Зимогены, активация

Подобно протеолитическим ферментам поджелудочной железы, пепсин синтезируется в форме предшественника пепсиногена (обш,ее название всех подобных предшественников — зимоген). Пепсиноген — белок, полученный в кристаллическом виде,— содержится в слизистой желудка его молекулярный вес равен приблизительно 42 ООО, а изоэлектрическая точка лежит при pH 3,7. Превращение пепсиногена в пепсин катализируется ионами водорода поэтому можно полагать, что оно осуществляется после перехода пепсиногена в сильно кислый желудочный сок. Роль катализатора в этой реакции играет, по-видимому, сам пепсин. Реакция активации является, таким образом, аутокаталитической. Поскольку молекулярный вес пепсина равен 35 ООО, превращение пепсиноген-> пепсин связано со значительным укорочением полипептидной цепи. Оно происходит за счет отщепления N-концевого участка пепсиногена, в котором сосредоточены все основные аминокислоты. Среди продуктов отщепления обнаруживается ингибитор пепсина с молекулярным весом 3242 и пять более мелких фрагментов, в сумме отвечающих молекулярному весу около 4000. Связи, но которым атакует пепсин, показаны на фиг. 122. [c.424]

Функциональные белки далеко не всегда синтезируются в активной форме. Так, многие гидролитические (пищеварительные) ферменты синтезируются в форме неактивных предшественников, которые называют зимогенами. Активация зимогенов происходит посредством сайт-специ-фического ограниченного протеолиза, сопровождающегося отщеплением определенного фрагмента аминокислотной последовательности. В качестве одного из примеров можно назвать также полипептидный [c.28]

Рис.70. Схема активации зимогенов пищеварительных ферментов 15]

Рис. 24-4. Активация зимогенов пепсина, трипсина и химотрипсина. На диаграммах показаны участки зимогенов, подвергающиеся про-теохшзу, в результате которого высвобождаются активные ферменты (показаны красным). Те фрагменты полипептидных цепей зимогенов, которые отщепляются или вырезаются, показаны черным. Обратите внимание, что химотрипсин состоит из трех полипептидных цепей, ковалентно связанных друг с другом двумя дисульфидными связями и нековалентно-за счет водородных связей и гидрофобных взаимодействий (дополнение 9-4).

Химотрипсин — наиболее хорошо изученный протеолитический фермент. Он катализирует гидролитическое расщепление пептидной (или сложноэфирной) связи, в образовании которой принимают участие фенилаланин, тирозин или триптофан. Образование химотрипсина происходит в поджелудочной Железе первоначально образуется неактивный химотрипсиноген (зимоген) — резервная форма фермента. Основной компонент, химотрипсиноген А, представляет собой полипептидную цепь из 245 аминокислотных остатков и 5 дисульфидных мостиков. Активация и образование активного о -химотрипсина осуществляются сложным путем. После триптического расщепления связи Аг -11е последовательно одии за другим из молекулы отщепляются дипептиды 8ег -Аг и ТЬг -А5п . В результате одноцепочечный предшественник переходит в трехцепочечную молекулу фермента. Цепи А, В и С химотрипсина соединены исключительно дисульфидными связями. Рис. 3-32 показывает пространственную модель химотрипсина, установленную на основе рентгеноструктурных данных. [c.408]

На этапе активации фактора X происходит соединение внешнего и внутреннего путей и образуется общий конечный путь свертывания крови (рис. 55.10). Фактор X представляет собой зимоген сериновой протеазы с мол. массой 55000 и содержит остатки Gla. Как и в протромбине, остатки Gla фактора X обеспечивают Са-+-зависимое связывание с кислыми фосфолипидами мембран тромбоцитов. Для превращения фактора X в его активную форму (XJ необходимо расщепление связи аргинин-изолейцин с помощью другой сериновой протеазы. Известны две сериновые протеазы, расщепляющие связь Arg— Пе в молекуле фактора X. [c.327]

Как отмечалось ранее, активация зимогенов часто происходит неоднозначно, причем образуются разные формы ферментов, отличающиеся структурой К-конце-вой части молекулы или числом и структурой полипептидных цепей. Было отмечено. что разные формы активных протеаз могут отличаться по своим кинети- [c.195]

Трипсиноген превращается в трипсин, который в свою очередь активирует многие другие ферменты. Во многих системах специфические протеазы не были обнаружены. Типичным примером достаточно подробно изученного процесса ограниченного протеолиза является активация в пищеварительном тракте зимогенов [1, 138, 139], неактивных предшественников ферментов [143]. Ключевым пищеварительным ферментом считается протеаза трипсин [1], не только ввиду его собственной активности по отношению к перевариваемому белку, но и потому, что он является единственным активатором других зимогенов, в частности химотрипсиногенов, прокарбоксипептидазы, проэластазы и профосфолипазы А. Сам трипсин выделяется в двенадцатиперстной кишке в виде неактивного предшественника трипсиногена (рис. 4.5). [c.74]

Проблемы регуляции активности амидгидролаз рассмотрены в многочисленных обзорах [6,2197-21991. Наиболее распространенный способ, особенно характерный для протеаз животных, заключается в активации зимогенов - неактивных предшественников протеолитических ферментов. Образующиеся при ограниченном протеолизе зимогенов активные ферменты сами могут служить активаторами других зимогенов, давая начало "каскаду" последовательных ступеней активации. [c.206]

У всех протеаз в большей или в меньшей степени развиты участки вторичной специфичности, связывание субстрата с которыми происходит путем образования водородных связей. Связывание пептидных субстратов происходит без существенного изменения конформации их основной цепи. Это, вероятно, имеет важное значение в реакциях гидролиза связей в нативных белках (ограниченный протеолиз, активация зимогенов и т.д.). [c.342]

Активация зимогенов в тонком кишечнике [c.34]

Секреция и активация панкреатических зимогенов [c.35]

Рис. 3.1. Вероятная последовательность стадий в процессе активации панкреатических зимогенов.

Предшественники (зимогены) — пепсиноген, трипсиноген и химо-трипсиноген получены в чистом виде. Активация заключается в удалении небольшого пептидного фрагмента и катализируется либо активной формой самого фермента, либо энтерокиназой, другим ферментом, имеющимся в пищеварительном тракте. При превращении трипсиноге-на в трипсин с N-конца белка отщепляются гексапептид вал— (асп)4 — лиз и N-концевой аминокислотой становится изолейцин (Нейрат , 1955). Активация других зимогенов более сложна. Ранние работы Бергмаина (1937) на простейших модельных пептидах показали, что ферменты избирательно расщепляют определенно пептидные связи. Пепсин, трипсин и химотрипсин известны как эндопептидазы, так как они расщепляют пептидные связи, расположенные внутри молекулы. Пепсин расщепляет амидные связи, образованные аминогруппами фенилаланина или тирозина химотрипсин расщепляет связи, образованные карбоксильными группами этих ароматических аминокислот. Трипсин расщепляет амидные связи, образованные карбоксильными группами основных аминокислот (лиз, арг). Эти протеолитические ферменты расщепляют также эфиры аналогичной структуры. Во всех случаях затрагиваются только пептиды, образованные -аминокислотами. Предположение Михаэлиса (1913), что реакции, катализируемые ферментами, проходят через стадию образования промежуточного фермент-субстратного комплекса, были подтверждены всеми последующими работами. С большой очевидностью показано, что каталитическая активность определяется небольшим участком фермента, так называемым его активным центром. [c.697]

Таблица 3.2, Активация некоторых панкреатических зимогенов. Пептидные связи, расщепляемые в процессе активации, отмечены стрелками [8, II, 15, 17]

I При активации комплемента действуют два механизма усиления. Первый известен как запуск ферментного каскада . Пусковым сигналом служит связывание небольшого числа молекул С1р, вызывающее затем последовательную активацию ряда зимогенов (проферментов), которые расщепляют уже значительно большее число молекул СЗ. [c.59]

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]

Наиболее простым примером такой регуляции является, пожалуй, синтез ферментов в форме неактивного предщественника. Больше всего известны в этой связи мощные протеолитические ферменты процесса пищеварения. Понятно, что в клетках, производящих эти ферменты, проявление их активности было бы нежелательным. В связи с этим пепсин, трипсин и химотрипсин синтезируются в виде неактивных зимогенов . Пепсиноген затем секретируется в желудок, где совместное действие высокой концентрации кислоты и в особенности протеолитическая активность ужа присутствующего там пепсина приводит к удалению 44-членного пептидного фрагмента и образованию активного фермента. Активацию трипсиногена, заключающуюся в удалении гексапептида, осуществляет фермент энтерокиназа, а также (автокаталитически) уже образовавшийся трипсин, в то время как химотрипсин получается из химотрипсиногена посредством протеолитического действия трипсина, высвобождающего в результате важную для активности химотрипсина концевую +ЫНз-группу изолейцина-16 (см. разд. 24.1.3.4). [c.536]

Проферменты. Протеолитические ферменты пищеварительного тракта, а также поджелудочной железы синтезируются в неактивной форме—в виде проферментов (зимогенов). Регуляция в этих случаях сводится к превращению проферментов в активные ферменты под влиянием специфических агентов или других ферментов—протеиназ. Так, трипсин в поджелудочной железе синтезируется в форме неактивного трипсиногена. Поступив в кишечник, он превращается в активный трипсин в результате аутокатализа или под действием других протеиназ (механизм активации подробно рассматривается в главе 12). Превращение неактивного пепсиногена в активный пепсин происходит аутокаталитически в результате специфического ограниченного протеолиза в присутствии соляной кислоты и также связано с отщеплением от профермента специфического ингибитора пептидной природы. Эти превращения зимогенов в активные ферменты связаны с конформационными изменениями молекулы фермента и формированием активного центра или его раскрытием (демаскирование). Синтез протеиназ в неактивной форме и ряда других неактивных белков-пред-шественников имеет, очевидно, определенный биологический смысл, предотвращая разрушение клеток органов, в которых образуются проферменты. Примерами подобного активирования белков является активиро- [c.153]

Таким образом, из изложенного следует, что показаниями к использованию ингибиторов являются патологические процессы, при которых наблюдается чрезмерная активация гидролитических ферментов в организ.ме, а система естественных ингибиторов не обеспечивает адекватный контроль гидролитических процессов. Эти явления, в особенности, могут наблюдаться в органах и в тканях, содержащих больщое количество потенциально активных зимогенов или их активаторов (поджелудочная железа, кровь, легкие,. матка, предстательная железа и др.) [134]. [c.236]

Для исчерпывающего ферментативного гидролиза необходимо, чтобы белковая глобула находилась в денатурированном состоянии, т. е. все пептидные связи должны быть максимально доступными для атаки ферментом. В белке же, находящемся в нативной конформации, как правило, гидролизу подвергается только ограниченное число связей, расположенных на поверхности белковой молекулы, что приводит к образованию небольшого числа фрагментов. Этот процесс известен под названием ограниченного протеолиза. Реакции ограниченного протеолиза широко распространены в биологических системах, и с ними связано осуществление целого ряда физиологических процессов. В частности, к ним относятся проиессы активации зимогенов протеиназ желудочно-кишечного тракта и сыворотки крови, процессинг многих гормонов и т. п. [c.47]

Наконец, превращение неактивных зимогенов — пепсиногена, трипсиногена и химотрипсиногена — в соответствующие проте-олиткческие ферменты также осуществляется при помощи ограниченного протеолиза. Трипсиноген можно (по крайней мере предварительно) считать монопептидным белком. В его единственной цепи с N-концевым валияом при активации разрывается связь, в которую входит изолейцин. Таким путем образуются новый белок (трипсин) с изолейциновым N-концевым остатком и по крайней мере один валин-содержащий пептид [477]. С другой стороны, химотрипсиноген является, повидимому, циклическим соединением, в то время как химотрипсин содержит два N-и два С-концевых остатка [478, 479]. Таким образом, в этом случае при активации имеет место разрыв по крайней мере двух связей. Приведенные примеры ясно показывают, что ограниченный протеолиз представляет собой широкое и многообещающее поле деятельности для экспериментатора. [c.186]

