Белковые ингибиторы, активные центр

В реальных условиях клеточного метаболизма концентрация субстрата, потребляемого в ферментативных реакциях, изменяется не только в результате самой реакции, но и за счет притока его в реакционный объем. Одновременно происходит и отток продукта из сферы реакции в другие области, где он используется в дальнейших метаболических превращениях. Иными словами, в клетке каждая отдельная реакция, так же как и их совокупность, представляет собой открытую систему, обладающую механизмами саморегуляции. Одним из самых мощных способов регуляции ферментативного процесса является изменение активности фермента с помощью различных ингибиторов. Существуют, как известно, конкурентные ингибиторы, занимающие места субстрата в активном центре фермента с образованием неактивного комплекса. Возможно также неконкурентное, или аллостерическое, ингибирование, при котором ингибитор не имеет структурного сродства с субстратом и присоединяется не к активному центру фермента, а к определенным местам белковой глобулы, вызывая деформацию фермента. Регуляторные эффекты могут осуществляться также по принципу обратной связи, когда при больших концентрациях субстрата или продукта угнетается реакция. Наряду с ингибиторами имеются и активаторы — вещества, повышающие активность фермента. Активирующий эффект может оказывать и сам продукт реакции (активация продуктом). [c.39]

Современная теория этого типа регуляции биологической активности вытекает из представления о гибкости белковых молекул и их способности изменять свои размеры и форму за счет изменения взаимодействия между субъединицами. Предыдущая теория ферментативного катализа была основана на диаметрально противоположной точке зрения. Эта концепция, казавшаяся весьма плодотворной в течение шестидесяти лет, рассматривала активный центр ферментов как определенным образом сконструированный участок, где мог расположиться только субстрат или какие-нибудь другие молекулы, имеющие соответствующие размеры и форму. Эти молекулы, которые могут занимать активный центр ферментов, но не вступают в реакцию, называли конкурентными ингибиторами. При описании этого явления часто пользовались аналогией ключ — замок , но, может быть, основная идея о наличии жесткого контура белковой структуры, не допускающего в активный центр молекулы, отличающиеся от субстрата по размерам или форме, лучше иллюстрируется сравнением с головоломкой, в которой картинка получается в результате складывания отдельных точно пригнанных кусочков. [c.57]

Действие фермента зависит и от присутствия солей в среде, так как концентрация ионов влияет на степень гидратации и стабильности белковых молекул, их форму, частично структуру, реакционную способность и некоторые другие свойства. Влияние солей не является выраженным для всех ферментов возможно потому, что для каталитической функции определяющими являются лишь те изменения, которые непосредственно связаны с активным центром, а такие изменения имеют место не всегда. Однако известны случаи, когда описываемое общее действие солей выявлено очень ярко. Так, ферментное действие актомиозина, расщепление им аденозинтрифосфата происходит оптимально только в присутствии ионов, причем в концентрации, которая примерно соответствует физиологической концентрации солей. Кроме общего действия, неорганические ионы могут еще оказывать на ферменты весьма важные, в том числе специфические действия, влияя как активаторы, специфические ингибиторы, денатурирующие агенты, стабилизаторы и др. [c.49]

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]

Что касается химической природы этих участков белковой молекулы, то здесь также пока нет оснований для каких-либо конкретных соображений, за исключением того, что эти участки имеют-, по-видимому, неполярный, гидрофобный характер, поскольку взаимодействуют с неполярной углеводородной цепочкой [173, 178]. Возможно, впрочем, что нет полной аналогии между взаимодействием метильных групп ацетилхолина и метильных групп исследованных ингибиторов с соответствующими группировками активных центров холинэстераз. Выше проводились некоторые экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что положительный заряд четвертичного иона тетраметиламмония рассредоточен между атомом азота и углеродными атомами метильных групп (см. стр. 186). Таким образом, можно думать, что метильные группы ацетилхолина взаимодействуют с заряженными (поляризованными) функциональными группировками белка, что не было отмечено в случае метильных групп исследованных ингибиторов. [c.236]

Ингибиторы ферментов действуют на разных стадиях реакции. Сильно адсорбирующиеся вещества (Hg, НСМ, 8 и т. п.) блокируют активные центры разных ферментов независимо от структуры. Наоборот, антиметаболиты могут отравить из сотен ферментов одной клетки только один, оттого что их боковые цепи адсорбируются на структурно-близких выемках белковой части ферментов. Таким образом, антиметаболит должен иметь строение группы, адсорбированной на белковой части фермента, близкое к строению субстрата, более сильную здсорбируемость в индексной группе, но может содержать различные заместители. Строение отравляющей группы тоже не должно сильно отличаться от строения индексной группы субстрата для того, чтобы она могла уложиться на активный центр фермента. Примером могут служить сульфамидные препараты. [c.89]

Следует особо подчеркнуть, что само по себе изменение эффективности процесса переноса электрона при замене путем точечной мутации одной аминокислоты на другую не всегда говорит о непосредственном участии данного аминокислотного остатка в механизме изучаемой реакции. Обнаруживаемая при этом корреляция может иметь и опосредованный характер в силу изменения общих структурных особенностей белков РЦ при их модификации. Уместно провести в этих случаях аналогию с аллостерическим эффектом ингибирования ферментов, который достигается вследствие взаимодействия ингибитора с белковой глобулой в месте, удаленном от активного центра. Причина этого состоит в кооперативных свойствах белка, в результате чего локальные структурные изменения могут распространяться по всей глобуле, влияя на функциональные свойства белка. [c.338]

Специфическую группу ингибиторов ферментов, которой уделяют огромное внимание в последние годы, составляют ингибиторы белковой природы. Они блокируют действие фермента за счет белок-белковых взаимодействий, в результате чего закрывается активный центр фермента. Особенно энергично белковые ингибиторы регулируют деятельность протеиназ клетки, что сильно сказывается на регуляции обмена веществ в целом, поскольку под воздействием ингибиторов протеиназ тормозится переход проферментов в ферменты, отщепление сигнальных пептидов и других пептидных фрагментов при созревании белков, блокируются реакции протеолиза, ведущие к образованию биологически активных пептидов (гормоны пептидной природы, рилизинг-факторы и т. п.—см. гл. XII). Так, например, ингибитор белковой природы— а1-антитрипсин (гликопротеин с М = 52000, получаемый методом генетической инженерии из пекарских дрожжей), нашел применение для лечения эмфиземы (частичного распада) легких, так как он блокирует действие эластазы, вьщеляемой в норме нейтрофилами легочной ткани (рис. 52). От 2 до 4 граммов а1-антитрипсина достаточно для заместительной терапии при эмфиземе легких, развивающейся в результате курения. [c.113]

Рентгеновские исследования комплексов химотрипсина с субстратоподобными ингибиторами сыграли принципиальную роль в установлении структурных предпосылок каталитической функции его активного центра (см. 2 этой главы). Однако для выяснения динамических аспектов действия активного центра оказались особенно плодотворными подходы химической кинетики (см. 5,6 этой главы). Успехи кинетических исследований были во многом предопределены открытием М. Бергмана и Д. Фрутона и позднее Г. Нейрата и их сотрудников, которые установили, что химотрипсин способен гидролизовать не только сложные белковые молекулы, но также и простые низкомолекулярные синтетические субстраты (амиды, сложные эфиры и др.) [20]. [c.127]

Алифатические обратимые конкурентные ингибиторы. Как видно из рис. 37, сррбционный участок активного центра малоспецифичен по отношению к структуре алифатической цепи в молекуле ингибитора (алканолы). Независимо от того, является ли алифатическая цепь нормальной или разветвленной, эффективность обратимого связывания алканола КОН на активном центре определяется валовой гидрофобностью группы К. А именно, величина lg i, характеризующая прочность комплекса, возрастает линейно (с наклоном, близким к единице) со степенью распределения 1 Р этих соединений между водой и стандартной органической фазой (н-октанол). Наблюдаемая при этом величина инкремента свободной энергии переноса СНа-группы из воды в среду активного центра равна приблизительно —700 кал/моль (2,9 кДж/моль) (для низших членов гомологического ряда). Эта величина близка к значению инкремента свободной энергии, которое следует из известного в коллоидной химии правила Дюкло—Траубе [90—92] и характерна для свободной энергии перехода жидкой СНа-группы из воды в неводную (гидрофобную) среду [85]. Все это позволяет рассматривать гидрофобную область активного центра химотрипсина как каплю органического растворителя, расположенную в поверхностном слое белковой глобулы. Эта капля либо адсорбирует гидрофобный ингибитор из воды на поверхность раздела фаз, либо, будучи расположенной несколько углубленно, полностью экстрагирует его. С точки зрения микроскопической структуры гидрофобной области правильнее было бы рассматривать ее как фрагмент мицеллы, однако такая детализация представляется излишней, поскольку известно, что свободная энергия перехода н-алканов из воды в микроскопическую среду мицеллы додецилсульфата слабо отличается от свободной энергии выхода тех же соединений из воды в макроскопическую жидкую неполярную фазу [93].. [c.142]

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]

АНТИФЕРМЁНТНЫЕ СРЕДСТВА (ингибиторы ферментов), подавляют активность ферментов и увеличивают в результате концентрацию их субстратов в организме. Специфичные А.с.-в-ва белковой природы, взаимодействующие только с определенными ферментами. Механизм этого взаимодействия м, б. конкурентным и неконкурентным. В первом случае препарат связывается с тем же активным центром фермента, что и субстрат. Последний, накапливаясь, начинает реактивировать фермент, вытесняя ингибитор. При неконкурентном механизме препарат фиксируется аллостерич. рецептором и для восстановления ф-цин фермента концентрация субстрата значения не имеет. [c.183]

Все Д. состоят из одной полипептидной цепи, включающей активные центры и, в иек-рых случаях, центры, узнающие определенны участки ДНК, струитура к-рых неизвестна. Активность всех Д, подавляется лимонной к-той и гепарином, иек-рых-также и этилендиаминтетрауксусной к-той. Ингибиторы Д, белковой природы содержатся во мн. тканях, включая сыворотку крови, лейкоциты и эритроциты человека. Нек-рые Д. ишибируются РНК. [c.14]

Установлен механизм регулирования ферментативной активности путем действия ингибитора (или активатора) на специфичный центр белковой молекулы с опосредованной передачей воздействия на активный центр фермента через белок. Обнадужены эффекты кооперативного взаимод. неск.. молжул субстрата на белковой матрице. Найден способ жесткого выведения фермента из процесса посредством индуцированной субстратом необратимой инактивации. [c.81]

Шульман н сотр. [ИЗ—115] исследовали активный центр карбоксипептидазы А путем измерения релаксации малых молекул, связанных с этим ферментом. Карбоксипептидаза является протео-литическим металлсодержащим ферментом, который катализирует расщепление С-концевой пептидной связи в пептидах и белках. Она имеет молекулярную массу 34600 и содержит 1 атом цинка на молекулу, который обусловливает каталитическую активность, но фермент остается активным при замене 20 + на ионы Мп + или Со2+ [116]. Кристаллическая структура фермента известна [117, 118]. С атомом металла координированы три белковых лиганда, и имеются свободные положения по меньшей мере еще для двух лигандов. Связывание растворителя (НгО) [ИЗ], ингибиторов [114] или фторид-иона [115] на активном центре Мп2+-фермента влияет на релаксацию связанных ядер не только потому, что белок имеет длинное время корреляции, но также вследствие наличия парамагнитного иона металла. Уширение резонансных сигналов растворителя было объяснено тем, что одна молекула воды связывается с ионом Мп2+. Как следует из измерения уширения пиков метильных или метиленовых протонов конкурирующих ингибиторов — индо-лилуксусной, г/7ег-бутилуксусной, бромуксусной и метоюсиуксус-ной кислот — и одновременного определения времен корреляции взаимодействия протонов ингибитора с металлом, релаксация определяется главным образом временем обмена комплекса белок — ингибитор. Используя известные константы Михаэлиса — Ментен и эти данные, можно определить константы скорости всех отдельных стадий реакции фермента с субстратом. [c.393]

Исследование кинетики ингибирующего действия четвертичных солей алкиламмония позволило установить различия в свойствах холинэстеразы и ацетилхолинэстеразы. Первоначально на основании, по-видимому, ошибочных экспериментальных данных Адамс и Уиттекер [133] сделали заключение, что активный центр холинэстеразы сыворотки вовсе не содержит анионной группировки, в то время как в ацетилхолинэстеразе она имеется. Однако Бергман и Вурцель [127] в результате подробного изучения влияния ионов тетраэтиламмония и других ингибиторов на активность холинэстеразы плазмы показали, что последняя содержит анионную группировку. Блокирование этой группировки приводит к снижению каталитического эффекта. Интересно, что четвертичные соли алкиламмония тормозили ферментативный гидролиз не только катионных субстратов типа ацетилхолина, но также и субстратов, не содержащих катионного центра, например, алкилгалогенацетатов или ди-ацетина. Очевидно, такой эффект солей тетраалкиламмония связан с их влиянием на конфигурацию активной поверхности белковой молекулы. [c.193]

Таким образом, в целом ряде работ (см. обзоры [9, И, 190]) выявлено существование трансглобулярных конформационных перестроек глубулярных белков, т. е. перестроек белковой по-верхности в участках, непосредственно не примыкающих к участку воздействия (например, к активному центру, который подвергается действию ингибитора). Подобные эффекты обнаружены как на сложных белках, состоящих из нескольких субъединиц, так и на простейших белках, состоящих всего из одной субъединицы. При этом оказалось, что эти перестройки затрагивают не всю поверхность белка, а лишь ее определенные участки. Последнее существенно не только для выяснения природы трансглобулярных эффектов, но и служит доказательством того, что в этих системах за регистрируемые изменения спектров действительно ответственны перестройки локального окружения спиновых меток, а не просто изменение частот вращения самой молекулы белка. [c.185]

В некоторых случаях ингибирование не является конкурентным — ингибитор не присоединяется к функциональным группам активного центра фермента, связывающим субстрат, и степень ингибирования не зависит от концентрации субстрата. Согласно гипотезе индуцироваиного соответствия (см. стр. 220), при неконкурентном ингибировании ингибитор подавляет ферментативную активность, нарушая необходимое для ферментативной реакции расположение активных групп (А, В, С) относительно субстрата путем общей деформации белковой молекулы (рис. 40). [c.233]

Кристаллографическая структу )а нативного трипсина с разрешением 1,8 А, позднее уточненная до 1,5 А, была установлена Р. Штраудом и соавт. [526-528], а также Р. Хубером, В. Боде и соавт. [529-531]. Геометрия активного центра идентифицирована на основе результатов рентгеноструктурного анализа комплексов трипсина с белковыми ингибиторами животного и растительного происхождения [532-534] и необратимыми синтетическими ингибиторами [535]. Показано, что во взаимодействии с субстратом и при образовании промежуточных продуктов катализа непосредственно участвуют гидроксильная группа остатка 8ег-195 и имидазольное кольцо № -57, которые расположены на поверхности белковой глобулы и образуют водородную связь Н 2...Н-ОТ. Остаток № -57 сближен также с А8р-102, и между ними реализуется взаимодействие № -Н...О . [c.151]

Л. X. Рамазанова с соавт. [1971] исследовали влияние некоторых ингибиторов на гемин и белковую часть фермента пероксидазы и показали что цианид и кипячение больше ингибировали пероксидазную активность, а азид и диметилформальдегид — флороглюциноксидазную. Эти исследователи допускают присутствие в молекуле фермента наряду с пероксидаз-ным и оксидазного активного центра. Очевидно, пока нет оснований полностью отрицать предположение указанных авторов. [c.15]

В каталитическом действии холинэстераз обоего типа принимает непосредственное участие гидроксильная группа одного из остатков серина, расположенного на активной поверхности фермента. Однако такой гидроксил должен быть специфически активирован, чтобы приобрести способность к участию в каталитическом действии. Эта активация может быть осуществлена путем взаимодействия с группировкой белковой молекулы, характеризующейся величиной рК 5,8—7,0. Предполагают, что такой группировкой является остаток гистидина. Доказано наличие в холинэстеразах обоего типа анионной группировки, несущей единичный отрицательный заряд и взаимодействующей с катионной группировкой субстрата — ацетилхолина, а также катионсодержащих ингибиторов. В активном центре холинэстеразы вблизи серина находится остаток глутаминовой кислоты. Проведены расчеты электростатического потенциала и электрического [c.51]

Fi можно расчленить, не нарушив его каталитической активности. Так, после обработки Fi трипсином получают комплекс, состоящий лишь из а- и р-субъединиц, но сохраняющий некоторую активность. Фотоаффинные аналоги АТР, которые ковалентно связываются с белком после освещения ультрафиолетовым светом, оказываются ассоциированными в основном с р-субъединицей (S heuri h et al., 1978). По-видимому, на этой субъединице расположен активный центр фермента. Минорная 6-субъединица, скорее всего, необходима для связывания Fi с Fo. Существует природный белковый ингибитор АТРазы, который предотвращает гидролиз АТР при низких значениях Ар,н+- [c.150]

Больщие размеры субстратсвязывающей области позволяют связываться в активном центре пероксидазы неорганическим и органическим соединениям, что проявляется в неизбирательно-сти действия фермента по отношению к природе окисляемого субстрата в реакциях индивидуального окисления, на протекание которых могут оказывать влияние присутствующие в среде активаторы или ингибиторы фермента. Так, например, изучение пероксидазных реакций окисления о-дианизидина и гидрохинона в присутствии индолил-З-уксусной кислоты позволило установить индивидуальные участки связывания этих субстратов и ингибитора в активном центре пероксидазы, поскольку место связывания ИУК на поверхности белковой глобулы было изучено методом антигенного картирования [Аммосова и др., 1997]. [c.136]

В реакции окисления о-дианизидина в присутствии ИУК проявляемый кон1орентный тип ингибирования свидетельствовал о том, что о-дианизидин и индолил-З-уксусная кислота связываются в одном и том же месте активного центра фермента. При этом связывание ИУК препятствовало как связыванию, так и превращению о-дианизидина (рис. 59). Тогда как по отношению к гидрохинону тип ингибирования несколько другой. ИУК и гидрохинон связывались в различных местах активного центра, однако, если индолил-З-уксусная кислота связывалась на поверхности фермента, то дальнейшее превращение гидрохинона становилось невозможным. Это может наблюдаться вследствие удаленности мест связывания эффектора и субстрата или в результате конформационных изменений глобулы фермента при связывании ингибитора, или наличием регуляторного участка на поверхности белковой глобулы (рис. 59). Причем при pH 4,5—6,5 тип ингибирования ИУК пероксидазы в реакции окисления гидрохинона неконкурентный, однако при увеличении pH он меняется и становиться смешанным. При этом ухудшалось связывание субстрата, т.е. при наличии ИУК происходит понижение сродства гидрохинона к активному центру фермента. Однако, если все-таки гидрохинон связался в активном центре, то дальнейшее его превращение ухудшалось. Причем связывание ИУК с пероксидазой [c.136]

Недавно нами предложен общий механизм ассоциации и диссоциации комплексов типа антитело—антиген или фермент — ингибитор, учитывающий динамические свойства белка и его взаимодействие с водой. В случае иммуноглобулинов считается, что активный центр и другие неполярные полости IgG между вариабельными и константными доменами РаЬ-фрагментов, между субъединицами IgG и между доменами Рс-фрагментов могут скачкообразно переходить из открытого состояния в закрытое и, наоборот, с вытеснением или сорбцией определенного количества воды. Соответствующие изменения свойств воды рассматриваются как переход, близкий к фазовому первого рода (т. е. без изменения свободной энергии, но со скачкообразным изменением энтальпии, энтропии и теплоемкости). Тем самым предполагаются высокая степень упорядоченности молекул воды в открытых белковых полостях и строгие требования к геометрии и свойствам полостей в таком состоянии. Разница в свободных энергиях воды, находящейся в открытой полости в неупорядоченном и квазикристаллическом состоянии, названа кластерфильным взаимодействием (Кяйвяряйнен, 1975а, б). [c.36]

Смотреть страницы где упоминается термин Белковые ингибиторы, активные центр: [c.349] [c.442] [c.40] [c.217] [c.56] [c.355] [c.217] [c.326] [c.36] [c.70] [c.52] [c.259] [c.287] [c.293] [c.197] [c.254] [c.326] [c.217] [c.620] [c.179]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология