1625912814-86e4cf3c2f3a4758cc82c296d453744e (800503), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Реакция гидролизаРНК протекает по механизму общего кислотно-основного катализас участием в каталитическом центре фермента двух остатковгистидина ⎯ His12 и His119.На стадии циклизации His12 выступает в роли общего основногокатализатора, а His119 ⎯ в роли общей кислоты. Заряженныйимидазольный остаток His119 подает протон, необходимый дляобразования 5'-гидроксигруппы аденозина, а непротонированныйHis12 отнимает протон от 2'-гидроксигруппы, атакуемой атомом Р(первая реакция схемы).На стадии гидролиза His12 и His119 меняются ролями; His119активирует атаку воды по механизму общего основного катализа, аHis12 является кислотным катализатором, протонирующимуходящую группу (нижняя реакция схемы).Сериновые протеазы (ЕС 3.4.21.) являются ферментами,гидролизующими пептидные связи в белках.Активный центр сериновых протеаз и структура ферментсубстратного комплекса.
В протеазах есть «карман»,связывающийбоковуюцепьС-концевойрасщепляемойаминокислоты.Каталитический центр протеаз представлен сериновой триадой –серином, гистидином и аспартатом. В случае химотрипсина − этоSer-195, His-57 и Asp-102.Химический механизм действия сериновых протеаз какпример нуклеофильного катализа. Механизм действия сериновыхпротеаз хорошо исследован на примере трипсина, химотрипсина иэластазы, отличающихся лишь специфичностью по отношению кприроде карбонильного компонента расщепляемой пептиднойсвязи.На первой стадии гидролиза пептидов химотрипсином (ЕС3.4.21.1.) − ацилирования, в результате атаки субстрата гидроксиломSer195образуетсяневалентносвязанноепромежуточноесоединение, превращающееся в тетраэдрическое промежуточноесоединение (см. схему ниже).
Затем оно распадается с образованиемацилфермента − промежуточного продукта катализа, при этомрасщепляется пептидная связь.25NNHHis-40OONNHOOHOONOOHNHрасщепля емаясвязьHHONHHNПоворотво время атакисубстратаSer-195OHis-57HNOHHHNIle-16+ONHHNГидрофобный"карман"ONHONHAsp-102Ser-214УчастоксубстратаВ молекуле трипсиназдесь находится COO- группаостатка Asp-189Схема фермент-субстратного комплекса (химотрипсин)На второй стадии гидролиза пептида − деацилирования,ацилфермент гидролизуется с отщеплением N-концевой частиполипептида и одновременной регенерацией в активном центретриады аминокислот.Каталитическая активность химотрипсина определяетсянеобычайновысокойреакционноспособностьюSer-195.Находящиеся рядом карбоксилат-анион аспартата и имидазольнаягруппа гистидина формируют систему переноса заряда.
Этасистема играет ключевую роль в катализе, благодаря способности26связывать протон и обеспечивает с одной стороны челночнуюпередачу протона, а с другой – повышает нуклеофильный характеростатка серина в активном центре.OOHNHNCOAsp-102CH2His-57...Ser-195NOOHONCAsp-102OCCH2HCNHHis-57HRNHSer-195......NHH+Ser-195OOCCH2ацилферментHCNHROHH2OCH2Ser-195OHO+CHCRNH......Схема механизма действия сериновых протеаз (химотрипсина)Для осуществления электрофильного или окислительновосстановительного катализа белковые молекулы фермента сами посебе неактивны и требуют присутствия кофакторов − ионовметаллов или сложных органических молекул (простетическихгрупп), белковая часть фермента без кофактора называетсяапоферментом.Карбоксипептидаза А (ЕС 3.4.17.1.) – пример фермента,кофактором которого является ион цинка, осуществляющегоблагодаря последнему электрофильный катализ.27Панкреатическая карбоксипептидаза А – экзопептидаза,гидролизующая С-концевую пептидную связь в полипептидах; онаспецифична к объемным остаткам гидрофобных аминокислот,содержащим ароматическую или большую алифатическую боковуюцепь.Активный центр карбоксипептидазы и структура ферментсубстратного комплекса.