Ферменты, находящиеся в неактивном сосгоянии, получили название проферментов или зимогенов (пепсиноген, трипсиноген, химотрипсиноген, прокарбоксипептидаза А и т. д.). Превращения проферментов (зимогенов) в активные ферменты осуществляется каталитически под действием либо соответствующих ферментов, либо ионов водорода. Например, пепсиноген активируется ионами водорода и самим пепсином трипсиноген — трипсином и энтерокиназой (энтеропептидазой) химотрипсиноген и прокарбоксипептидаза А — трипсином. Характерно, что некоторые проферменты активируются теми же ферментами, например пепсиноген пепсином, трипсиноген трипсином. Пепсиноген, трипсиноген, химотрипсиноген и некоторые другие получены в виде чистых кристаллических белков, установлен их химический состав. Механизм активации во всех изученных случаях заключается в разрыве некоторых пептидных цепей с отщеплением или без отщепления свободных пептидов. [c.136]

Ключевое положение в системе активации многих ферментов поджелудочной железы занимает трипсин, который образуется из трипсиногена под действием энтеропептидазы (энтерокиназы) и активирует большинство других зимогенов (рис.70) [5.22031. [c.207]

Концепция регуляции ферментов сформировалась при изучении активации зимогенов поджелудочной железы. Еще в конце прошлого столетия было известно, что свежевыделенный сок поджелудочной железы начинает переваривать белки лишь после контакта с фактором, присутствующим в тонком кишечнике и названным энтерокиназой. Дальнейшее развитие представлений в этой области можно разделить на два этапа. В 30-е годы благодаря усовершенствованию-техники фракционирования белков были охарактеризованы основные этапы процессов активации [1]. В 50-е годы на основе развития более сложных приемов разделения белков и разработки методов определения их первичной и третичной структуры оказался возможным анализ молекулярных механизмов процессов активации. [c.34]

Энтеропептидаза (Эп), вначале называвшаяся энтерокиназой, является протеолитическим ферментом синтезируемым в щеточной каемке эпителия тонкого кишечника. Она запускает процесс активации зимогенов, катализируя превращение трипсиногена в трипсин (рис. 3.1) [1]. На важную роль энтеропептидазы in vivo указывает тот факт, что тяжелые нарушения функции кишечника часто коррелируют с отсутствием этого фермента [7]. После образования некоторого количества трипсина превращение трипсиногена в трипсин становится автокаталитическим, так как трипсин катализирует активацию трипсиногена (рис. 3.2). [c.36]

В то же время существенное физиологическое значение, по-видимому, имеет именно автокаталитиче-ская активация трипсиногена трипсином, поскольку его в тонком кишечнике значительно больше, чем энтеропептидазы. Показано, что энтеропептидаза не способна активировать какой-либо другой зимоген. [c.39]

Все протеолитические ферменты — фактор ХИа, фактор Х1а, фактор 1Ха, фактор Vila, фактор Ха и тромбин — ингибируются ДФФ, который для этого реагирует с определенным остатком серина в их молекулах. Аминокислотные последовательности вокруг этого остатка серина и других фрагментов, участвующих в образовании активного центра, почти одинаковы у факторов 1Ха, Ха, ХПа, тромбина и панкреатических эндопептидаз. N-концевые последовательности, освобождающиеся при активации зимогенов, также гомологичны с таковыми панкреатических протеиназ (табл. 3.3). Эти данные, а также сопоставление полных аминокислотных последовательностей тромбина [39], фактора X [40] и фактора IX [41] свидетельствуют о том, что факторы свертывания крови (синтезируемые в печени) и панкреатические протеиназы произошли от общего белка-пред-щественника и функционируют по одинаковому каталитическому механизму. Можно полагать, что структурные перестройки, происходящие при активации зимогенов после разрыва связи, также сходны между собой. При превращении фактора X в Ха, катализируемом фактором 1Ха или фактором УПа, происходит расщепление такой же связи Arg-Ile, как и у других зимогенов [42]. Превращение фактора IX в 1Ха, осуществляемое фактором Х1а, начинается с расщепления связи Arg-Ala, однако это еще не приводит к активации она наступает лишь при последующем расщеплении связи Arg-Ile. При переходе протромбина в тромбин вначале расщепляется связь Arg-Thr (без активации), а затем связь Arg-Ile, это приводит к активации. Для того чтобы превратить фибриноген в фибрин, тромбин расщепляет четыре связи Arg-Gly, а для превращения фактора XIII в Xllla —одну связь Arg-Gly. [c.52]

Синтез протеиназ в виде зимогенов имеет существенное значение по двум причинам. Во-первых, наличие этого механизма предотвращает расщепление других белков поджелудочной железы во-вторых, исключается возможность переваривания одного фермента другим внутри гранул, до того как эти ферменты начнут секретироваться. Образование специфических гранул облегчает регуляцию секреции и делает невозможной активацию зимогенов другими протеиназами, находящимися в клетках вне гранул. С панкреатическим соком секретируется также белок, являющийся специфическим ингибитором трипсина [1, 18]. На его долю приходится только 2% белка панкреатического сока, что значительно меньше содержания трипсиногена [19]. Функция данного ингибитора, вероятно, состоит в том, чтобы не допустить автокаталитическую активацию трипсиногена следовыми количествами трипсина, которые могут образоваться в гранулах благодаря этому активация зимогенов происходит только тогда, когда они встречаются с энтеропептидазой. [c.40]

Активация панкреатических зимогенов может служить примером усиления первоначального сигнала путем регуляции активности ферментов. Каждая молекула энтеропептидазы превращает большое число молекул трипсиногена в трипсин в свою очередь каждая молекула трипсина катализирует образование новых молекул трипсина трипсин активирует другие зимоге-ны, и активированные протеиназы гидролизуют пептидные связи. Другие примеры усиления сигналов будут рассмотрены далее в этой главе и в гл. 4 и 5. То обстоятельство, что участки пептидной цепи, в которых в процессе активации происходит гидролиз, локализованы около N-конца зимогена и что для появления активности необходимо расщепить только одну связь, хорошо иллюстрирует принцип биологической экономии. Нативная конформация зимогена создает [c.40]

В процессе активации наиболее важны следующие события. Свободная аминогруппа Не 16, освобождающаяся при триптическом расщеплении (рис. 3.2), погружается в глубь молекулы, где образует ионную пару с Asp 194 (рис. 3.3). В результате этого боковые цепи Не 16 и Val 17 также оказы ваются погруженными в глубь молекулы, что в свою очередь приводит к разрыву имевшейся в зимогене водородной связи между Asp 194 и His 40. Gly 193 образует новую водо-i-одную связь с His40. Arg 145 перемещается с поверхности в глубь молекулы и взаимодействует с карбоксильной группой боковой цепи Asp 194. Met 192 выходит глубины молекулы на поверхность, на тот ее участок, который в зимогене занимал остаток [c.42]

Из кристаллографических данных следует, что механизмы активации трипсиногена и химотрипсиногена сходны [26]. Исследование методом кругового дихроизма ацилферментных интермедиатов, образующихся в ходе катализа трипсином и трипсиногеном, показало, что субстрат связывается с ферментом и с зимогеном по-разному. Интересно, что присоединение N-концевого дипептида трипсина Ile-Val (табл. 3.3) к трипсиногену индуцирует переход последнего в трипсиноподобную конформацию и, наоборот, блокирование N-концевого Не в молекуле трипсина индуцирует конформацию, подобную таковой у трипсиногена [26, 27]. Степень гомологии аминокислотных последовательностей двух изоферментов — карбок-сипептидаз А и В —составляет 51% [28]. Третичная структура карбоксипептидазы А (но не карбоксипеп-тидазы В) установлена с разрешением 0,2 нм конформации зимогенов и, следовательно, структурные изменения, сопровождающие активацию, неизвестны. [c.44]

Фермент, расщепляющий СЗ на альтернативном пути, представляет собой комплекс, образованный про-геиназой, названной фактором В, и СЗЬ. Подобная ситуация, при которой продукт реакции (СЗЬ) является одновременно компонентом фермента, катализирующего эту реакцию, означает, что альтернативный путь способен к самоускорению. Фактор В активируется при расщеплении сериновой протеиназой — фактором D. Фактор D, вероятно, уникален среди сериновых протеиназ плазмы в том отношении, что для него не известен зимоген, и он циркулирует в форме активного фермента. Однако, как отмечено выше, расщепление фактора В фактором D происходит только в том случае, если первый находится в комплексе с СЗЬ. Таким образом, для активации альтернативного пути комплемента необходимо, чтобы произошло расщепление СЗ либо по классическому, либо по другому, еще неизвестному механизму. [c.56]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология