Активный центр ферментов химотрипсина

Рис. 116. Определение температуры конформационного перехода активного центра а-химотрипсина по температурной зависимости эффективной константы скорости инактивации фермента под действием ультразвука

С другой стороны, эти ферменты сильно различаются по специфичности их действия. Так, сериновые протеазы а-химотрипсин и эластаза осуществляют гидролиз пептидной связи, образованной аминокислотой, содержащей в положении гидрофобную боковую группу R при этом специфичность а-химотрипсина определяется объемным гидрофобным радикалом в молекуле субстрата (типа боковой группы фенилаланина, триптофана), а для эластазы — метильной группой аланина. Механизм наблюдаемой специфичности обусловлен весьма незначительными различиями в строении активных центров этих двух ферментов. По данным рентгеноструктурного анализа, в активном центре а-химотрипсина имеется довольно вместительный гидрофобный карман , где связывается ароматическая боковая группа гидролизуемого пептида (рис. И, а ср. с рис. 9). В активном центре эластазы размеры сорбционной области, где происходит связывание метильной группы субстрата (рис. 11, б), намного меньше, чем в случае а-химотрипсина. Это вызвано тем, что вместо Gly-216 и Ser-217 см. рис. 9) в соответствующих положениях эластазной пептидной цепи расположены более объемные остатки треонина и валина [3]. [c.35]

Рис. 3-35. Сравнение пространственной структуры эластазы (А) и химотрипсина (Б). У этих эволюционно родственных протеиназ одинаковы лишь те аминокислоты, которые расположены в выделенных цветом участках полипептидной цепи. Тем не менее конформации белков очень похожи. Обведены активные центры ферментов оба активных центра содержат активированный остаток серина (см. рис. 3-47). Молекула химотрипсина имеет несколько (более двух) концов цепи, поскольку она образована протеолитическим расщеплением химотрипсиногена, неактивного

Обработкой данных табл. 18 в координатах Лайнуивера-Берка можно показать, что профлавин является конкурентным ингибитором а-химотрипсина. Однако зависимость в координатах (Кт(кяж), [I]) в данном случае является нелинейной (рис. 68), в отличие от простого конкурентного типа ингибирования. Одной из возможных причин подобной зависимости может быть связывание с активным центром фермента двух молекул конкурентного ингибитора [c.141]

Рис. 106. Определение значения рКа ионогенной группы активного центра фермента из кривой рН-зависимости деацилирования транс-циннамоил-химотрипсина

В настоящее время структура химотрипсина и трипсина расшифрована благодаря использованию метода дифракции рентгеновских лучей [29—32], подтвердившего предположения, сделанные на основании химических исследований. Как 5ег-195, так и Н1з-57 находятся в активном центре ферментов (рис. 7-2). Следует иметь в виду, что метод Дифракции рентгеновских лучей кристаллом фермента не дает возможности обнаружить положение атомов водорода в молекуле фермента и что на рисунке они проставлены согласно химической логике. Так, Короткое расстояние (0,30 нм) между азотом остатка Н 15-57 и кислородом остатка 5ег-195 свидетельствует о наличии водородной связи. Аналогичные рассуждения привели к выводу о присутствии других водородных связей, показанных на рисунке. Если гистидин находится в непро-тонированной форме, а гидроксильная группа серина протонирована, то мы видим, что гистидин может выступать в роли акцептора протона от —СНгОН-группы серина (т. е. в роли общего основного катализатора), повышая нуклеофильность кислорода гидроксильной группы. [c.109]

Для понимания структуры активного центра необходимо знать последовательность аминокислот в полипептидной цепи, но этого еще недостаточно. Для группы ферментов, обладающих эстеразной активностью, установлено, что их активные центры состоят из аналогичных аминокислотных последовательностей, в состав которых входит остаток серина. Для изучения механизма ферментативного катализа они представляют большой интерес. Ряд данных свидетельствует о том, что в состав активного центра а-химотрипсина наряду с серином входит также гистидин. Однако данные исследований по расшифровке аминокислотной последовательности этого фермента показывают, что между реакционноспособным серином и ближайшим гистидином находится по меньшей мере 50 аминокислотных остатков. Таким образом, соверщенно ясно, что активность фермента обусловлена его конформацией. [c.396]

Ц. получен с высоким выходом реакцией хлорангидрида коричной кислоты с имидазолом в бензоле при 10—25° [1]. Ц. быстро и количественно реагирует с активным центром а-химотрипсина, поэтому его можно использовать для спектрофотометрического определения концентрации раствора фермента титрованием. [c.227]

Каталитическую функцию выполняет не вся молекула фермента, а только ее часть, названная активным центром фермента. У однокомпонентных ферментов активный центр представляет собой уникальное сочетание определенных аминокислотных остатков в какой-то части белковой молекулы. Это хорошо видно на примере химотрипсина, который содержит 246 остатков аминокислот. В активный центр фермента входит остаток серина, связанный с аспарагиновой кислотой и с глицином. Хотя в молекуле находится 26 сериновых остатков, для проявления каталитической активности важен лишь тот, который соединен с аспарагиновой кислотой и глицином. Но в то же время простой пептид, содержащий такое сочетание аминокислотных остатков (—асп—сер—глиц—), каталитической активностью не обладает. Оказывается, в активном центре химотрипсина поблизости от серина расположена активирующая его аминокислота гистидин, правда находящаяся сравнительно далеко от серина в полипептидной цепочке. Но при возникновении третичной структуры белковой молекулы остаток гистидина оказывается близко расположенным к серину, и, следовательно, в молекуле образуется комбинация аминокислотных остатков, благодаря которой осуществляется действие фермента. Такое сближение аминокислотных остатков возможно лишь в результате совершенно определенного свертывания полипептидной цепи и появления свойственной данному ферменту третичной структуры. И у двухкомпонентных ферментов каталитическую функцию выполняет активный центр, включающий кофермент. У этих [c.6]

Активный центр а-химотрипсина. Как известно, а-химотрипсин — протеолитический фермент, действующий в пищеварительном тракте. Он катализирует гидролиз пептидных и сложноэфирных связей. Молекула а-химотрипсина состоит из 246 аминокислотных остатков первичная структура его полностью расшифрована. [c.210]

В частности, потенциальная кривая боковой цепи сер-195 в активном центре а-химотрипсина (см. рис. XIV. 10) содержит три неглубоких минимума (8-12 кДж/моль). Это показывает, что вращение вокруг связи С -С может происходить в широком интервале значений угла )(, без серьезных стерических затруднений. Нри удалении воды (см. рис. XIV. 10), что происходит при связывании субстрата, боковая цепь серина приобретает практически полную свободу вращения в интервале х от —120 до 120°. Ее новое положение уже определяется стабилизирующим взаимодействием с расщепляемой группой субстрата. Кроме того, распределение по значению конформационной энергии остатков, непосредственно участвующих в фермент-субстратном связывании в а-химотрипсине, лизоциме или во взаимодействии с гемом в миоглобине, аналогично энергетическому распределению других остатков. [c.423]

Рассмотрим характер взаимодействий продуктивной конфигурации в активном центре а-химотрипсина. Эти реакции проходят по механизму нуклеофильного замеш ения. Нуклеофильный агент (основание) сер-195 приближается к атому углерода с дефицитом электронов (электрофильный центр С в пептидной связи) и образует с ним связь, замеш ая при этом атом N. Замеш аемый атом N с неподеленной парой электронов уходит вместе с присоединенным к нему протоном. Таким образом, в основе реакции лежит разрыв пептидной связи субстрата, приводяш ий к ацилированию фермента. Этот процесс проходит через тетраэдрическое промежуточное состояние с образованием валентной связи О - между ферментом и субстратом. [c.436]

Одним из наиболее исследованных семейств ферментов являются сери-нопротеазы. Все они предназначены для расщепления полипептидньгх цепей белков по механизму, в котором участвует боковая цепь аминокислоты серина (— Hj—ОН), находящейся в активном центре фермента. Три такие протеазы (трипсин, эластаза и химотрипсин) синтезируются в поджелудочной железе и вьщеляются ею в кишечник, где они превращают содержащиеся в пище белки в аминокислоты, способные всасываться через стенки кишечника. Благодаря возможности легко изолировать эти ферменты и их сравнительно высокой устойчивости их удалось интенсивно исследовать химическими способами еще до того, как стало возможным проведение рентгеноструктурного анализа белков. В настоящее время биохимический и рентгеноструктурный анализы позволили установить достаточно ясную картину функции этих ферментов, иллюстрирующую два аспекта действия любых ферментов каталитический механизм и специфичность к субстрату. [c.318]

