Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 48

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 48)

Кроме того, эта связь, которая будет разрушена, удерживается вблизи двух нахолящихся в актив ном участке лизоцима аминокислот с кислыми боковыми цепями (глутаминовая и аспарагиновая кислоты). Таким образом, в мнкросреде активного участка лизоцима создаются усло вия, которые сильно уменьшают энергию активации, необходимую для гидролиза. Па рнс. 3.5( представлены три основных этапа этой ферментативно катализируемой реакции. 8+Š— т Š— 8 — ч Е-Р Е+Р Рис.3.50. Реакция, катализируемая лизоцимом.

а) Фермент лизоцим (Е) катализирует разрезание полисахаридной цепи, которая является его субстратом (5). Этот фермент сначала связывается с цепью с образованием фермент-субстратного комплекса (Е-5) и затем катализирует расщеплениеопределеннайковалентнойсвязи восновной цепи полисахарида, образуя комплекс фермент- продукт (Š— Р), который быстро диссоциирует.

Высвобождение расчлененной цепи (продукты Р) освобождает фермент для дальнейшей работы — со следующей молекулой субстрата. б) Пространственная модель молекулы лизацима, связанного с короткой цепью полисахарида перед ее расщеплением. (Изображение б любезно предоставил Я. Е Ее(бгпапп.) ПРОДУКТЫ Конечными продуктами гидрапиза являются тетрасахарид (слева) и дисахарид (сггрвев). ЕУЕСТРАТ Данный субстрат представляет аабай апилюахарид, сасюящий нз б сахаров, обозначенных буквами А-Р. Пгщрабна показаны талька структуры сахаров О и Е. СН ОН СН ОН СН ОН ф.

боковая цепь 2 СН ОН Реакцией с молмсгпай воды (выделена дзвсным) гидрализ заверщввтся, и фермент возвращается в ксхаднае состояние пасла абраиювния канечнага комплекса фермент-продукт (ЕР). Рис. 3.51. Собьпия в активном участке лизоцима. На верхнем левом и верхнем правом рисунках показаны соответственно свободный субстрат и свободные продукты, тогда как другие три рисунка показывают последовательность событий, происходящих в активном центре фермента.

Обратите внимание на изменение конформации сахара 0 в фермент-субстратном комплексе; такое изменение формы стабилизирует переходные состояния. подобные иону онсо кар ба пня, что необходимо для образования и гидроли за ко вал ентного промежуточного продукта, показан ного на среднем рисунне. Также возможно, что на этапе 2 в качестве промежуточного продукта образуется ион карбония, поскольку ковалентный промежуточный продукт, показанный на среднем рисунке, был обнаружен только в реакции с синтетическим субстратом.

(См. О ). Носад!о ет в)., Л)стоге 412: 835-838, 2001.) 1. Фермент вызывает напряжения в связаштом им субстратс, так что форма одного из сахаров напоминает форму переходных состояний с высокой энергией, образующихся в ходе реакции. 2. Отрицательно заряженная аснарагиновая кислага реагирует с атомом углеро да С1 искаженного сахара, а глутамтггговая кислота жертвует свой нрглон кислороду, который связывает этот сахар с соседним. В результате связь между этими двумя сахарами расщепляется, и боковая цепь аспарагиновой кислоты остается ковалентно связанной с С1, по которому и произошло расщепление связи.

3. При помощи отрицательно заряженной глутаминовой кислоты молекула воды реагирует с атомом углерода С1, вытесняя боковую цепь аспарагиновой кислоты и завершая процесс гидролиза. В фермвнтна.субстратнам комплекса (ЕЗ) фврмент вынуждает сахар О принять напряженную канфармвцию, при зюм аминокислота О)цзб занимает такую позицию, чта как кислота атакует располмкенную рядом гликазидную связь, наставляя протон (Н') сюару Е, а аминокислота Азр52 а гатамюсгью атакует у рд ст. Аминокислота Азр52 образовала каввлентную связь мю ду ферментам и атомом угпврадв Ст сахаре О. Паоле зтага мяаюкиспатв Оазб палкризувт молекулу мазы (мкдмжнв «рзсньвг), твк чга кислород молекулы вадьг р дст и вытеснить Азрбз.

б) связывание субстрата с ферментом изменяет распределение электронов в субстрвте, создавая частично отрицательные и частично положительные заряды, которые способствуют протеканию реакции в) фермент связывается с двумя молекулами субстрата и точно их ориентирует, содействуя тем самым протеканию реакции между ними в) фермент создает деформацию в структуре связанной молекулы субстрата. выну~кдвя ее перейти в переходное состояние, благоприятствующее протеканию реакции Рис.

З.52. Некоторые общие принципы ферментвтивного катализа. а) Удерживать субстрвты вместе в точно заданном взаимном расположении, б) Стабилизировать промежуточные продукты реакции путем перераспределения зарядов. в) Приложить силу, которая искажает связи в субстрзте, и тем самым увеличить скорость определенной реакции.

3.2.12. П)эгзчно связвннь)Р с бюпнввл)л нвбопьц)взп клоп внупьз пру)дают бвпквав допопнитйпьньзв функц)лн Хотя мы и подчеркивали многофункциональность белков как аминокислот ных цепей, которые выполняют различные функции, известно много примеров, в которых самих по себе цепочек аминокислот недостаточно. Точно так же как люди употребляют инструменты, чтобы увеличить и расширить возможности своих рук, белки часто используют маленькие небелковые молекулы, чтобы выполнять Полная химическая реакция -- от начального связывания полисахарида на по верхности фермента н до заключительного высвобождения разобщенных цепей проис ходит во много миллионов раз быстре(, чем протекала бы в отсутствие фермента. Другие ферменты используют г)одобные механизмы для снижения энер гии активации и ускорения реакций, которые они катализируют.

В реакциях, где во взаимодействие вовлечено два и более агентов, активный участок служит также и матрицей, или шаблоном, на которой, или соответственно котором, эти субстраты «сводятся вместе» в надлежащей ориентации так, что реакция между ними становится возможной (рпс. 3.52, а). Как мы видели на примере лизоцима, атомы, входящие в активный участок фермента, размещены очень точно, чтобы ускорять реакцию за счет использования своих заряженных групп для изменения распределения электронов в субстратах (рис. 3.52, б). Кроме того, когда субстрат связывается с ферментом, связи в субстрате часто искажаются, изменяя форму субстрата. Эти изменения, наряду с механическими силами, продвигают субстрат к специфическому переходному состоянию (рис.

3.52, в). г!аконец, подобно ли зоциму, многие ферменты оказываются глубоко вовлеченными в реакцию и даже образуют кратковременную ковалентную связь между субстратом и боковой цепьк> входящей в активный центр аминокис.лоты фермента. На последующих этапах ре акции боковая цепь возвращается в свое исходное состояние, так что сам фермент остается неизмененным после реакции (см. также рис. 2.72). функции, которые было бы трудно или невозможно выполнить, располагая одними лишь аминокислотами.

Так, белок сигнальных рецепторов родопсин, который про изводится фоторецепторными клетками сетчатки, обнаруживает свет посредством маленькой, заложенной в него, молекулы ретиналя (рпс. 3.53, а). Когда ретиналь поглощает фотон света, он изменяет свою форму, и это изменение заставляет белок запускать каскад ферментативных реакций, которые в конечном счете ведут к по сылке электрического сигнала мозгу. ооон ооон сн, сн, ) ! сн, сн, н,с сн, сн сн, н,с н н,с =с сн, оно Снз )) б) сн, Рис. 3.53.

Ретиналь и тем. о) Структура ретиналя — светочувствительной молекулы„присоединенной к родапсину(основному зрительному пигменту). б) Структура группы гема Содержащее углерод кольцо гема отмечено красным„а атом железа в его центре окрашен оранжевым. Группа гема прочно связана со всеми четырьмя полипептидными цепями в гемоглобине — переносящем кислород белке, структура которого показана на рис. 3.22. Другим примером белка, содержащего небелковую часть, служит гемоглобин (см, рис. 3.22). Молекула гемоглобина несет чегыре группы авма -- кольцеобразные молекулы, в центре каждой из которых находится один атом железа (рис. 3.53, 6).

Гем придает гемоглобину (да и всей крови) характерный для нее красный гшет. Благодаря обратимому связыванию с газообразным кислородом через заложенный в нем атом железа гем позволяет гемоглобину вбирать кислород в легких и вы пускать его в тканях. Иногда такие маленькие молекулы присоединены ковалептно и постоянно к своему белку и, таким образом, становятся неотьемлемой частью самой белковой молекулы. Из главы 10 мы узнаем, что белки часто бывают прикреплены к кле точным мембранам посредством ковалентно присоединенных молекул липидов.

А мембранные белки, выставленные на поверхности клетки, а также белки, вы деляемые из клетки вовне, часто модифицированы ковалентно присоединенными к ним сахарами и олигосахаридами. В составе ферментов часто имеется маленькая молекула или атом металла, которые прочно связаны с активным участком фермента и усиливают его каталити ческую активность. Например, ка)збоксипеггпгидаза — фермент, который разрезает полипептидные цепи, — несет в своем активном участке прочно связанный ион цинка. В процессе расщепления пептидной связи карбоксипептидазой ион цинка образует переходную связь с одним из атомов субстрата, способствуя таким образом реакции а) Рис.

3.54. Туннелирование промежуточнык продуктов реакции в ферменте карбамоилфосфатсинтетаэе. а) Схематичное изображение структуры фермента, в котором краснея лента используется для обозначения туннеля, проходящего во внутренней части белка и соединяющего три его активных участка. Малая и большая субъединицы этого димерного фермента отмечены соответственно желгпькн и синим цветами.

Характеристики

Список файлов книги