Ион цинка расположен в углубленииблизко к поверхности молекулы и образует координационные связи(в виде тетраэдра) с остатками двух гистидинов, глутамата икарбонильным кислородом расщепляемой пептидной связи. Рядом сионом цинка на ферменте имеется большого размера «карман», вкоторый попадает боковой радикал концевого остатка пептидногосубстрата.Субстрат связывается в активном центре благодаря следующимвзаимодействиям:отрицательнозаряженнаяконцеваякарбоксильнаягруппавступаетвэлектростатическоевзаимодействие с положительно заряженной гуанидиниевойгруппировкой Arg-145; боковой радикал С-концевой аминокислоты(на рисунке – Tyr) связывается в гидрофобном «кармане»;ОН-группа Tyr-248 образует две водородные связи с NH-группамипептидной связи, одна из которых является гидролизуемой;карбонильный кислород этой же связи вступает в координационнуюсвязь с ионом цинка.Связывание субстрата сопровождается перестройкой активногоцентра.
Гуанидиниевая группа Arg-145 и карбоксильная группаGlu-270 смещаются на 2Å, связывание карбонильной группысубстрата с ионом цинка вытесняет из тетраэдрического комплексамолекулу воды. Гидроксил Tyr-248 смещается на 12Å.Химическиймеханизмдействиякарбоксипептидазы.Гидролиз пептидных субстратов осуществляется по прямомумеханизму: Glu-270 активирует молекулу воды; образующийся ОНнепосредственноатакуеткарбонильныйатомуглеродарасщепляемой пептидной связи. Одновременно Tyr-248 отдаетпротон на ее NH-группу, и в итоге пептидная связь гидролизуется.Роль цинка.
Ион цинка поляризует С=О-группу, стабилизируетна атоме кислорода отрицательный заряд, а атом углеродастановится более чувствительным к нуклеофильной атаке.Неполярное окружение иона цинка увеличивает его эффективный28Расщепляемая связьOHГидрофобнаяполостьHis-69 HNHNHis-196NN2+ZnOGlu-72COOOCOH 2CH2 NOHC+ Arg-145C HNO H2NNHHCOTyr-248HCR2NHCHR3Glu-270OCNHC OHCR4HNOCCHR5+NH 3заряд и тем самым – его способность индуцировать диполь.Сильной поляризации карбонильной группы способствует такжеблизость отрицательного заряда Glu-270.Таким образом, следует отметить два основных аспектавзаимодействия карбоксипептидазы с субстратом:1) индуцированное соответствие − связывание субстратасопровождается значительными изменениями структуры фермента;2) скорость катализа возрастает благодаря смещениюэлектронов − в активном центре фермента содержатся атом цинка идругиегруппы,которыеиндуцируютперераспределениеэлектронов в субстрате, облегчая процесс гидролиза.Коферменты и апоферменты.
Как указано выше, в белкахотсутствуют группы, способные участвовать в окислительновосстановительномкатализе.Вкачествеферментов,катализирующих непосредственное окисление органических29молекул кислородом (например, глюкозооксидаза, ЕС 1.1.3.4.),выступают флавопротеиды − апоферменты в комплексе сфлавиновыми нуклеотидами: флавинмононуклеотидом (FMN) ифлавинадениндинуклеотидом (FAD).Функция этих коферментов заключается в дегидрировании(перенос протонов и электронов).Перенос двух протонов и двух электронов от донора к флавинуможет происходить в две стадии с образованием семихинона вкачестве промежуточного продукта. Семихинон содержит атомазота с неспаренным электроном.Апоферментопределяетфункциюкофермента.Определяющую роль природы белковой части фермента можнонаглядно продемонстрировать на примере гемопротеидов − гемсодержащих белков, и пиридоксальфосфат-зависимых ферментов.Гемовые простетические группы содержатся в целом рядеважных ферментов.
Гем состоит из органической части и атома Fe.Органическая часть − протопорфирин − образован из четырехпиррольных колец, соединенных четырьмя метиленовымимостиками. К тетрапиррольному кольцу присоединены четыреметильные, две винильные и две пропионатные боковые цепи.NH2NOOH2CPOOOHCHCHCCH 2OH OH OHH 3CHCCCH 3CCCHNCCРибофлавин (B2)NCNCCPOOH2CHCOHCNCCCNCHNCHHCOHCHOHONHOФлавинмононуклеотид (FMN)Флавинадениндинуклеотид (FAD)30H3CCRHCCCCHОкисленныйCH3CH3CCH3CСемихинонNNCCCONHNCCNHFADH2FAD + 2e- + 2H+O FADRCCHC-H +HHCCNNCCCONHH3CO+H-HCCH3CRHCCCHNCCВосстановленныйNHHNCCCOONHFADH2Возможно 15 различных вариантов, в биологических системахприсутствует только один изомер − протопорфирин IX.Центральный атом железа в геме способен образовывать шестьсвязей.
Четыре из них расположены в плоскости и связывают атомжелеза с четырьмя атомами азота плоской структурыпорфиринового кольца, а пятая и шестая находятсяперпендикулярно по обе стороны кольца и могут образовыватьдополнительные связи с определенными лигандами.Гемоглобин − пример белка, в котором гем, связанный соспецифическим белком, резко усиливает одну из выполняемых имфункций. Образование комплекса гема с белком глобиномусиливает координирующую способность гема, в особенности вотношении О2.
Гемоглобин (феррогемоглобин − Fe+2) обратимосвязывает кислород и таким образом служит переносчикомкислорода в многоклеточных организмах. Гемоглобин −аллостерический белок, присоединение О2 к белку повышаетсвязывание дополнительных молекул О2, то есть имеет местокооперативное связывание.Цитохром С (ЕС 1.9.3.1.) − небольшой белок, ковалентносвязанный с гемом – единственный белковый переносчикэлектроновнакислородвпроцессеокислительногофосфорилирования, характерного для всех аэробных организмов.31H 2CCHCH3CH2H3 CCHNNFeNNCH3H3 COOCCH2CH2CH2CH2COO-Каталаза (ЕС 1.11.1.6.) осуществляет расщепление перекисиводорода до молекулярного кислорода и воды, защищая живыеорганизмыотповреждениявысокореакционноспособнымпероксидом водорода:Н2О2 + Н2О2 → 2Н2О + О2Пиридоксальфосфат (PLP) − простетическая группа, активнаяформа которой образуется как шиффово основание в результатеконденсации альдегидной группы со свободной ε-аминогруппойостатка Lys фермента и затем реагирует со специфичнойаминокислотой с образованием нового шиффова основания, приэтом освобождается ε-аминогруппа Lys.Пиридоксальфосфат − кофермент большой группы ферментов(лиаз, ЕС 4.), катализирующих декарбоксилированиеα-аминокислот (с образованием аминов):H+RCH(NH3+)COO- → RCH2NH3+ +CO232R(CH2)4+(CH2)4 NH3CHPOOCH2CHCNH+COHCCH3ONHCOCPOOCH2CCHCNHФерментCOOHC+NH3NOORCOOHC+COHCCH3ФерментМеханизм декарбоксилирования:RHCHR++ COCHH2RCHNNNCHCHCHHOH3CR+HCOOCH2O P+HOH3CNHАльдимин..NH3C+HOH3CCH2O P+NHHХиноидноесоединениеHCHOCH2O PNCNH2H2OHOCH2O PHВторичноеHPLPоснование ШиффаПиридоксальфосфат является коферментом еще одной группыферментов − аминотрансфераз (ЕС 2.6.1.), или трансаминаз,катализирующих реакции переаминирования общего вида:R1–CH–COO- + R2–C–COO- → R1–C–COO- + R2–CH–COONH2OO33NH2Механизм переаминирования:RH+C+RCRR+HCOO -NNCHCHCH2CH2O P+HOH3 CNCH2O P..NHАльдиминHOH3 CХиноидноесоединение+NH3CH2CH2O PHOH3 C+NHCOO -COCOO H2OCNHOH3 CHHCOO-+NHHРМР-КетиминCH2O PПиридоксамин-фосфатPMPЭтот ряд превращений представляет собой одну из двухполуреакций,необходимыхдляферментативногопереаминирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
