Химотрипсин конформационные изменения

Константы равновесия в том и другом случае отличаются незначительно (в 2—4 раза). В то же время при переходе от профлавина к родамину 6Q процесс комплексообразования красителя с активным центром замедляется почти в 10 paat Структуры молекул этих лигандов различаются в основном лишь тем, что молекула родамина 6Q содержит дополнительное бензольное кольцо. Как показало изучение температурной зависимости кинетики комплексообразования, энергия активации этого процесса порядка 17 ккал/моль (71,4 кДж/моль). С другой, стороны, известна, что энергия активации процессов, контролируемых диффузией, не превышает, как правило, 5 ккал/моль (21 кДж/моль) [62, 63]. Поэтому следует заключить, что образование комплекса химотрипсина с более объемной молекулой родамина 6G возможно лишь в результате конформационных изменений в молекуле фермента. Такой механизм (1.8) комплексообразования органических молекул с белками, по-видимому, весьма распространен. [c.31]

Ряд фактов действительно свидетельствует о конформационных превращениях ферментов при их взаимодействиях с субстратами. В присутствии субстратов некоторые ферменты становятся более жесткими, другие, напротив, более лабильными — легче денатурируются при нагревании. Субстраты индуцируют диссоциацию глутаматдегидрогеназы и гексокиназы на субъединицы. Под действием субстрата изменяется реакционная способность аминокислотных остатков фермента. Спектр поглощения химотрипсина меняется при его взаимодействии с субстратом и эти изменения могут быть интерпретированы как вызванные изменением конформации. Изменения конформаций проявляются и в спектрах люминесценции как ароматических аминокислотных остатков, так и сорбированных на белке красителей. Методами спектрополяриметрии установлены изменения а-спирально-сти,. возникающие при взаимодействиях ферментов с субстратами, коферментами и другими лигандами. Сведения о конформационных изменениях в ФСК дают также спектры ЭПР ферментов, содержащих парамагнитные метки, спектры ЯМР и т. д. [c.190]

Еще один пример проявления конформационного эффекта — это различная каталитическая активность природного катализатора химотрипсина при гидролизе сложноэфирной связи в молекулах нитрофениловых эфиров. Известно, что химотрипсин в нативной форме гидролизует сложноэфирную связь с достаточно большой скоростью. При денатурации химотрипсина, когда химическая последовательность звеньев сохраняется, но форма молекулы меняется, скорость гидролиза снижается в миллион раз. Это происходит потому, что в нативной конформации а-химотрипсина два из его аминокислотных остатков — гистидин и серии — находятся рядом, что позволяет им образовать каталитический центр, включающий комбинацию ОН-групп и имидазольных колец, обеспечивающую быструю двухстадийную реакцию. При изменении конформации гистидин и серии оказываются удаленными друг от друга, и активность катализатора падает [34, с. 346]. [c.45]

Каталитическую активность а-химотрипсина нельзя приписать исключительно наличию системы переноса зарядов. Из рентгено структурных исследований следуют многие другие факторы, от ветственные за каталитический процесс. Было обнаружено де вять видов специфических ферментсубстратных взаимодействий которые повышают эффективность а-химотрипсина. Например стабилизация тетраэдрического интермедиата, а следовательно понижение энергетического барьера переходного состояния, со провождается образованием водородной связи между карбониль ной группой субстрата и амидным атомом Ser-195 и Gly-193 В химотрипсиногене эта водородная связь отсутствует. Действи тельно, уточнение структур химотрипсиногена и а-химотрипсина с помощью рентгеноструктурного анализа показывает различия в расположении каталитической триады в зимогене и ферменте. Это конформационное изменение в общей трехмерной структуре фермента, возможно, вызывает значительные изменения химических свойств каталитического центра, что может играть важную роль в увеличении ферментативной активности при активации зимогена. [c.221]

Первый тип предполагает необходимость сближения функциональных групп данной макромолекулы, разделенных большим числом звеньев, для осуществления какой-либо реакции, так как вероятность протекания реакции зависит от вероятности реализации необходимой для этого конформации и от времени ее жизни . Эффекты такого рода вызывают изменение скорости реакций в 10 —10 и характерны для ферментативных процессов. Примером реакции, протекающей с конформационным эффектом, может служить гидролиз нитрофениловых эфиров под влиянием фермента — а-химотрипсина (ХТ) [c.56]

В таблице 7 приведена температурная зависимость констант скоростей прямой и обратной реакций конформационного изменения молекулы а-химотрипсина [7]. Вычислить значения стандартных энтальпии и энтропии активации прямого (й/) и обратного (кг) процесса. [c.255]

Существует множество примеров зависимости катализа и связывания от конформационных изменений. Участок связывания химотрипсина решающим образом зависит от наличия солевого мостика между аспарагиновой кислотой-194 и концевой аминогруппой изолейцина-16 (см. рис. 24.1.14). В неактивном предшественнике химотрипсина, химотрипсиногене, например, каталитические группы расположены так же, как и в нативном ферменте, но гидрофобный карман отсутствует [49]. Последний формируется в результате индуцированных образованием солевого мостика изменений конформации аспарагиновой кислоты-194 и соседних остатков аминокислот — глицина-193 и метионина-192. Согласно кинетическим экспериментам, проведенным на химотрипсине, нечто подобное происходит при протонировании свободной формы (ЫНг) изолейцина-16. Форма фермента, характерная для высоких значений pH, неактивна, так как она не способна связывать субстрат. При быстром понижении pH раствора неактивной формы фермента с 12 до 7 связывание наблюдается, но только по прошествии определенного отрезка времени (менее секунды), во время которого фермент принимает активную конформацию [111]. В этом случае конформационное изменение должно предшествовать связыванию и явно слишком медленно для того, чтобы являться частью нормального механизма. [c.516]

Механизм действия сериновых протеиназ в настоящее время понят лучше механизма любого другого типа ферментов и может служить иллюстрацией некоторых важных моментов, касающихся ферментативного катализа. Гидролиз амида может показаться не слишком сложной реакцией химику-органику. В случае же ферментативного катализа для обеспечения успешного протекания реакции необходимо очень строгое обеспечение тех стадий, которые химик может счастливо игнорировать. В противном случае будет происходить замедление реакции. Даже механизм, приведенный на схемах (28) — (34) и насчитывающий 9 отдельных стадий, является, безусловно, упрощенным. [В качестве иллюстрации можно отметить, что в последних исследованиях механизма действия химотрипсина с использованием методов быстрой кинетики в водном диметилсульфоксиде при —90°С показано наличие четырех процессов, предшествующих образованию тетраэдрического интермедиата см. схему (28) . Первым из этих процессов является связывание субстрата, остальные, по-видимому, представляют собой индуцированные субстратом конформационные изменения в ферменте, необходимые для обеспечения правильной стереохимии катализа] [63]. Нетрудно понять, почему для катализа распада такой высоко энергетической частицы, как тетраэдрический интермедиат, требуется особое обеспечение такие стадии могут в конце концов быть скоростьопределяющими в самых простых реакциях. Однако в связи с тем, что для эффективного протекания ферментативного катализа необходимы очень [c.497]

Влияние температуры на константы скоростей конформационных изменений а-химотрипсина [c.188]

Развитие лазерной техники открыло возможность получать четкие колебательные спектры комбинационного рассеяния биополимеров. В работах [216] приведены прекрасные спектры КР лизоцима и химотрипсина. Значительный интерес привлекли измерения низкочастотных полос в спектрах КР (с частотами до 50 м- ). Эти полосы чувствительны к конформационным изменениям и, возможно, характеризуют конформацнонные колебания (см., например, [282]). [c.334]

При таком разрыве связи изменяется конформация белковой молекулы. Происходит это таким образом, что группы, участвующие в механизме каталитического акта, принимают нужную ориентацию в пространстве. У трипсина и химотрипсина такими группами являются активный остаток серина и два остатка гистидина их сближение показано на рис. 12. Связывающий и каталитический участки составляют активный центр вместе и, следовательно, они должны находиться поблизости друг от друга или перекрываться. Поскольку связывающий участок, как мы видели, уже имеется в проферменте, то ясно, что конформационные изменения, необходимые для создания каталитического участка и происходящие при активации, должны быть сосредоточены на очень небольшом отрезке молекулы. [c.95]

Инактивация а-химотрипсина под действием кавитационного ультразвука. Интересные экспериментальные результаты получены при изучении конформационных изменений белка, сопряженных с изменением pH и перераспределением зарядов на белковой глобуле. Как правило, инактивация ферментов существенно возрастает или замедляется в сильнокислых или [c.235]

Сильное светорассеяние, обусловленное матрицей, может затруднять измерения. Однако концентрация белков в иммобилизованных ферментах достаточно высокая. Следовательно, оптическая плотность растворов белков в области полос поглощения, как правило, высока. Таким образом, поглощение света эффективно конкурирует со светорассеянием. При возбуждении свет поглощается очень тонким слоем поверхности конъюгата белок — матрица, и поэтому флуоресценцию следует наблюдать с фронтальной части поверхности носителя с иммобилизованным белком. Кро.ме того, поскольку излучение имеет большую длину волны по сравнению с длиной волны при возбуждении,. флуоресценция может быть легко отделена от светорассеяния. Гейбл и др. [26] описали кювету, с помощью которой им удалось методом флуоресценции исследовать конформационные изменения иммобилизованных трипсина и химотрипсина, вызываемые мочевиной, нагреванием или присутствием специфических лигандов. Поскольку эту кювету не всегда можно применять, Барел и Рузенс [3] сконструировали очень простую цилиндрическую флуоресцентную кювету, схема которой показана на рис. 9.5. [c.253]

Спектр поглощения химотрипсина меняется при его взаимодействии с субстратом, и эти изменения могут быть интерпретированы как вызванные изменениями конформации [82]. Сходные явления наблюдались и в ряде других случаев (см., например, [83]). Изменения конформаций проявляются и в спектрах люминесценции как ароматических аминокислотных остатков, так и сорбированных на белке красителей (см. [84]). Конформацион-ные изменения фосфоглюкомутазы при ее взаимодействии с субстратом глюкозо б-фосфатом находят свое выражение в спектрах поглощения и в спектрах люминесценции [68, 85]. [c.390]

Интересные экспериментальные результаты получены при изучении конформационных изменений белка, сопряженных с изменением pH и перераспределением зарядов на белковой глобуле. Как правило, инактивация ферментов существенно возрастает или замедляется в сильнокислых или щелочных растворах. В работе Клибанова, Мартинека, Березина (1974) проведено изучение кинетики инактивации химотрипсина под действием ультразвука. В диапазоне концентраций фермента 10 —10 М кинетика инактивации достаточно строго описывается одноэкспоненциальным уравнением типа (5.4), (5.9), (5.12) или (5.15) (рис. 38). Исследование кинетики инактивации а-химотрипсина ультразвуком показало, что скорость инактивации резко падает при кислых и ще- [c.97]

В последнее время появилась возможность изучать физические свойства белков такими методами, как температурный скачок, которые позволяют исследовать процессы с временами, соизмеримыми с временами каталитического превращения субстрата на ферменте, так что стало возможным непосредственно установить взаимосвязь между скоростями субстратзависи-мых конформационных изменений и скоростями самой реакции. В настоящее время имеется ун е несколько свидетельств в пользу существования изомеризации ферментов и ферментсубстратных комплексов, которые могут представлять собой конформационные изменения такого рода [49—52]. Скорость мономолекулярной изомеризации глицеральдегид-З-фосфатдегидрогеназы характеризуется константой порядка 1 с и является слишком медленной, чтобы этот процесс имел место при каждом обороте фермента по-видимому, этот процесс относится к явлениям контроля ферментативной активности. Рентгеноструктурный анализ лизоцима [28], химотрипсина [54] и карбоксипептидазы [55] дал прямое доказательство существования изменений в конформации фермента при взаимодействии с субстратами или ингибиторами. Гемоглобин, хотя и не является ферментом, но может быть поучительным примером использования всех этих методов для демонстрации конформационных изменений при взаимодействии этого белка с кислородом [56]. [c.243]

