Субстрат-связывающие центры

Молекула субстрата связывается с вполне определенным участком молекулы фермента, так называемым активным центром. Поэтому нещества, способные обратимо присоединяться к активному центру фермента, будут препятствовать об- )азованию активного промежуточного комплекса фермент — субстрат и, следовательно, будут тормозить реакцию. Такие вещества называются ингибиторами ферментов. Следует отличать ингибитор от ферментного яда. Ферментные яды необратимо взаимодействуют с активным центром фермента и переводят его в другое вещество, лишенное каталитических свойств. [c.259]

Одной из самых ранних моделей взаимодействия фермента с субстратом была модель ключа и замка , иллюстрируемая рис. 25.8. На этом рисунке показано, что форма субстрата точно соответствует определенному участку структуры белка (активному центру), специально приспособленному для взаимодействия с данным субстратом. Когда субстрат связывается с ферментом, происходит катализируемая реакция, после чего продукты реакции отделяются от фермента. Очевидно, такая модель действия фермента имеет много общего с моделями действия гетерогенных катализаторов, обсуждавшимися в разд. 13.7. Различие заключается только в том, что действие фермента более специфично. [c.453]

В соответствии с теорией напряжения или деформации связывающие силы между субстратом и ферментом непосредственно используются для создания напряжения или деформации, которые облегчают реакцию. Если активный центр фермента жесткий, то, чтобы субстрат мог связаться с ним, он должен претерпеть деформацию таким образом, чтобы его структура максимально приблизилась к структуре переходного состояния реакции энергия связывания является источником тех сил, которые позволяют субстратам связываться в искаженной конфигурации. Все это представлено на схеме (6), в которой 8 — нормальный субстрат, 8 — искаженный субстрат, а Е — фермент, способный связывать только искаженный субстрат. [c.232]

Общим для большинства ферментативных систем является то, что субстрат связывается с активным центром двумя или большим числом точек. В качестве примера можно указать на сорбцию молекулы синтетического субстрата на активном центре папаина (стр. 19). Углеводородный фрагмент сорбируемой молекулы связывается с белком за счет гидрофобных взаимодействий. Дополнительную ориентацию ей придают 3 водородные связи (пунктир) с аминокислотными остатками белка 01у-66 и Азр-158. [c.23]

Если субстрат, связываясь с ферментом, не изменяет значений констант диссоциации ионогенных групп активного центра Ка= = К а. Кь=К ь на схеме 10.1), то в этом случае константа Михаэлиса ферментативной реакции не зависит от pH [c.220]

После того как субстрат связывается в активном центре, могут начинаться химические процессы. Субстрат превращается в продукт по каталитическому механизму, образуя комплекс фермент-продукт (схема (1) . Процесс заканчивается, когда продукт удаляется из активного центра и образуется свободный фермент, готовый начать новый цикл. Не следует, однако, упускать из виду комплекс фермент-продукт. Ясно, что структура продукта весьма близка к структуре субстрата. Это фактически та же молекула, за исключением связей, образовавшихся или разорванных в процессе данной реакции. Однако важно, чтобы продукт, образующийся в центре, предназначенном для специфического и эффективного связывания субстрата, сам был связан как можно слабее, в противном случае его удаление и тем самым регенерация свободного фермента будут замедлены, и число каталитических циклов уменьшится. Эти требования подтверждают сложность механизма связывания. [c.453]

Подобные типы ингибирования конечным продуктом и активирования первым продуктом свойственны аллостерическим (регуляторным) ферментам, когда эффектор, модулятор, структурно отличаясь от субстрата, связывается в особом (аллостерическом) центре молекулы фермента, пространственно удаленном от активного центра. Следует, однако, иметь в виду, что модуляторами аллостерических ферментов могут быть как активаторы, так и ингибиторы. Часто оказывается, что сам субстрат оказывает активирующий эффект. Ферменты, для которых и субстрат, и модулятор представлены идентичными структурами, носят название гомотропных в отличие от гетеротропных ферментов, для которых модулятор имеет отличную от субстрата структуру. Взаимопревращение активного и неактивного аллостерических ферментов в упрощенной форме, а также конформационные изменения, наблюдаемые при присоединении субстрата и эффекторов, представлены на рис. 4.25. Присоединение отрицательного эффектора к аллостерическому центру вызывает значительные изменения конфигурации активного центра молекулы фермента, в результате чего фермент теряет сродство к своему субстрату (образование неактивного комплекса). [c.156]

Активный центр — участок поверхности фермента, на котором молекула субстрата связывается и претерпевает превращения. [c.14]

Эти два факта [561 могут служит лишь косвенным доказательством очень невелик параллелизм между эффективностью этих соединений и степенью их ионизации при различных значениях pH. С одной стороны, это можно объяснить тем, что неионизирован-ные формы в достаточной мере эффективны сами по себе, а с другой — очень трудно учесть как изменяется поверхность фермента с изменением pH. Оценить последнее обстоятельство вдвойне затруднительно. Во-первых, в приведенном примере нужно внести поправки лишь на взаимодействие с эстеразным центром, тогда как известно, что данные ингибитор и субстрат связываются не только с эстеразным, но и с анионным центром. Использование для этой цели данных о влиянии pH на гидролиз ацетилхолина не полностью достигает цели. Во-вторых, высказано предположение, что строение анионного центра не зависит от pH. Как будет показано ниже, это неправильно для всех изученных значений pH. [c.30]

Согласно предложенным схемам гидролиза, незаряженная аминогруппа субстрата связывает ион металла (Mg + или Мп +) [129, 170, 181]. Химическая информация об активном центре почти отсутствует. Известно только, что гидрофобные соединения являются очень сильными ингибиторами [170]. Судя по этому, а также по [c.555]

Активный центр. Важная особенность ферментатнаного катализа состоит в том, что фермент образует с субстратом фермент-суб-стратный комплекс, и химическое превращение субстрата происходит а составе комплекса. В этом комплексе субстрат связывается с определенной зоной фермента, называемой активным центром именно а активном центре происходит превращение субстрата в продукт. [c.186]

Молекула фермента обычно представляет собой клубок из больших белковых цепей — глобулу. На поверхности глобулы или в особом углублении располагается сравнительно небольшой по размерам участок — активный центр, который выполняет две функции распознавание и катализ. Распознавание субстрата — веш ества, на которое способен воздействовать данный фермент, — осуш ествляется за счет точного соответствия между формами и размерами молекулы субстрата и активного центра, как у ключа в замке. Благодаря такому соответствию многие ферменты проявляют высокую специфичность — способность катализировать превращение только одного вещества. Подошедшая из раствора к глобуле фермента молекула субстрата связывается и ориентируется ферментом таким образом, чтобы активный центр мог осуществлять превращение субстрата. Эффективность, т. е. большая ускоряющая способность фермента объясняется тем, что фермент и субстрат образуют активированный комплекс с небольшой энергией активации. Благодаря этому скорости ферментативных реакций в 10 —10 раз [c.26]

По теории индуцированного соответствия, выдвинутой Кошландом [9, 10], каталитические группы активного центра свободного фермента не находятся в том положении, в котором они осуш,ествляют эффективный катализ. Когда хороший субстрат связывается с ферментом, силы связывания между ферментом и субстратом используются для создания в ферменте энергетически менее предпочтительной, но каталитически активной конформации (рис. 3). Плохой субстрат будет связываться с активным центром, однако [c.229]

Процветание различных форм жизни в значительной степени можно приписать способности клеток к образованию большого числа специфических ферментов. Каждый фермент представляет собой белок с уникальной трехмерной структурой (конформацией), формирующей активный центр, в котором определенный набор молекул (субстратов) связывается с поверхностью фермента. Связывание субстрата с ферментом приводит к тому, что скорость одной из многих химических реакций, которым может подвергнуться субстрат, зачастую возрастает в 10 " раз Подобно всем другим катализаторам, молекулы ферментов не претерпевают никаких изменений после завершения процесса катализа и могут поэтому вновь и вновь выполнять свои функции. [c.83]

Некоторые ферменты ковалентно взаимодействуют с одним из своих субстратов. При этом субстрат связывается с аминокислотой или с молекулой кофермента. Такие ферментативные реакции часто происходят в несколько стадий так, что один субстрат захватывается центром связывания и ковалентно связывается, а затем реагирует на поверхности фермента со вторым субстратом (рис. 3-53). К концу каждого реакционного цикла свободный фермент восстанавливается. [c.158]

Роль фермента заключается в том, что он предоставляет поверхность, к которой может прикрепляться тот или иной субстрат (молекула, подвергаемая воздействию на поверхности), и облегчает образование или разрыв связей в этой молекуле. Место на поверхности фермента, проявляющее такую активность, называется активным центром фермента. Фермент выполняет две функции распознавание и катализ. Если фермент будет без разбора связывать каждую оказавшуюся вблизи молекулу, то лишь небольшая часть времени израсходуется на катализ реакции, для которой предназначается данный фермент. Но фермент окажется точно так же бесполезным, если, связывая нужную молекулу, он не будет способствовать образованию или разрыву в ней надлежащих связей. Распознавание ферментами своих истинных субстратов осуществляется при помощи расположенных определенным образом в активном центре фермента боковых аминокислотных групп, способных взаимодействовать с молекулой субстрата электростатически, либо в результате образования водородных связей или же притяжения гидрофобных групп. Такой отбор молекул путем связывания с ферментом называется его специфичностью. [c.317]

В основе современных представлений о каталитическом акте лежат положения о том, что первичной стадией катализа является хе-мосорбционный процесс, в результате которого образуются химические соединения молекулы субстрата с поверхностью катализатора, но без образования новой фазы. При этом предполагается, что молекулы субстрата связываются с локальными участками поверхности катализатора активными центрами. [c.655]

Ранее уже упоминалось о стереоселективности ферментов, проявляющейся в различных обстоятельствах, например в связи с биологическим разделением рацемических смесей (гл. 12), специфичностью мальтазы и эмульсина (разд. 17.6), структурными и стереохимическими требованиями иротеолитических ферментов (разд. 18.2). Принято считать, что ферментативный катализ осуществляется через адсорбцию субстрата на поверхности большой белковой молекулы. Стереоспецифичность фермента можно объяснить, если допустить, что фермент обладает рецепторными центрами, способными связывать или принимать только особые типы групп. Рассмотрим в качестве примера асимметрически замещенный атом углерода. Фермент, обладающий рецепторами для трех или четырех групп, может различить два энантиомера, поскольку подходящий энантиомер адсорбируется, присоединяясь всеми тремя своими группами к рецепторным центрам, тогда как второй энантиомер в лучшем случае сможет соединиться только с двумя центрами. Присоединение субстрата к центрам фермента происходит либо за счет образования ковалентных или водородных связей, либо при взаимодействии ионных или полярных групп, либо путем заполнения впадин на поверхности фермента, которые вмещают группы или особой формы, или чуть меньше определенного размера. [c.341]

Какова структура активных центров Благодаря кристаллографическим исследованиям мы можем неиосредственно увидеть , как устроено все большее и большее их число. Однако рентгеноструктурный анализ обычно не позволяет получить четкого представления о конформацион-ных изменениях, обеспечиваюш их индуцированное соответствие. Кроме того, кристаллографические исследования с высоким разрешением проведены лишь для относительно небольшого числа ферментов. Поэтому для выяснения структуры активного центра энзимологи продолжают широко использовать традиционные химические методы картирования , измеряя константы связывания ингибиторов, структуру которых последовательно изменяют, и исследуя, как влияют изменения структуры субстратов на связывание и скорость реакции. Хорошим примером исследования такого рода может служить работа Мейстера (Meister) и его сотрудников, исследовавших глутаминсинтетазу из мозга овцы. Субстратами фермента являются как D- и L-глутаминовая кислоты, так и а-аминоадипиновая кислота. В то же время из десяти монометильных производных D- и L-глутаминовой кислот субстратами глутаминсинте-тазы могут служить только три. Если допустить, что субстраты связываются в полностью вытянутой конформации, то все атомы водорода, замена которых не приводит к исчезновению активности, лежат с одной стороны остова молекулы (за плоскостью рисунка на следующих двух схемах) [c.43]

Ни для одного из ферментов пока еще не удалось выяснить пространственное расположение аминокислот, составляющих активный центр. Неизвестно даже, специфична ли трехмерная конформация аминокислот активного центра в отсутствие субстрата и если специфична, то соответствует ли она каталитически активной конформации. Были предложены две теории, касающиеся конформации активного центра фермента. В корще прошлого века Эмиль Фишер, пытаясь объяснить специфичность катализируемых ферментами реакций, высказал предположение, что фермент существует в относительно жесткой конформации, так что субстрат связывается с ним как с неким шаблоном. Очевидно, что с помощью этой гипотезы ключа и замка можно объяснить специфичность ферментов, ибо ясно, что жесткость шаблона должна обусловливать пространственные затруднения для молекул, отличающихся по своей структуре от нормального субстрата данного фермента. В противовес гипотезе Фишера Кошланд выдвинул свою теорию индуцированного соответствия (indu ed-fit theory). [c.200]

Простейшие выводы, которые можно извлечь из этих данных, состоят в том, что все эти субстраты связываются с белком в форме анионов (НОг , НСОО", R0 ) по одному и тому же центру белка, близкому к FeO, и что протон одновременно присоединяется по другому центру. Далее, окислительно-восстановительная реакция, по-видимому, протекает путем переноса гидрид-иона. Соответствующий изотопный H/D-эффект действительно наблюдался, хотя его можно объяснить на основе нескольких различных механизмов [159]. Рассмотрение структуры тех соединений, которые могут быть субстратами каталазы (и хлоронероксидазы), но не пероксидазы хрена, а именно перекиси водорода, первичных и вторичных спиртов, формальдегида [вероятно, в ( юрме его гидрата Н2С(ОН)2] и муравьиной кислоты, показывает, что они не так уж сильно различаются между собой, как это могло бы показаться на первый взгляд [c.221]

Рассмотрите кинетическое поведение системы для следующего простейшего случая ошибочной ориентации субстрата в активном центре фермента фермент Е катализирует односубстратную реакцию, в которой нормальный субстрат РР связывается на ферменте в центре Р, что позволяет осуществить перенос группы р к центру Р фермента. Самопроизвольное отщепление Р от Q регенерирует свободный фермент. Поскольку Р имеет сродство лишь с Р, ошибочная ориентация исключается. Если же субстрат имеет строение. КР, ситуация изменяется. Хотя группировка К имеет то же сродство к Р, как и Р, она способна связываться отчасти и с Q, в результате чего НР иногда образует с ферментом комплекс с обратной ориентацией, не способный к расщеплению. В обоих случаях субстрат связывается с ферментом обратимо, причем в каждый момент времени одна молекула фермента может связывать лишь одну молекулу субстрата. [c.257]

Одна нз наиболее привлекательных гипотез, объясняющих специфичность действия бнополнмерных катализаторов, связана с конформационными изменениями белка. Это гипотеза индуцированного соответствия (Koshland, 1965). Специфический субстрат, связываясь с активным центром, вызывает конформацнон-ные изменения, формирующие активный центр и обеспечивающие функционирование сложноорганизованного активного центра. Неспецифический субстрат, лишенный необходимых рычагов воздействия на белковую молекулу, не способен произвести необхо- [c.223]

В соответствии с гипотезой непродуктивного связывания в случае плохого субстрата в каталитически неактивном положении оказывается субстрат, а не фермент. Можно допустить, что хороший специфический субстрат имеет несколько связывающих центров, которые комплементарны центрам на ферменте, так что субстрат связывается только в одном активном положении (рис. 4). Плохой субстрат, в котором отсутствует одна или несколько этих связывающих групп или они расположены некодшлементарно, может связаться правильно, но может связаться и неправильно с образованием каталитически неактивных фермент-субстратных комплексов (рис 4). ]3аблю-даемая максимальная скорость УоЪз ДЛЯ плохих субстратов будет, таким образом, меньше максимальной скорости для продуктивно связанного субстрата Fp на фактор, соответствующий доли субстрата, который связан [c.230]

Механизм функционирования галоалкандегалогеназы. Авторы ряда работ применили рентгеновскую кристаллографию к изучению механизма каталитического акта галоалкандегалогеназы (табл. 1.10) [503 -505]. Трехмерные структуры фермента, монокристалл которого постоянно находится в маточном растворе, были расшифрованы по картам электронной плотности, рассчитанным по дифракциям образца в отсутствие и в присутствии субстрата 1,2-дихлорэтана [504]. При pH 5 и 4°, условии, далеком от оптимального, (pH 8,2 и 22°), субстрат связывался с активным центром, однако развития каталитической реакции не происходило. Образовавшийся невалентный фермент-субстратный комплекс Михаэлиса оставался стабильным как угодно долго, и поэтому его структура могла быть определена при использовании излучения рентгеновской трубки, экспозиции в 48 ч и сохранении всех других условий анализа нативного фермента. Найденное расположение субстрата в активном центре в схематической форме представлено на рис. 1.39. Один атом хлора ( lj) в комплексе располагается на расстояниях 3,6 и 3,2 A от атомов азота боковых цепей Тгр-125 и Тгр-175 и взаимодействует с водородами двух связей N-H. Другой атом хлора ( I2) стабилизирован дисперсионными взаимодействиями с бензольными кольцами Phe-128 и Phe-172. В найденной конформации субстрата в активном центре атом углерода С] сближен с кислородом 0° боковой цепи Asp-124 (3,8 А), что главным образом и обусловливает продуктивность невалентного комплекса. При нагревании кристаллического образца до комнатной температуры происходит разрыв связи С]-С1], [c.148]

Некоторые исследователи дифференцируют форму Е1, в которой ингибитор связан с субстратсвязывающим центром, и форму 1Е, в которой ингибитор связывается с другим центром. Это разграничение не имеет большого практического смысла, поскольку механизмы, содержащие одновременно как Е1, так и 1Е, обычно не встречаются.Б общем случае, если форма Е18 реально существует, можно допустить, что ингибитор и субстрат связываются с разными центрами. [c.79]

Изучение каталитических свойств пероксидазы, обработанной карбодиимидами, показало, что модифицируемые ими частично маскированные карбоксильные группы располагаются вблизи участка активного центра фермента, ответственного за связывание органического субстрата (о-дианизидина). Объемистые ацилмочевинные остатки экранируют активный центр следствием этого является уменьшение констант скоростей переноса электрона с донора водорода — о-дианизидина — на окисленные формы пероксидазы Е, и Е . В то же время усиливается связывание о-дианизидина с ферментом. Неорганические субстраты связываются в другом участке активного центра пероксидазы, что и проявляется в особенностях механизма их окисления. Возможно поэтому модификация карбоксильных групп, функционально важных для окисления о-дианизидина, не влияет на окисление ферроцианида калия. Дополнительная модификация трех — семи экспонированных в раствор карбоксильных групп пероксидазы нуклеофильными агентами не влияет на каталитические свойства фермента. [c.112]

Наличие обширной субстратсвязывающей области в активном центре пероксидазы создает условия для связывания сразу нескольким молекулам субстратов одинаковых или разных по строению, при возможности только одному из них участвовать в каталитическом процессе. Тогда как действие другого субстрата проявляется в регулировании (активировании или ингибировании) ферментативной реакции. При этом реализуется принцип один окисляется, а другой регулирует каталитический процесс. Причем разные по природе субстраты связываются в различных участках активного центра фермента или в области расположения регуляторного участка. [c.140]

Gly—Tyr позволяет локализовать активный центр, который находится в неглубокой впадине , проходящей около атома ццнка и ведущей в гидрофобный карман . Ориентация ингибитора в активном центре показана на рис. 9.14. Наиболее впечатляющим является вытеснение из активного центра при связывании субстрата по крайней мере пяти молекул воды, в том числе молекулы, связанной ранее с атомом цинка. Карбоксилатная группа субстрата связывается с гуанидиновой группой Arg-145, а фенольная гидроксильная группа Gly—Туг находится в гидрофобном кармане. Атом цпнка связан с боковыми цепями His-69, GJiu-72 и His-196. Четвертое координационное положение цинка (в отсутствие ингибитора) занято водой ориентация трех лигандов и воды вокруг атома цинка близка к тетраэдрической. В присутствии ингибитора в субстратсвязывающем участке обнаруживается ряд структурных изменений это указывает на вероятность реализации эффекта вынужденного контакта. Arg-145 сдвигается на - 2 А и вступает во взаимодействие с а-карбоксильной группой ингибитора, карбоксилатная группа Glu-270 смещается на - 2 А, в направлении пептида, а Туг-248 перемещается на 12 А, в результате его гидроксидная группа оказывается около -NH-группы атакуемой связи. Перемещение тирозина, по-видимому, закрывает зону активного центра, и она становится недоступной для растворителя это обстоятельство позволяет предполагать, что увеличение скорости ферментативной реакции может отчасти быть связано с эффектом десольватации (разд. 9.2.4). Кислород пептидной группы ингибитора приближен к атому цинка. Эти данные привели к [c.319]

Связывание НАД в активном центре может происходить за счет тиополуацетальной связи с 5Н-группой фермента. Возможно, что субстрат, связываясь на последующей стадии ферментативного катализа, вызывает замыкание пиридинового цикла, приобретающего, таким образом, способность восстанавливаться. Это явление может лежать в основе субстратной специфичности. [c.20]

Примером такого рода может служить связывание полиса-харидов с лизоцимом. Для осушествления реакции необходимо, чтобы из шести центров связывания — А, В, С, О, Е, Р — молекула субстрата заняла центры О и Е. При связывании с центром О возникает некоторое напряжение, так что увеличение суммарной энергии связывания при этом не происходит. Тримеры и тетрамеры связываются непродуктивно с центрами А, В, С и А, В, С, О соответственно. Однако в случае гексамера выигрыш в энергии связывания при занятии центров Е и Р обеспечивает продуктивное связывание его с центрами А, В, С, О, Е, Р. [c.315]

Наряду с этим многовариантным непродуктивным связыванием возможна ситуация, когда субстрат связывается с активным центром, но в неправильной ориентации (рис. 10.7). Эта идея была предложена для объяснения низкой скорости деаци-лирования ацилхимотрипсинов [19]. [c.315]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология