Ферменты прочное связывание ингибиторов

Один из наиболее интересных выводов, к которым приводит модель ключа и замка , объясняющая механизм ферментативного действия, заключается в том, что определенные молекулы способны ингибировать фермент. Допустим, что некоторая молекула способна притереться к активному центру фермента, но по какой-либо причине не обладает реакционной способностью. Если такие молекулы присутствуют в растворе наряду с субстратом, они конкурируют с ним за связывание с активными центрами. Это препятствует образованию необходимых фермент-субстратных комплексов и понижает скорость образования продукта. Металлы с высокой токсичностью, например свинец и ртуть, по-видимому, действуют как ингибиторы ферментов. Ионы тяжелых металлов особенно прочно связываются с серусодержащими группами белковых боковых цепей. В результате образования прочных комплексов с этими центрами белков они препятствуют нормальным реакциям ферментов. [c.454]

При проведении биохимических исследований постоянно возникает необходимость оценить прочность связывания различных молекул друг с другом. Например, для выяснения физиологического значения таких процессов, как взаимодействие гормона с клеточной мембраной или ингибирование фермента по принципу обратной связи, могут помочь данные о том, насколько прочны связи гормона с мембраной или фермента с ингибитором. Поэтому важно понимать, каким образом можно определять прочность связывания и какие трудности при этом возникают. [c.249]

В ТО- же время даже такая прочная связь как -F может вступать в реакции замещения с отщеплением фтора при наличии соответствующего электронного окружения. Если такая реакция замещения осуществляется в организме с участием ферментов, происходит необратимое связывание фермента и субстрата и торможение ферментативной реакции. В качестве примера можно привести ингибирование декарбоксилазы а-аминокислот а-фторметил-а-аминокислотами. В соответствии с описанным механизмом действия вещества такого типа называют ингибиторами ферментов, действующими по принципу "самоубийства" [c.503]

Природа предоставила нам редкую возможность установить структуру фермент-субстратных комплексов трипсина и химотрипсина с полипептидами, создав множество ингибиторов-полипептидов, которые очень прочно связываются с трипсином и химотрипсином, поскольку зафиксированы в той конформации, которую субстрат принимает при связывании [52]. Эти полипептиды не гидролизуются при физиологических условиях, так как подвижность аминогруппы, которая высвобождается при расщеплении пептида, ограничена и она не может диффундировать из активного центра фермента. При устранении ограничений в панкреатическом ингибиторе трипсина путем восстановления дисульфидного мостика в полипептидной цепи пептидная связь между Ьуз-15 и А1а-16 легко расщепляется трипсином [53]. Структура трипсина, его комплекса с основным панкреатическим ингибитором трипсина и свободного ингибитора была установлена при разрешении 1,4, 1,9 и 1,7 А соответственно [54]. Полученные данные относятся к числу наиболее точных — положение атомов известно с точностью 0,1—0,2 А. Эти и другие исследования дали следующую информацию относительно связывания субстратов [55—65]. [c.39]

Некоторые специфические низкомолекулярные вещества и ионы способны ингибировать ферменты. При необратимом ингибировании ингибитор ковалентно соединяется с ферментом или же связывается с ним настолько прочно, что его диссоциация идет очень медленно. В отличие от этого обратимое ингибирование характеризуется тем, что равновесие между ферментом и ингибитором устанавливается быстро. Конкурентный ингибитор препятствует связыванию субстрата в активном центре. Он уменьшает скорость реакции путем снижения относительного количества молекул фермента, связавших субстрат. При неконкурентном ингибировании ингибитор снижает число оборотов фермента. Конкурентное ингибирование в отличие от неконкурентного снимается при повышении концентрации субстрата таким путем можно различить эти два вида ингибирования. [c.128]