Каталитически активными группами а-химотрипсина являются остатки гистидина (His 57) и отстоящего от него на 4 A остатка серина (Ser 195). Для расшифровки рентгенограмм а-химотрипсина использован тозилированный фермент [37]. Тозильная группа, связанная по серину 195, вытянута вдоль углубления — активного центра — прямо по направлению к атому серы тозильной группы. При образовании тозилированного фермента наблюдается только перемещение His57, Ser 195 и Met 192, в результате чего His 57 приобретает возможность взаимодействовать с сульфонильной группой. Других конформационных изменений при этом не наблюдается. Таким образом активный центр а-химотрипсина состоит из плотно упакованных аминокислотных остатков адсорбционного центра и расположенных в небольшом углублении, но более жестко связанных сери- [c.120]

Во МНОГИХ ферментативных реакциях имеются стадии, характеризующиеся такими величинами А5, которые значительно превышают величины, ожидаемые на основе представлений об электростатических взаимодействиях или простых эффектах отбора . Так, например, А5 деацилирования ацетил-а-химотрипсина составляет примерно —36 э. е. [22]. Можно представить себе несколько возможных причин этого явления, но экспериментальное исследование каждой из них в отдельности пока неосуществимо. Одна из возможностей состоит в том, что молекула фермента претерпевает ка-кое-то конформационное изменение [23]. Такой эффект предусматривается в гипотезе принудительного контакта Кошланда [24], согласно которой конформационные изменения, возникающие в молекуле фермента при образовании комплекса с субстратом, обеспечивают необходимое расположение каталитических групп. Как отмечают Бендер и сотр. [22], принудительный контакт должен привести к существенному повышению энтропии активации, величину которого нельзя предсказать на основе структуры субстратов. Возможно, дальнейшие более точные измерения энтропии активации позволят оценить роль этого эффекта по сравнению с другими эффектами, обсуждаемыми ниже. В этой же связи следует упомянуть, что. согласно предположению Хаммеса [25], изменения третичной структуры фермента при ком-плексообразовании дают вклад в каталитический эффект за счет того, что освобождающаяся при это.м энергия частично компенсирует энергию активации, необходимую для взаимодействия субстратов. [c.111]

Компенсационный эффект свойствен ферментативным процессам. Так, при гидролитическом расщеплении эт-илового эфира Ы-ацетил-Е-триптофана химотрипсином АР очень мало, а ДЯ и Д5 велики. В сущности, почти все данные, пр 1веденные в последних трех столбцах табл. 6.2, свидетельствуют о компенсации. Связывание ряда ингибиторов ацетилхолинэстеразой также сопровождается компенсацией — ДЯ варьирует в этих процессах от —7 до +2 ккал/моль, а Д5 от —10 до - -20 кал/моль-град [26. Если здесь справедливо предположение об определяющей роли воды, то нужно установить, как влияет на поведение белковых молекул окружающая водная структура. Ламри и Ражендер считают, что связь белка с водой проявляется в изменении объема белковой молекулы в ходе реакции. Как будет показано в 6.5 и 6.7, ферментативная активность зависит от конформационных превращений белка и, тем самым, глобулы могут изменять свой объем. Изменение энергии водно-белковой системы можно представить в виде [c.372]

Метод теоретического конформационного анализа был использован для изучения невалентных взаимодействий а-химотрипсина с рядом простейших субстратов, лизоцима с триацетилглюкозамином, рибонуклеазы с уридин- 2, З -циклофосфатом, карбоксипептидазы А с пептидными и эфирными субстратами. К сожалению, в силу ограниченной точности этот метод не всегда дает однозначный ответ о наличии напряжений в комплексе. Тем не менее обилий вывод из проведенных теоретических исследований состоит в следуюш ем. Хотя образование комплекса Михаэлиса сопровождается конформационными изменениями, однако посадка субстрата не вызывает в молекулах субстрата и фермента ни избыточного конформационного напряжения, ни образования какой-либо принудительной конформации. На а-химотрипсине было показано, что в предкаталитической стадии структурные элементы его активного центра находятся в ненапряженном состоянии. [c.423]

Можно думать, что в ФСК отбираются те конформации белка и субстрата, которые находятся в структурном соответствии друг с другом, обеспечивающем оптимальное значение свободной энергии взаимодействия [64, 65]. Структурное соответствие при образовании ФСК можно считать динамическим, индуцируемым. Таким образом, при образовании ФСК могут происходить изменения реальных конформаций белка и субстрата или одного из них. Васлов и Доэрти констатировали наличие конформационных эффектов при связывании химотрипсином молекул субстратов и конкурентных ингибиторов [66]. Структурное соответствие в ФСК до некоторой степени подобно соответствию в гетерогенном катализе (см. стр. 359). Исходя из своей мультиплетной теории, Баландин предложил качественную схему структурного соответствия фермента, кофермента и субстрата [67, 68]. [c.387]

Не исключено, что конформационные изменения могут быть частично или полностью лимитирующей стадией катализируемой реакции [49]. Это должно иметь особое значение, если скорость этих изменений одинакова Д.ЯЯ различных субстратов [56], так как одинаковые скорости реакций структурно различных субстратов обычно трактуют как свидетельство существования общего ковалентного фермент-субстратного промежуточного соединения, как, например, в случае серии различных эфиров с той же ацильной группой, гидролизуемых химотрипсином или папаином (гл. 2, разд. 5,2). [c.244]

Свойственная полипептидам и белкам, содержащим остатки тирозина и триптофана, естественная флуоресценция чувствительна к окружению этих остатков. Это обстоятельство можно в ряде случаев использовать, чтобы получить информацию о конформационной подвижности боковых радикалов остатков тирозина п триптофана в отношении близлежащих группировок в полипептидной цепи. Один пример — это истолкование изменений флуоресценции а-химотрипсина, возникающих при изменении состава растворителя, откуда следует достаточно близкое для протекания взаимодействия с переносом заряда расположение группировки — ONH— к остаткам тирозина и триптофана [59]. Доступность такого рода остатков тирозина в рибонуклеазе установлена в результате в основном качественного изучения флуоресценции [60] три обращенных наружу остатка тирозина в ферменте теряют флуоресценцию после 0-ацетилирования, в то время как боковые группировки трех других остатков тирозина скрыты . Этот вывод подкрепляется увеличением флуоресценции после денатурации трис (0-ацетил) фермента [60]. [c.441]

В клетках поджелудочной железы синтезируются проферменты следующих эндопептидаз трипсина, химотрипсина и эластазы. В настоящее время полностью раскрыт механизм активации трипсиногена (профермента) с переводом его в активную форму — трипсин. Механизм активации сходен с таковым у пепсина и представляет собой частичный протеолиз под действием энтеропептидазы от полипептидной цепи трипсиногена отрывается N-концевой гексапептид. В результате такого отрыва и сопутствующих конформационных изменений полипептидной цепи формируется активный центр трипсина (рис. 12.4,12.5). Селективность действия трип- [c.376]

Конформационные изменения, приводящие к изменению кинетических параметров ферментативной реакции, зарегистрированы в большом числе случаев (см. [1661,2449]). Различные конформеры имеют, как правило, сильно отличащиеся термодинамические характеристики связывания и превращения субстрата. Например [2452], химотрипсин изменяет свое состояние при гидролизе п-нитрофенил-ацетата, что проявляется в изломе графиков 1пк 1/Т (при 20,9° С) и Хпйуй + У (при 20,1° С). Значения аН и при низких температурах составляют 20,5 ккал/моль и +13 э.е., а при высоких - 0,34 ккал/моль и -0,55 э.е. Активационные параметры деащшфования не зависят от температуры. Од- [c.230]

Во-первых, связывание специфических суОстратоподоОных ингибиторов характеризуется значительно большим отрицательным изменением энтропии, чем связывание неспецифичных ингибиторов. Во-вторых, дегидратация Ser195 или метилирование H1S57 приводит к существенному положительному изменению энтропии ассоциации, что, по-видимому, объясняется большей подвижностью лигандов в комплексах с модифицированными белками и отсутствием в таких белках индуцированных лигандами конформационных изменений [2469]. Отмечено также [3018], что связывание лигандов с мономерной формой химотрипсина значительно более эффективно, чем с димером. [c.281]

Изменения в стереорегулярности (эффект тактичности) и конформации (конформационный эффект), приводящие к взаимному сближению или удалению функциональных групп, также оказывают сильное влияние на реакционную способность. Атактический и сиидиотактический полиметилметакрилат гидролизуются значительно медленнее, чем изотактический. Подобное явление мы встречали при рассмотрении а-химотрипсина. Наконец, существенное значение для химической активности макромолекул имеют концентрационный, конфигурационный и надмолекулярные эффекты. [c.603]

Динамические свойства внутриклеточной воды в значительной степени отражают состояние клеточных структур. Существует также ряд данных, указывающих на непосредственное участие небольших количеств воды в изменении конформации глобулярных белков. В следующей главе будут описаны подробно характеристики и модели динамической подвижности биомакромолекул. Сейчас лишь необходимо отметить, что функционирование белков тесно связано не только с характером их конформации, но, главное, с их конформационной подвижностью, зависящей от присутствия воды. Так, при низкой степени гидратации препаратов а-химотрипсина возникающие дополнительные контакты между поверхностными дегидратированными полярными группами приводят к увеличению жесткости глобулы а-химотрипсина и потере им ферментативной активности в диметилсульфоксиде. В сильно высушенных препаратах, вплоть до некоторого критического значения гидратации, вообще не наблюдается никакой активности. Восстановление последней при увеличении степени гидратации образца происходит резко в узком диапазоне увеличения числа молекул Н2О от 170 до 180 на одну молекулу белка. Очевидно, в этой области происходит растормаживание определенных степеней свободы, функционально важных для ферментативного акта. Существенно, что необходимое для этого процесса количество воды намного меньше, чем было бы нужно для завершения образования гидратной оболочки (Ю. И. Хургин). [c.237]

Эта мысль подтверждается модельными опытами, выполненными за последние годы. Цис- и тра с-формы красителя, комплексиру-ющегося с холинэстеразой и трипсином в растворе, обладают явно неодинаковой ингибирующей ферменты активностью. В итоге свет, индуцирующий обратимые чис-транс-переходы, регулирует уровень ферментативной активности белкового носителя. По данным И. В. Березина и др., чис-форма комплекса циннамоил-а-химотрипсина лишена ферментативной активности. При фото-тракс-изомеризации циннамоила происходит отрыв ингибитора и восстановление нормального уровня активности. Более того, аналогичная регуляция воспроизводится при комплексировании красителя с клеточной мембраной ЧИс-гра с-переходы, очевидно, через обратимые конформационные перестройки мембраны изменяют ее проницаемость. Фотоиндуцированные изменения проницаемости четко зарегистрированы на искусственных фосфолипидных мембранах после включения в них таких биологически активных хромофоров или их комплексов, как родопсин, фитохром и флавины. [c.376]

Р. Ламри и Р. Билтонен приводят следующие термодинамические характеристики устойчивости химотрипсина, которые авторы считают типичными для глобулярных белков [20]. Свободная энергия развертывания белка при pH 3,0 и 27° равна около 7,0 ккал/моль (при pH 7,0 равна 14,0 ккал/моль). Эта величина складывается из изменения энтальпии в 6,0 ккал/моль, которая включает изменение энергии внутримолекулярных (-183,0 ккал/моль) и межмолекулярных (123,0 ккал/моль) взаимодействий, и изменения энтропии в 170 ккал/ (моль-град). Энтропийный фактор (-ТД8) также имеет два члена конформационный, внутренний (-363 ккал/моль), и гидрофобный, внешний (320 ккал/моль). [c.347]

Превращение химотрипсиногена в химотрипсин служит хорошей иллюстрацией характера конформа-ционных изменений, которые могут происходить при аллостерическом переходе (гл. 2). Расщепление пептидной связи на поверхностном участке белковой глобулы, довольно сильно удаленном от активного центра, вызывает (подобно связыванию аллостерического эффектора) структурные изменения, ведущие к образованию субстратсвязывающего кармана . При этом существенных изменений общей структуры не происходит для конформационного перехода достаточны небольшие перемещения лишь нескольких из 230 аминокислотных остатков (см. гл. 6). [c.43]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология