Биохимия 1 (1984) (1128709), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Например, панкреатический инеибитор трипсина, белок массой 6 кДа, ингибирует активность трипсина, очень прочно связываясь с его активным центром (рис. 8.23). Константа диссоциацин комплекса составляет 1О 'з М, что соответствует стандартной свободной энергии связывания примерно — 18 кДа!моль, Примечательная особенность этого взаимодействия состоит в том, что комплекс не диссоциирует ни в 8 М растворе мочевины, ни в 6 М гаунидингндрохлориде, Между тем этн денатурирующие агенты практически всегда вызывают днссоциацию олигомеров белка на составляющие субъединицы. Такая удивительная стабильность рассматриваемого комплекса объясняется тем, что ингнбитор трипсина является очень эффективным аналогом субстрата.
Рентгеноструктурный анализ показал, что 4 Химотрипенн Рнс. 8.21. Сравнение конформации основной цепи химотрипсина (А) и эластазы (Б). Локализация системы переноса заряда (остатки 102, 57 и 195) и и-аминогруппы остатка 16 выделена цветом, чтобы подчеркнуть сходство структуры этих ферментов. (На>т!еу В.$., Я>ог!оп О.
М. 1п: Т!1е Епгушсэ, Р.Р. Воуег, ед„3гд ед., ч. 3, Асаь(егп!с Ргевв, 1971, р. 362.) Б Элвствза с крайне малой скоростью. Период полужизни комплекса трипсин — ннгибитор составляет несколько месяцев. Ингибитор обладает очень высоким средством к тринсину в силу почти идеальной комплементарности вго структуры активному центр> тринсина. Ограниченная подвижность конформации ингнбнтора в участке его связывания с ферментом блокирует процесс катализа и приводит к исключительно высокой прочности комплекса с трипсином. боковая цепь лизина-15 в молекуле ингибитора соединяется с боковой цепью аспартата в субстрат-специфичном кармане фермента. Кроме того, между полипептидными цепями фермента и ингибитора возникает болыпое число водородных связей. Онн располагаются так же, как водородные связи между ферментом и истинным субстратом.
Но что самое главное-карбонильная группа лизина-15 и окружающие ее атомы ингибитора плотно входят в полость оксианиона в ферменте. Однако весь комплекс как будто застывает на этом промежуточном этапе катализа — видимо, потому, что гистндин-57 фермента, будучи неподвижным, лишен возможности перебросить протон на амндный азот ингибитора.
Пептидная связь между лизином-!5 и аланином-16 в панкреатическом ингибиторе трипсина расщепляется, но й. Актнвяцяж ироферментов 163 ЯЛЗ. Днвергентная н коивер~ ситная эволюция сернновых протенназ Химотрипсин, зластаза и трипснн обладают в целом сходной последовательностью аминокислотных остатков, поскольку они возннкди из общего предшественника. Ген фермента-предшественника, по-видимому, несколько раз удваивался.
В результате последующих мутаций этих генов появились в конце концов современные ферменты. Возникновение различной специфичности в ходе мутаций генов, произошедших от общего предшественника, представляет собой процесс дивергвнтной эволюции. Сравнивая химотрипсин с бактернальным ферментом субтилизином, мы сталкиваемся с эволюционным процессом другого типа.
Ингнентор Суз-1б нг Сн, сн, сн, 1 Хнпотрнпснн нн+ о о- 'Ъ |' С 1 сн, Азр-1 89 Трнпснн Трнпснн Рис. 8.23 тпг На! Рис. 8.22. Эпвстозп Очень упрощенное изображение участка связывания субстрата в химотрипсине, трипсине и эластазе. Субтилизин — это также сериновая протеиназа. Однако последовательности аминокислот в химотрипснне и субтнлизине совершенно различны, что указывает на их независимое появление в процессе эволюции. Например, в молекуле химотрипсина имеется лять дисульфидных мостиков, тогда как в субтилизине -ни одного.
Последовательность аминокислот вокруг серина в активном центре субтилизина и химотрипсина имеет следующий вид: -С!у-ТЬг- Бег '-Мес-А!а-Бег в стптнлнзннз -С1у-Азр-Бег"-С1у-С)у-Рго в зннотрнпснно Совершенно различны трехмерные структуры этих ферментов. Тем более удивительным оказалось сообщение о том, что в субтилизине имеется система яереяоса заряда, состоящая, как и в химотрипсине, из Часп ! 164 Конформацая и дивазивкя Основной элемент взаимодействия панкреатнческого ингибитора трипсина с трипсином состоит в образовании электростатической связи между лизином-15 ингибитора и аспартатом-189 фермента. Кроме того, — ХН;-группа лизина-15 соединяется водородной связью с несколькими атомами кислорода в субстрат-специфичном кармане молекулы трипсина. остатков аспарагиновой кислоты, гистидина и серина.
Более того, в субтилизине имеется полость оксианиона, стабилизирующая тетраэдрическое промежуточное соединение. Сходство системы переноса заряда, полости оксианиона и механизма катализа в случае субтилизина и химотрипсина-это поразительный пример пезавигилюй, конвергентной эволюции на уровне молекул ферментов.
Почему независимые, параллельные эволюционные процессы привели к одному и тому же решению в таких разных случаях, как сериновые протеиназы поджелудочной железы позвоночных и бактериальный субтилизин? Как описывается далее (разд. 8.16), существует, по-вндимому, довольно мало способов расщепления пептидных связей. Изучение нескольких сотен протеолитических ферментов показало, что имеется, быть может, только четыре основных типа механизмов протеолнза и что сериновые протеиназы распространены наиболее широко. 8.14. Коорлинированнан активация панкреатических проферментов Расщепление белков в двенадцатиперстной кишке требует одновременного действия нескольких протеолитических ферментов, поскольку каждый из них специфичен в отношении ограниченного числа боковых цепей.
Следовательно, все проферменты должны превращаться в активные ферменты в одно и то же время. Координированный контроль процесса активации достигается тем, что длн всех нагтреатических профермеггтов — трипсиногена, химотрипсиног сна, проэластазы и прокарбоксипепз идазы — имеетсл один общий активатор — трипсии. Откуда же берется достаточно большое количество трипсина, необходимое для активации этих проферментов'! Дело в том, что клетки, выстилающие двенадцатиперстную кишку, сскретируют фермент энтеропептидазу', которая по мере поступления трипсицогепа н двенадцатиперстную кишку г парализует в нем пептидную связь лизин -изолейцин. Образующееся при этом небольшое количество зрипсина активирует трипсиногсн и другие проферменты. Таким образом, образовииие трипсина под действием эитеропептидаэы этап активании активитира: (га) — (двр),— фф~ - ие — маг— трннснноген Знтвроаннтндазн гга( — (Авр) 4 — Щ 1(в — Ча(— тннпенн 8.15.
Преждевременная активация проферментов можег приводить к летальному исходу, в частности прн паикреатите Существует множество путай зашигы полжслулочцой железы от протеолитического действии синтезируемых ею ферментов. Прежде всего все панкреатические ферменты, гидролизующие белки, синтезируются в вила неактивных проферментов. Далее, в клетках поджелудочной железы онп находятся в гранулах, окруженных белковолипидной мембраной.
Еще одна мера зашиты- присутствие в секрете поджелудочной железы ингибитора (разд. 8.12), инактивирующего те небольшие количества трипсина, которые могут в ней оказаться. ' Этот фермент был открыт Н.П. Шсповальниковыы н описан им а диссергации «Физиология кишечного сока». изданной в )899 г. Впоследствии ферменту было дано название «энтерокиназа».— Прим. ред. Место впадения протоков Схематическое изображение поджелудочной железы и ее связи с тонкой кишкой.
Рпс. 8.24. 8.16. Основные зины протеолитическнх ферментов — это сериновые протеиназы н карбоксипротенназы До сих пор мы рассматривали два класса протеолитических ферментов, а именно 165 8. Активациа проферментов Полжелулочная железа секретирует также липазы. Одна иэ них, а именно фосфолипаза А, синтезируется в виде профосфолипазы А,, которая затем активируется трипсином.
Другие ферменгы„расщспляющие жиры, проявляют активность в присутствии солей желчных кислот. поступающих в двенадца'типерстную кишку из псчсни. Действие этих стсроилов состоит в том, что они солюбилизируют липцды. гем самым делая их досгупными для ферментативного расщепления липазами. Желчь синтезируется в печени, накапливается в желчном пузыре и из нег о выделяется в лвеналцатиперстную кишку, где вместе с панкреагическими липазами учасгнуег в расщеплении жиров.
Существуег гяжслое, иногда со смертельнылг исходом, заболевание — острый панкреапиоп. Болезнь эта характсризуется ггремсдсврсменггой активацией протеолитичегких и .итолтоических дгер ггеггтов подлселудочнойлселезы, При паикреатите эти ферментыы проявляют активность, еще находясь в самой поджелудочной железе. В результате происходит разрушение ткани железы и стенок пронизывагоших сс сосулов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