В согласии с механизмом (4.40) субстратоподобный ингибитор действительно вытесняет из активного центра несколько молекул воды, как это было обнаружено при рентгеноструктурном анализе кристаллического химотрипсина [123]. Однако этот механизм не согласуется с данными по влиянию среды на гидрофобное фермент-субстратное взаимодействие (см. 4 этой главы). Кроме того, механизм (4.40) противоречит тому, что двойной выигрыш свободной энергии экстракции реализуется лишь в переходном состоянии химической реакции [см. уравнение (4.39)], в то время как в комплексе Михаэлиса вклад гидрофобного фермент-субстратного взаимодействия меньше [см. уравнение (4.29)]. Иными словами, в химотрипсиновом катализе не вся потенциальная свободная энергия сорбции, которую предполагает модель (4.40), равная 2АСэкстр, реализуется в виде прочного связывания субстрата с ферментом. Из диаграммы, представленной на рис. 44, видно, что в комплексе Михаэлиса (или ацилферменте) реализуется в виде свободной энергии связывания E-R лишь инкремент свободной энергии сорбции, отражающий перенос субстрата из воды в неводное окружение (в среду белковой глобулы), равный АО кстр [см. также уравнение (4.29)]. Для объяснения этих фактов следует допустить, что гидрофобное фермент-субстратное взаимодействие идет в две стадии 1) образование фермент-субстратного комплекса протекает по механизму (4.19), который не противоречит данным по солевому эффекту (на их основании он был и предложен), и термодинамические закономерности его согласуются с уравнением (4.29). Этот механизм также предполагает вытеснение нескольких молекул воды из [c.155]

РИС. 6-10. А. Мономерный фермент, имеющий связывающие центры для ингибитора I и активатора J. Конформер А прочно связывает ингибитор I, однако обладает низким сродством к активатору J или к субстрату S. Конформер В связывает субстрат S и катализирует его превращение. Конформер В связывает также активатор J, присутствие которого стабилизирует это конформационное состояние. В широко известной модели Моно и др. [35] конформеры А и В обозначаются через Т и R. 5. Стабилизированные ингибитором или активатором состояния димерного фермента (состояния Т ti R соогветственно), В состоянии R обе субъединицы находятся в конформации, благоприятствующей связыванию субстрата. [c.35]

Изучение характера действия а-амилаз позволяет обнаружить многие детали возможного типа связывания субстрата, а также выяснить возможные механизмы ферментативного действия [22, 23]. У фермента из поджелудочной железы свиньи область связывания субстрата имеет, по-видимому, пять подцентров, каждый из которых способен удерживать один остаток глюкозы. Расщепление цепи происходит По связи между остатками, связанными со вторым и третьим подцентра-ми (пронумерованными от восстанавливающего конца молекулы субстрата). При использовании различных 0-замещенных субстратов было найдено, что наличие оксиэтильных групп во многих частях молекулы субстрата не мешает проявлению каталитического действия фермента. Однако при использовании субстратов, содержащих оксиэтильную группу при С-2, С-3 или С-6 того остатка глюкозы, у которого происходит замещение, ферментативное действие блокируется. Лактон мальто-бионовой кислоты (4-глюкозильное производное 5-глюконолактона) является мощным ингибитором конкурентного типа. Следовательно, можно думать, что субстрат этого фермента имеет конформацию полукресла в переходном состоянии или в состоянии, близком к переходному. Френч и др. [23] высказали предположение, что фермент прочно удерживает глюкозильный остаток за счет образования водородных связей с гидроксильными группами при С-3 и С-6, а затем вызывает вращение вокруг связи С-2—С-3 путем точного захвата и смещения гидроксильной группы при С-2 [стадия а в уравнении (7-12)]. Таким образом, конфор- [c.101]

Известно, что изучение влияние ингибиторов на каталитическую активность ферментов является одним из методов, позволяющих исследовать их механизм действия. Ингибиторный метод был использован и ранее для исследования механизма пероксидазного окисления неорганических и органических соединений, катализируемого пероксидазой [Pettigrew et all., 1976]. Ингибиторы пероксидазы могут различными путями влиять на катализируемый ферментом окислительный процесс. Ионы цианида, фторида и азида подавляют каталитическую активность пероксидазы за счет образования прочных комплексов по шестому координационному положению железа гема, предотвращая реакцию с перекисью водорода. Ряд органических соединений ингибируют пероксидазу, реагируя с ее промежуточными Е, и Е соединениями. Некоторые из них, такие как аскорбиновая кислота, НАДН [Лебедева, Угарова, 1997], сахара [Saunders et. al., 1964], тиомочевина [Pettigrew et al., 1976], относятся к медленно окисляемым субстратам пероксидазы, ингибирующий эффект которых в реакции окисления о-дианизидина достигается за счет их прочного связывания в активном центре фермента. Некоторые вещества, реагируя с пероксидазой, инактивируют фермент. Так, необратимое инактивирующее действие фенилгидразина связано с модификацией функциональных групп пероксидазы (предположительно остатка триптофана) свободнорадикальными продуктами его некаталитического и каталитического окис- [c.125]

