ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ингибирование и активация ферментов из "Биологическая химия" При этом участники химического превращения непосредственно взаимодействуют с ограниченной частью белковой молекулы, называемой активным центром. Селективность действия ферментов определяется высокоизбирательным узнаванием субстратов их активными центрами. Часть активного центра, ответственную за селективное связывание, иногда называют адсорбционным центром фермента. Ту часть активного центра, которая принимает непосредственное участие в каталитическом процессе, называют каталитическим центром. Эти два центра могут в известной мере перекрываться. [c.200] Информацию о строении гьктивных центров ферментов и расположении в них субстратов получают в первую очередь путем рентгеноструктурного анализа самого фермента и его комплекса с каким-либо близким аналогом субстрата, который достаточно похож на субстрат, чтобы располагаться в активном центре сходным с ним образом, но не может подвергаться ферментативному превращению. Такой комплекс может быть закристаллизован и использован для получения необходимого набора данных по дифракции рентгеновских лучей. [c.200] В отдельных случаях удается подобрать такие условия кристаллизации, в которых каталитического превращения субстрата не проис.ходит, и это дает возможность исследовать методом рентгеноструктурного анализа комплекс фермент — субстрат. [c.200] Таким образом, установленные экспериментально структура активного центра и схема расположения 6 нем аналога субстрата логично объясняют все характерные особенности действия панкреатической рибонуклеазы. [c.203] Из сказанного видно, что белок, который в данном случае сам по себе является ферментом и не требует участия дополнительных кофакторов, выполняет две главные функции узнает специфичный субстрат, ориентируя его в составе комплекса нужным образом относительно имидазольных колец двух остатков гистидина, и осуществляет с помощью эти.х дву.х остатков, формирующих ката питичес-кий центр фермента, общий кислотный и основной катализ на обеи.х стадиях гидролиза. Эти функции — наиболее общие для всех бе.пков, являющихся ферментами или в.ходящими в их состав. [c.203] Из природных аминокислот этому условию удовлетворяют остатки лизина и аргинина. В случае химотрипсина этот остаток должен содержать гидрофобный, предпочтительно ароматический радикал. Поэтому расщепление преимущественно проходит по остаткам фенилаланина, тирозина и триптофана. В случае эластазы расщепление проходит, если боковой радикал имеет небольшой размер, главным образом по остаткам глицина и аланина. Эта специфичность определяется структурой полости, в которой размещается боковой радикал атакуемого аминокислотного остатка для осуществления необходимой ориентации относительно каталитического центра фермента. [c.205] Каталитический центр для всех трех ферментов представлен тремя главными аминокислотными остатками — серином, гистидином и аспартатом. В случае химотрипсина это остатки 8ег-195, 1Пз-57 и Азр-102. Схема их взаимного расположения представлена на рис. 61. [c.205] В большом числе случаев, особенно если речь идет о видах катализа, для осуществления которых белковые молекулы не приспособлены (электрофильный, окислительно-восстановительный катализ), белковые молекулы, составляющие основу фермента, сами по себе, каталитически не активны и становятся катализаторами лишь в сочетании со специальными кофакторами — ионами металлов или сложными органическими молекулами. Последние часто называют прос7петичес-хими группами, а лишенные кофактора белковые компоненты фермента — апо-ферментами. [c.205] В случае карбоксипептидазы А аминокислотные остатки апофермента, как и в случае рибонуклеазы, обеспечивают отбор и нужную ориентацию субстрата относительно активного центра. Кроме того, специальные остатки аминокислот участвуют в связывании кофактора — иона цинка. [c.207] В белках отсутствуют какие-либо группы, способные участвовать в окисли-тельно-восстановительном катализе. В тех случаях, когда такой катализ необходим для осуществления окислительно-восстановительного превращения, в качестве кофакторов используются ионы металлов переменной валентности или специальные органические молекулы, такие как гем (1) и флавиновые коферменты (68 а, б и 69). [c.207] Во всех случаях, как это видно на примере карбоксипептидазы А, белок организует работу кофактора наиболее эффективным образом. Более того, в зависимости от структуры белка может усиливаться одна из присущих кофактору нескольких функций, в результате чего в разных комплекса.х один и тот же кофактор играет существенно разную роль. Например, гем в комплексе с глобином в незначительной мере проявляет свою склонность к окислительно-восстановительным превращениям и функционирует в основном как комплекс, координирующий молекулу Ог. В каталазе в комплексе с соответствующим апоферментом он проявляет способность катализировать двухэлектронное окисление — восстановление Н2О2. В цитохроме с тот же гем выполняет функцию одноэлектронного переносчика, меняя в каждом акте переноса электрона состояние иона железа от Fe(II) к Fe(III) и обратно. [c.207] Таким образом, из приведенных примеров следует, что белок в роли фермента или апофермента принимает участие в выполнении четыре.ч главных функций. Во-первых, белок обеспечивает специфичное опознавание субстратов, приводящее к образованию комплекса, в котором реагирующие части этих субстратов необходимым образом ориентированы относительно каталитического центра. Во-вторых, он принимает участие в каталитическом акте своими кислыми и основными группами по механизму общего кислотно-основного катализа. В-третьих, в ряде случаев ковалентно связывает часть молекулы субстрата с образованием промежуточного продукта, выступая в этом случае в качестве нуклеофильного катализатора. В-четвертых, в качестве апофермента белок обеспечивает связывание в активном центре иона или молекулы кофактора. [c.207] Здесь Р — продукт реакции. [c.209] Схема (6.3) является простейшей с.хемой ферментативного превращения. Согласно ей фермент пребывает в двух состояниях — в свободном виде, когда его функщ1ей является отбор молекулы субстрата, и в виде комплекса с субстратом, когда его функцией является собственно ферментативное превращение. По мере повышения концентращп субстрата в среднее время, необходимое для эффективной встречи с субстратом, уменьшается, тогда как время внутримолекулярного превращения комплекса в фермент и продукт остается неизменным. Достижение максимальной С1 рости означает достижение столь высоких значений з, что время на встречу свободного фермента с субстратом становится малым по сравнению с временем каталитического превращения, т.е. времени на поиск очередной молекулы субстрата фермент практически не затрачивает. [c.211] Даже простейшее кинетическое уравнение ферментативной реакции содержит несколько кинетических параметров, каждый из которых зависит от температуры и среды, в которой протекает реакция, в первую очередь от pH и ионной силы. Если эксперименты проводятся в присутствии органических растворителей, то кинетические параметры также зависят от природы добавленного растворителя и его содержания в растворе. Характер всех указанных зависимостей различен для разных ферментов. Ниже вкратце рассмотрены вопросы, связанные с влиянием pH раствора и температуры на скорость ферментативных реакций. [c.212] Проведенное рассмотрение показывает, что зависимость кипетически.ч параметров ферментативной реакции от pH позволяет в ряде случаев получить сведения о природе групп фермента, формирующих активный центр фермента. [c.214] Вернуться к основной статье