Глобула химотрипсина содержит лишь один комплексующий центр, способный быстро и обратимо сорбировать углеводородные молекулы, — это активный центр фермента [73]. Гипотеза о существовании гидрофобной области в активном центре химотрипсина была выдвинута в начале 60-х годов на основании исследования ингибирующих свойств большого числа производных бензола, нафталина и других ароматических соединений [74—76]. Эта гипотеза находит подтверждение в том, что связывание с активным центром некоторых конкурентных ингибиторов, содержащих хромофорные группы, приводит к сдвигу их спектра в длиннойолновую область [77—79]. Анализируя величину спектрального сдвига, Кэллос и Эвейтис [80] пришли к выводу, что активный центр фермента по величине диэлектрической постоян- [c.138]

Гидрофобное фермент-субстратное взаимодействие вносит важный вклад в специфичность химотрипсинового катализа (см. 2, 4, 5 этой главы). Это связано с тем, что составной нукЛеофил, входящий в активный центр фермента и принимающий участие в атаке сорбированной молекулы субстрата, расположен в поверхностном слое белковой глобулы [17—19, 66, 67]. Реакции, катализируемые химотрипсином, протекают таким образом вблизи поверхности раздела фаз вода — белок и сопровождаются термодинамически выгодным переносом (полным или частичным) гидрофобных фрагментов молекулы субстрата из одной среды (вода) в другую (белок). Свсбодная энергия такого рода гидрофобного взаимодействия, сопровождающего химическую реакцию между ферментом и субстратом, зависит от структуры субстрата, а также от геометрической конгруэнтности ее по отношению к активному центру (см. 5 этой главы). [c.150]

В качестве примера рассмотрим механизм комплексообразования с активным центром а-химотрипсина красителя профлавина [411. Кинетическая кривая комплексообразования описывается суммой двух экспоненциальных членов. Из их цоказателей были найдены два времени релаксации и т . На рис. 70 представлена зависимость функции от суммы равновесных концентраций фермента и красителя. В соответствии с уравнением (5.214) по тангенсу угла наклона этой зависимости определяется константа скорости Отрезок, отсекаемый на оси ординат, дает сумму констант 21 + 23 + Соответственно из зависимости функции от равновесных концентраций фермента [c.210]

Известно [17], что неконкурентное ингибирование ферментативной активности а-химотрипсина борной кислотой обусловлено взаимодействием ингибитора с имидазольной группой остатка гистидина-57 активного центра фермента. В табл. 20 приведены результаты совместного воздействия борной и н-гексилборной кислот на кинетику гидролиза анилидного субстрата, катализируемого а-химотрипсином [18]. Определить, принимает ли гистидин-57 активного центра фермента участие в связывании н-гексилборной кислоты. [c.97]

В последнее время работами Хесса с сотрудниками [5—7] на примере а-химотрипсина был развит новый метод изучения кинетики начальных стадий ферментативных реакций, получивший название метода вытеснения профлавина . Метод основан на том факте, что краситель профлавин (3,6-диаминоакридин) при связывании с а-химотрипсином в водном растворе изменяет свой спектр поглощения в ультрафиолетовой области. Величина разностного спектра поглощения, имеющего максимальное значение при длине волны 465 нм, пропорциональна -концентрации комплекса фермент-профлавин. Введение в систему фермент-профлавин субстрата, конкурирующего с красителем за связывание на активном центре а-химотрипсина, приводит к двум последовательным процессам вытеснения профлавина. Первый, очень быстрый процесс, заключается в обратимом вытеснении красителя из комплекса его с ферментом за счет образования нековалентного фермент-субстратного комплекса. Второй процесс, времена прохождения которого лежат обычно в пределах разрешения установок типа остановленной струи , вызван химическим взаимодействием субстрата с ферментом (например, образованием ацилферментного промежуточного соединения), что приводит к дополнительному уменьшению концентрации комплекса фермент-профлавин. Изучение кинетики второго процесса при различных концентрациях субстрата в дополнение к изучению кинетики ферментативной реакции в стационарном режиме позволяет сделать заключения о стадийности изучаемой реакции, а также найти значения констант скоростей промежуточных стадий ферментативной реакции. [c.188]

Эффективность нековалентного связывания аниона гидрокоричной кислоты с а-химотрипсином зависит от ионизационного состояния а-аминогруппы остатка изолейцина-16 активного центра фермента [3]. Вычислить теплоту ионизации этой группы на основании данных табл. 1. [c.252]

К Л и 6 a H O в A. М., M a p т и н e к К., Б е р е з и и И. В. Воздействие ультразвука на ц-химотрипсин. HoBuii подход к исследованию конформациоиных изменений (переходов) в активных центрах ферментов. — Биохимия, 1974, т. 39, вып. 4, с. 878—887. [c.206]

Одним из первых фактов, выяснение которых позволяло прийти к определенным заключениям о строении активного центра ферментов, было открытие, что диизопронилфторфосфат ДФФ) подавляет активность химотрипсина, причем подавление активности находится в стехиометрической зависимости от количества добавленного ДФФ, и что при использовании ДФФ, меченного метка включается в химотрипсин 116]. С тех пор биохимики значительно продвинулись вперед в решении этой проблемы. В настоящее время известно, что ДФФ вступает во взаимодействие с многими [c.107]

Молекула Т. человека (мол. м. ок. 40 тыс.) состоит из двух пептидных цепей (А и Б), содержащих соотв. 36 и 259 аминокислотных остатков, связанных одной дисульфидной связью. Каталитич. участок активного центра фермента расположен в Б цепи, аминокислотная последовательность к-рой гомологична структуре трипсина, химотрипсина и эластазы (фермент, катализирующий гидролиз белка эластина -компонента волокна соединит, ткани). Каталитич. центр Т. содержит характерный для сериновых протеаз фрагмент Gly — Asp — Ser — Gly — Gly — Pro (букв, обозначения см. в ст. Аминокислоты), [c.13]

Наиболее изученным ферментом семейства сериновых протеаз является химотрипсин. Реакции гидролиза, катализируемые этим ферментом, включают по крайней мере три кинетически различимые стадии [уравнение (6.8)]. На первой стадии, про-текаюш,ей с очень высокой (контролируемой диффузией) скоростью, образуется нековалентный фермент-субстратный комплекс. На второй стадии (стадии ацилирования) ацильная группа субстрата переносится на гидроксил серина, входящего в активный центр фермента, с одновременным выделением первого продукта (Pi) — аминной части амидного субстрата. Вслед за этим происходит гидролиз промежуточного ацилфермента с регенерацией свободного фермента и выделением карбоновой кислоты— второго продукта реакции гидролиза (Рг) [c.142]

Химотрипсин является одним из наиболее изученных ферментов, для которого в деталях расшифрован механизм ферментативного катализа, включающий образование промежуточного продукта ацилфермеита. Доказана существенность для катализа гидроксильной груииы серина и иенротонированного остатка гистидина в активном центре фермента. [c.422]

До сих пор структура активного центра ферментов не объяснена, однако доказано, что активный центр имеет относительно небольщие размеры, а, главное, у ряда ферментов имеется один центр. Оказалось, что некоторые производные фторфосфорной кислоты, например диизопропил-фторфосфат, полностью инактивируют химотрипсин, если на одну молекулу белка влияют одной молекулой ингибитора. Подобный эффект был найден также у трипсина, эластазы, тромбина и у ряда других ферментов. Некоторые сведения о числе активных центров можно получить, определяя количество простетических групп в молекуле катализатора, например флавиновых, геминовых групп или атомов металла. [c.73]

Механизм действия и строение активного центра а-химотрипсина изучены гораздо полнее, чем других гистидин-сериновых ферментов. Согласно данным рентгеноструктурного анализа [4], активный центр а-химотрипсина образует расположенные друг против друга в небольшом углублении остатки Ser 195 и His 57, и, кроме того, на поверхности глобулы фермента имеются большая и малая гидрофобные области — адсорбционный центр, фиксирующий определенным образом молекулу субстрата относительно каталитически активных групп фермента. Из нескольких возможных механизмов кислотно-основного катализа гистидин-сериновым комплексом активного центра наиболее вероятными представляются механизмы Бендера [5]] и Блоу. В основных чертах первый из них выглядит так. В отсутствие субстрата наблюдается сильное взаимодействие водородного атома серина (Ser 195) и N" атома His 57. Однако равновесие [c.162]

Получены экспериментальные доказательства того, что гистидин входит в состав активного центра химотрипсина. При обработке фермента Ъ-1-тозиламидо-2-фенилэтилхлор-метилкетоном (ТФХК) один из двух остатков гистидина в молекуле химотрипсина алкилируется, что сопровождается полной утратой ферментативной активности. Если фермент предварительно инкубировать с ДФФ, то алкилирования не происходит. Алкилирование не идет также в растворе 8 М мочевины. Следовательно, необходимым условием для алкилирования химотрипсина является сохранение вторичной и третичной структуры и нормальных каталитических свойств [31]. В полипептидной цепи фермента этот остаток гистидина расположен далеко от активного серина и должен поэтому приблизиться к активному серину за счет изгиба пептидной цепи. Можно предполагать, что за счет изгибания пептидной цепи с активным серином сближается также та часть молекулы фермента, которая определяет его специфичность. Таким образом, представление об активном центре фермента отличается достаточной сложностью. [c.108]

Эти наблюдения позволили предположить, что в механизме катализа а-химотрипсином происходит последовательное расщепление сложноэфирной связи с переносом ацильной группы на активный центр фермента, выбросом спиртового продукта и образованием ацилферментного промежуточного соединения. [c.76]

Детальное кинетическое и структурное исследование а-химотрипсина позволило построить молекулярную модель трансформации веществ под действием этого катализатора. Значительную роль в создании этой модели сыграл метод рентгеноструктурного анализа. Методами химической модификации было найдено, что каталитическая активность определяется функционированием целого ряда остатков аминокислот. На рис. 36 представлен фрагмент белковой молекулы а-химотрипсина, составляющей активный центр фермента (Blow, Birktoft, Hartley, 1969), (см. также рис. 31). [c.91]

В. работе Клибанова, Мартинека, Березина (1974) сделано предположение, что этими ионогенными группами являются карбоксильная группа остатка аспарагиновой кислоты-194 и а-амино-группа остатка изолейцина-16, образующие солевой мостик, поддерживающий конформацию активного центра а-химотрипсина (Незз, 1971). Известно, что разрущение этого солевого мостика за счет протонирования карбоксильной группы или за счет депротонирования аминогруппы ведет к существенному изменению конформации активного центра фермента, приводящему к нарушению каталитической функции. [c.99]

Фосфорильная группа присоединяется к энзиму необратимо и не удаляется диализом, при денатурации или гидролизе. Получив ДФФ-производное белка и осуществив гидролиз его, можно затем выделить пептид, к которому присоединен ДФФ. Задача облегчается, если берут ДФФ, меченный изотопом фосфора,— тогда из хроматографически разделенной смеси пептидов отбирается пептид, который обладает радиоактивностью. Проведя затем полный гидролиз этого пептида, можно установить аминокислотный состав активного центра фермента. С помощью этого приема, первоначально на химотрипсине, было показано, что ДФФ реагирует с ОН-группой одного из сериновых остатков [c.73]

Не так давно был поставлен вопрос, протекает ли катализируемый химотрипсином гидролиз амидов через промежуточный ацилфермент или же молекула амида, сорбированная на активном центре фермента, подвергается прямой атаке водой или другим акцептором. При попытке решить данный вопрос с использованием рассмотренного кинетического метода были изучены ферментативные реакции гидролиза и гидроксиламинолиза и-нитроапилида N-ацетилтирозина при различных концентрациях гидроксиламина [схема (8)] [c.51]

Это означает, очевидно, что молекула воды, будучи встроенной в активный центр фермента (схема 6), приобретает в результате смещения протона вдоль системы с эстафетной передачей заряда реакционную способность иона ОН. Следовательно, в рН-онтимуме действия химотрипсина (pH 8) ускорение ферментативной реакции (7) по сравнению с (8) превосходит величину в 10 раз [7]. [c.212]

Двенадцатиперстная кишка переваривание белков осуществляет группа сериновых (в активном центре ОН-группа серина) протеиназ панкреатического происхождения. Ферменты вырабатываются в виде неактивных предшественников — проферментов. Их активация осуществляется в тонком кишечнике вначале образуется активный трипсин, который затем активирует остальные протеиназы. Трипсин — эндопептидаза, синтезируется в поджелудочной железе в виде неактивного трипсиногена. В тонком кишечнике энтерокиназа, а затем активный трипсин аутокаталитически, катализируют отщепление от 7У-конца трипсиногена гексапептида (вал-асп-асп-асп-асп-лиз), в результате чего формируется активный центр фермента. Трипсин катализирует гидролиз пептидных связей, в образовании которых участвуют карбоксильные группы основных аминокислот (лизин, аргинин). Химотрипсин — эндопептидаза, вырабатывается в поджелудочной железе в виде химотрипсиногенов А и В. В тонком кишеч- [c.245]

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]

Дисульфидные и сульфгидрильные группы, вероятно, также не входят в состав активного центра а-химотрипсина, так как активность а-химотрипсина не подавляется дг-хлормеркури-бензоатом. На каталитическую активность а-химотрипсина не оказывает влияния и остаток тирозина. При обработке данного фермента тирозиназой его ферментативная активность осталась неизменной. [c.213]