Как уже отмечалось (А. Д. Виноградов и др., 1980), нуклеотиды оказывают мощное регулирующее воздействие на Н+-АТФ-синтазу. Оказалось, что АДФ тормозит гидролиз АТФ изолированным фактором р1 двумя совершенно различными способами конкурентно и неконкурентно по отношению к АТФ. В первом случае АДФ взаимодействовал с местом слабого связывания нуклеотидов, во втором — с местом их прочного связывания. Ингибирование в месте прочного связывания усиливалось азидом, эффект которого снимался сульфитом. Азид, а также белковый ингибитор фактора не влияли на синтез АТФ при дыхании. Авторы заключили, что существуют две изоформы фактора Р, одна из которых приспособлена для синтеза, а другая для гидролиза АТФ, и что прочное связывание АДФ фиксирует фермент в его синтазной изоформе. [c.139]

Механизм катализа и структура промежуточных соединений, образующихся в ходе реакций с участием сериновых протеаз, определены с помощью более прямых экспериментов, чем в случае любого другого фермента или класса ферментов. Выяснить структуру сериновых протеаз удалось главным образом благодаря установлению кристаллической структуры сокристал-лизованных комплексов трипсина и некоторых природных поли-пептидов-ингибиторов, имитирующих субстраты (гл. 1, разд. Г). Из этих исследований известно, что активный центр фермента комплементарен переходному состоянию субстрата, которое структурно очень близко к тетраэдрическому аддукту остатка 5ег-195 и углеродного атома карбонильной группы субстрата. Более того, структура фермента при связывании субстрата не искажается. Исследование связывания небольших пептидов с помощью ЯМР-спектроскопии показывает, что при связывании эти пептиды также не деформируются. (Определение кристаллической структуры комплекса трипсина с панкреатическим ингибитором трипсина при высоком разрешении ясно показывает, что реакционноспособная пептидная связь деформируется таким образом, что ее конфигурация приближается к конфигурации пептидной связи в тетраэдрическом промежуточном соединении. Однако, поскольку эта связь уже деформирована до присоединения к ферменту, сконструированный ингибитор связывается очень прочно, т. е. является аналогом естественного переходного состояния.) [c.363]

Ферменты могут быть выведены из строя веществами, которые образуют очень прочные ковалентные связи с группами, расположенными внутри активного центра, и которые препятствуют тем самым образованию комплекса 5. Взаимодействия такого рода могут привести к необратимому ингибированию. Для внутриклеточных процессов в норме, однако, более характерно обратное ингибирование двух типов. Первый — конкурентное ингибирование — становится все более эффективным при увеличении субстрата, тогда как второй — неконкурентное ингибирование— от концентрации субстрата не зависит. Установлено, что конкурентные ингибиторы реагируют непосредственно с активным центром фермента, тогда как неконкурентные — с участком фермента вне активного центра. Конкурентные ингибиторы представляют собой обычно структурные аналоги субстрата, неконкурентные — напротив, могут совершенно не походить по химической структуре и составу на субстрат. Конкурентный ингибитор конкурирует с молекулами субстрата за активный центр. Поэтому при увеличении концентрации одного из этих компонентов уменьшается вероятность связывания другого. Поскольку неконкурентный ингибитор связывается с участком фермента вне активного центра, молекулы субстрата не могут конкурировать с ним за его место связывания, поскольку не обладают сродством к аллостери-ческому центру. [c.37]

AAAonypuHOA-siHsmoT гипоксантина, в котором атомы N-7 и С-8 поменялись местами. Он используется для лечения подагры. Механизм действия аллопуринола очень интересен вначале он действует в качестве субстрата ксантиноксидазы, а затем в качестве ее ингибитора. Этот фермент гидроксилирует аллопуринол, превращая его в аллоксантин, который остается прочно связанным с активным центром. Атом молибдена ксантиноксидазы при связывании аллоксантина остается в степени окисления -h4, а не возвращается в степень окисления -h 6, как это происходит при нормальном каталитическом цикле. Механизм действия аллопуринола - пример самоубийственного ингибирования, когда фермент превращает какое-то соединение в мощный ингибитор, который сразу же инактивирует фермент. [c.276]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология