. Как и ряд других проферментов и пищеварительных ферментов, он синтезируется в поджелудочной железе в форме неактивного предшественника — химотрипсиногвна.
Вообще поджелудочная железа — это один из органов, наиболее активно синтезирующих белки. Ферменты и их предшественники синтезируются в ацинарных клетках поджелудочной железы (рнс. 8,1). Внутри этих клеток новосинтезированные белки транспортируются из эндоплазматического ретикулума в аппарат Гольджи, где окружаются белково-липндной мембраной; так образуются зимогенавые гракулы, которые в электронном микроскопе выглядят как очень плотное тельца. Высокая электронная плотность зимогеновых гранул обусловлена содержанием большого количества белка (рис. 8.2). Зимогеновуле гранулы накапливаются в верхушке ацинарных клеток и затем под действием гормонального или Прозласт аза Эластаза Часть ! 152 Коиформацяя и динамика Поджелудочная железа Рнс.
8.1. Рнс. 8.2. 153 е к экдспназматмкескому ретикулуму Схематическое изображение секреции проферментов (зимогенов) ацинарной клеткой поджелудочной железы. (По рисунку, любезно предоставленному д-ром О. Ра(ак(е.) нервного сигнала секретируются в проток, ведущий в двенадцатиперстную кишку. Химотрнпснноген образован одной полипептидной цепью, состоящей из 245 аминокислот, Цепь связана пятью дисульфндными мостиками. Химотрипсиногеи практически полностью лишен ферментативной активности. Однако он превращается в активный фермент, когда под действием трипсина расупепляется пептидная связь между аргинином-15 и изолейцином-1Ь (рис. 8.3), Образующийся активный фермент, называемый я-химотрнпсином, действует затем на другие молекулы х-химотрипсина. В результате удаления еше двух пептидов образуется стабильная форма фермента — а-химотрипсин.
Дополнительное расщепление при превращении я-химотрипснна в и-форму в сущности излишне, поскольку л-химотрипсин сам обладает полной ферментативпой активностью. Поразительная особенность данного процесса активации состоит в том, что расьцепление всего лишь одной специфической пептидной связи превраи)ает белок из каталитичегки неактивной формы в полностью активную.
8.2. Трехмерная структура химотрипсина Понять суть этого удивительного процесса активации можно, лишь зная в деталях структуру н механизм каталитического действия химотрипсина. К счастью, фермент этот исследован дос~а~очно хорошо мего- дами химического и рентгеноструктурного анализа. По существу химотрнпснн — зто олин из самых изученных ферментов, и поэтому имеет смысл рассмотреть его более детально.
Молекула хнмотрипсина состоит из трех полипептидных цепей, соединенных двумя межцепочечнымн дисульфидными связями (рис. 8.4). Масса фермента составляет около Электронная микрофотография зимогеновых гранул в ацинарных клетках поджелудочной железы. (Печатается с любезного разрешения д-ра О.
Ра!ак)е.) 8. Активация профермснтов 245 Химотрипоиногвн (неактивный) Тоипоин Т 1 15 16 245 к-Химотрипоин (активный) Агп Пе имотрипоин зег-Агр впо ТЫ -Авп 14 18 147 148 „1 13 16 146 149 245 а-Химотрипоин (активный) 'ьеи А-цепь пе Туг В.цепь А)а С.цвпь Рнс. 8.4.
Рнс. 8.3. Активация хнмотрипсиногена. В молекуле а-химотрнпсина имеются два межцепочечных дисульфидных мостика и три внутрицепочечные дисульфидные связи. 25 кДа. Трехмерную структуру фермента при разрешении 2 А (рис. 8.5) установили Дэвид Блоу (Р. В!отн) н сотрудники методом рентгеноструктурной кристаллографии. Молекула химотрипсина имеет компактную эллнпсоидную форму размером 51 х 40 х 40 гч. Все заряженные группы, за исключением трех, абсолютно необходимых для катализа, находятся на поверхности молекулы.
Молекула свернута очень сложно; в отличие от миоглобина и гемоглобина она содержит очень мало а-спиралей. Полипептидные цепи в основном вытянуты и нередко идут параллельными тяжами на расстоянии друг от друга примерно 5 А. Между пептидными группами в прилегающих тяжах образуются многочисленные водородные связи. Часть молекулы обладает вторичной структурой, напоминающей антипараллельные складчатые слои, как это наблюдалось и в лизоциме. Часть 1 154 Конформации н дниамнка 5 — 6 6 — 6 ) 5 5 5 8.3. Химотрипсин специфичен в отношении ароматических и больших ненолярных боковых цепей Биологическая роль химотрипсина- гидролнзовать белки в тонком кишечнике (рис. 8.6).
Равновесие этой реакции сдвинуто почти полностью в сторону гндролиза (> 99%). Однако химотрипсин способен гидролизовать с высокой скоростью далеко не всякую пептианую связь. Он действует избирательно на пептидные связи, образованные кирбакгильными группами аминокислот с ароматическими бакавьгми цепями— тирозина, триптофана и фенилаланина, а также аминокислот с гидрофабными остатками большого размера, например метионина (рис. 8.7). Химотрипсин гндролизует также эфирные связи.
Хотя эта реакция не имеет существенного физиологического значения, она представляет интерес в том отношении, что имеет много общего с пщролизом пептидной связи (рис. 8.6). По существу, значительная часть сведений о механизме каталитического действия химотрипсина была получена при изучении гидролиза простых эфиров. 8.4. Прн катализе химотрнпсином часть субстрата ковалевтно связывается с ферментом Химотрнпсин каталнзирует пщролиз пептидных и эфирных связей в два отдельных Рис.
8.5. О й,— С ь» — йз + Н»О О й,— С + НН й, О Н Пвнтнд Клеанта явнн Кненвтв Сннрт 155 Трехмерная струк гура п-химотрипснна. Показаны только ауглеродиые атомы. Цветом отмечены участвующие в катализе остатки. (В!ов» Р. М. 1п: ТЪе Епхушез, Р.Р. Воуег, е»(., Зг»1 е»1., ч. 3, Аса»(. Ргезз, 1971, р. 194) этапа. Впервые это было обнаружено при изучении кинетики гидролиза л-нитрифенилацетата. Прн использовании больших количеств фермента можно отчетливо проследить наличие двух фаз в высвобождении одного из продуктов реакции.
лнитрофенола (рис. 8.8). Сначала наблюдается бьютрое взрывообразное высвобождение л-нитрофенола, после чего он образуется уже с меньшей стационарной скоростью. На первом этапе л-нитрофенилацетат присоединяется к химотрипсину, т.е. образуется фермент.субстратный (ЕЯ) комплекс О й,— С О вЂ” й,+ НО= Рис. 8.6. Химотрипсин катализирует гидролиз пептидных и эфирных связей. (рис.
8.9). Эфирная связь в субстрате при этом расщепляется. Один из продуктов реакции — л-нитрофеиол — высвобождае»си, тогда как ацетильная группа субстрата становится ковалентносвязанной с ферментом. Далее вода атакует ацетил-ферментный комплекс с образованием ацетат-иона и регенерированного фермента (рнс. 8.10).
Начальная быстрая фаза высвобождения л-нитрофенола соответствует этапу образования ацетил-ферментного комплекса, Этот этап называется ацилированиел». Более медленное стационарное образование л-нитрофенола соответствует этапу гидролиза ацетил-ферментного комплекса и регенерации свободного фермента. Этот второй этап, называемый деацилированием, лимитирует скорость всего процесса гидролиза эфиров химотрипсином. Более того, ацетил-ферментный комплекс настолько стабилен, что при благоприятных условиях его удается выделить. Механизм катализа химотрипси- О й,— С +НΠ— й +Н+ О 8. Активации ирофермевтов Рис. 8.8.
О Феомент) + С вЂ” СН О вЂ » ~аеснент~ С вЂ” СН О + ОН НО» НОг и-Нмтрофанмл ацетат Рис. 8.9. Ф»рнс т + Н»О 1:: ) ! С вЂ” СН О Плееммттенниа лрелтят ецетмл- фермент Н СН СН 5 ! СНз Лцетат Рнс. 8.10. Деацилирование: гидролиз промежуточно образующегося комплекса ацетил — фермент. ние ацильной группы к ферменту, удалось опрелелить, когла был вылелен в чистом виде промежуточный продукт Š— Рм стабильный при рН 3, Оказалось, что ацильная группа присоединяется к атому кислорода специфического остатка серина, а именно серина-195. Зтот остаток серина проявляет необычно высокую реакционную способность. Его можно специфически пометить каким-либо органическим фтарфасфатам. Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
