Субстраты конформация в активном центре

Ответ. Каталитические свойства почти полностью определяются конформацией активного центра. Поскольку она может изменяться в присутствии субстрата, очень трудно бывает определить детали конформации на уровне третичной и четвертичной структур. [c.386]

Согласно теории индуцированного соответствия, выдвинутой Кош-ландом мл. [43, 44], в свободном ферменте (в отсутствие субстрата) каталитически активные группы X и X расположены так, что они не могут одновременно взаимодействовать с субстратным фрагментом Y (см. схему а на рис. 17, //). Энергетически менее предпочтительная, но каталитически активная конформация активного центра образуется лишь в фермент-субстратном комплексе (схема б). На образование ее тратится часть свободной энергии сорбции. [c.60]

Следует тем не менее подчеркнуть, что структура кристаллической решетки играет определенную роль, нанример, в эффекте связывания лизоцимом ионов металлов. Так, после вымачивания тетрагонального лизоцима в растворе Gd (III) в течение 20 часов степень заполнения активного центра ионами металлов составляла 24—38%, а в случае триклинного лизоцима эта величина составила 1,6—3,6% после вымачивания в течение 4 недель [33]. Это говорит о различной межмолекулярной упаковке белков в двух данных полиморфных формах кристаллического лизоцима. Тем не менее результаты исследования методами ЯМР [46] и рентгеноструктурными методами [2] в целом показали, что кон- формация лизоцима и ориентация функциональных групп его активного центра весьма близки (если не идентичны) в растворе и кристалле [46]. В цитируемой работе [46], однако, ие обсуждается, что рентгеноструктурный анализ был выполнен при низких или комнатных температурах, а изучение ЯМР — ири 54° С [46]. Иначе говоря, эти исследования выполняли по разные стороны от температуры конформационного перехода фермента (25—30° С 47—54]) и, следовательно, с различными конформациями лизоцима, которые заметно различаются по эффективности связывания фрагментов субстрата и, возможно, по конформации активного центра. Вопрос этот остается пока открытым в литературе, но требует более критического анализа при сопоставлении экспериментальных данных, полученных при различных условиях (в особенности, данных по изучению структуры фермента в растворе и кристаллическом состоянии). [c.158]

Комплементарность достигается за счет изменения конформации активного центра фермента под действием субстрата, а также перевода субстрата в переходное состояние, индуцируемого функциональными группировками активного центра фермента. [c.70]

Главной задачей при изучении специфичности ферментов является выяснение тех структурных требований, которым должен удовлетворять субстрат. Руководствуясь этими данными, можно бывает составить представление о каталитически активной конформации активного центра данного фермента (при этом неважно, представляет ли собой эта конформация некий жесткий шаблон или она индуцируется субстратом). Определенных успехов в такого рода исследованиях удалось достичь лишь в нескольких отдельных случаях. Нередко подобный подход оказывается вообще невозможным, так как многие ферменты обладают, по-видимому, [c.205]

Вся система реактивных групп фермента имеет строго определенную конформацию. Небольшие изменения конформации активного центра объясняют возможность регулирования активности фермента. Субстрат может вызвать конформационные изменения, которые активируют фермент. [c.504]

Активность фермента определяется не только химическим строением активного центра, но и конформацией фермента. Инактивация фермента может происходить или в результате изменения химического состава активного центра, или вследствие изменения конформации. Последнее в ряде случаев приводит к тому, что активный центр становится недоступным. Возможности небольших изменений конформации в области активного центра позволяют наилучшим способом объединить молекулы субстрата с активным центром при образовании активного промежуточного продукта. [c.506]

Эти исследования показали, что ион металла может играть как непосредственную, так и непрямую роль в ориентации субстратов в каталитическом центре, а также что активатор не принимает прямого участия в каталитическом процессе. Однако, поскольку фосфоглюкомутаза не проявляет активности в отсутствие М2+[277], очевидно, что для проявления каталитической активности необходимо сохранение конформации активного центра, которая зависит от присутствия М + [279]. [c.480]

В случае активации фермента самим субстратом активность фермента после достижения насыщающей концентрации субстрата не возрастает. Субстрат как активатор повышает стабильность фермента и облегчает формирование необходимой конформации активного центра фермента. [c.114]

Аллостерическая регуляция ферментативной активности — изменение конформации активного центра фермента в результате взаимодействия с аллостерическим эффектором (активатором или ингибитором), затрудняющим или усиливающим превращение субстрата. [c.547]

На рис. XIV. 11 показано взаимное расположение расщепляемой группы субстрата и боковых цепей сер-195, гис-57. Атом остатка сер-195 находится на расстоянии 0,28 нм против карбонильного углерода С, а протон ОН-группы, не нарушая водородной связи с атомом гис-57, располагается на расстоянии 0,2 нм над атомом азота расщепляемой группы. Таким образом, продуктивная конформация включает все необходимые функциональные группы, собранные в едином строго ориентированном ансамбле. Электронный характер их взаимодействия будет освещен в следующем параграфе, здесь необходимо отметить, что из всех возможных способов невалентного связывания субстрата в активном центре указанная взаимная ориентация расщепляемой связи и каталитически активных групп белка возникает лишь в одном случае. Именно тогда и только тогда происходит каталитический акт. [c.431]

Третья причина развития теоретической энзимологии за последние десятилетия главным образом в терминологическом и популяризационном планах связана с рядом ограничений самого рентгеноструктурного анализа. Во-первых, несмотря на уникальность и ценность этого метода как практически единственного источника информации о трехмерных структурах белков, получаемые им результаты касаются только статического состояния фермента и, следовательно, прямо не отвечают на вопрос о динамических конформационных и электронных характеристиках активной конформации, что представляет первостепенный интерес в изучении биокаталитического процесса. Выявление потенциальных возможностей объектов исследования и предсказание их поведения - прерогатива теоретического подхода. Во-вторых, рентгеновский метод позволяет расшифровать трехмерные структуры комплексов ферментов, но комплексов не с субстратами, а с ингибиторами. Могут быть получены структурные данные о целой серии ингибиторных комплексов одного фермента, которые в той или иной мере (но всегда неявной) соответствуют химическим элементарным стадиям каталитического акта. Однако в таком наборе все ингибиторы отличаются по своему химическому и пространственному строению как от истинного субстрата, так и друг от друга. Не зная продуктивной ориентации субстрата в активном центре, а также актуальных для катализа фермент-субстратных взаимодействий и обусловленных ими конформационных перестроек и имея дело со сложной системой, трудно составить полное и объективное представление о причинах спонтанного протекания каталитической реакции. Предпринимаемые здесь попытки представляют собой стремление воссоздать механизм каталитического акта, располагая структурными данными, одна часть которых отвечает реальному, исходному состоянию фермента, а другая, большая часть, фермент-ингибиторным комплексам, которые в чем-то (в чем именно, неизвестно) отличаются от промежуточных продуктивных комплексов истинного многостадийного процесса. [c.106]

Предложено довольно большое количество теоретических моделей для кинетического описания явления отрицательной кооперативности. Однако нас интересуют в первую очередь модели, в которых предпринята попытка представить процессы, происходящие на уровне взаимодействия субъединиц. В качестве примера подобного подхода рассмотрим представления, развиваемые в работе [126]. Предполагается, что олигомерный фермент имеет, в отличие от [121], не два состояния всей структуры, а два состояния активных центров — открытое и закрытое. В этом случае только открытая конформация активного центра может обмениваться молекулами субстрата со средой, а каталитический акт происходит в закрытой конформации. Явление отрицательной кооперативности оказывается связанным с доступностью поступления субстратов в открытый и закрытый активные центры, которые, согласно автору, поочередно меняют свое состояние. Предполагается, что присоединяющиеся лиганды вызывают сопряженные конформационные флуктуации фермента, причем их частота должна быть оптимальной для совершения катализа. Однако в этой модели практически ничего не говорится ни о сути процесса катализа, происходящего в закрытом активном центре, ни о физических механизмах, обеспечивающих синхронность сопряженных конформационных флуктуаций с катализом и сменой продукта на новую молекулу субстрата. [c.106]

Весьма широкая специфичность пероксидазы к субстратам различной природы вызывает самый пристальный интерес. В настоящее время почти отсутствуют исследования, в которых приводился бы достаточно полный анализ избирательности изоэнзимов этого фермента по отношению к стереохимическому расположению окисляемых субстратов. В реакциях взаимодействия фермента и субстрата молекула субстрата должна иметь две структурные особенности 1) специфическую химическую связь, которую фермент мог бы атаковать 2) функциональную группу, ориентирующую молекулу субстрата в активном центре так, чтобы атакуемая связь субстрата была правильно-расположена по отношению к каталитическому центру фермента. Так, для многих ферментов лимитирующей стадией реакции является изменение конформации белка, индуцируемое субстратом, коферментом или эффектором [Гольдштейн и др., 1974]. [c.16]

Конформация субстрата в активном центре [c.285]

Аллостерическая регуляция ферментативной активности. Аллостеричес-кий тип регуляции активности характерен для особой группы ферментов с четвертичной структурой, имеющих регуляторные центры для связывания аллостерических эффекторов (ингибиторов или активаторов). Механизм действия аллостерических эффекторов заключается в изменении конформации активного центра, затрудняющем или облегчающем превращение субстрата. Некоторые ферменты имеют несколько аллостерических центров, чувствительных к различным эффекторам. Роль аллосте-рического эффектора зачастую выполняют метаболиты, гормоны, ионы металлов, коферменты, а иногда и молекулы субстрата. Аллостерические ферменты отличаются от прочих ферментов особой S-образной кривой зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата (рис. 2.9). Такой характер зависимости свидетельствует о том, что активные центры субъединиц функционируют кооперативно, т. е. сродство каждого следующего активного центра к субстрату определяется степенью насыщения предыдущих центров. [c.119]

Возможно, при занятии различных участков связывания в активном центре деполимеразы разными олигомерными субстратами конформация активного центра несколько отличается, что и приводит к соответствующим отклонениям в рН-зависимостях ферментативного катализа. Естественно, это предположение остается в высшей степени гипотетическим, но оно доступно экспериментальной проверке. Для этого следует только определить pH- или температурные зависимости гидролиза О и Об под действием р-амилазы. Если они действительно окажутся различными, предположение о рН-зависимости степени множественной атаки нельзя считать экспериментально подтвердившимся. Поскольку влияние pH на относительное образование 0з /05 было весьма малым (данное отнощение уменьшалось всего в 2,5 раза при изменении pH от 5 до 9), то и отличия в рН-зависимости для объяснения этого эффекта требуются весьма небольщие. [c.84]

На основании этих экспериментальных данных и модельных построений Филлипс с сотр. [18] предположили, что при связывании субстрата с активным центром лизоцима сахаридный остаток в участке D деформируется и переходит от наиболее стабильной конформации кресла в конформацию полукресла (см. рис. 18), которая более комплементарна активному центру. Поскольку эта деформация должна происходить с затратой энергии, именно она, по гипотезе Филлипса [18, 20], и является причиной резко пониженного сродства участка D активного центра к саха-ридным остаткам. При образовании карбокатиониого переходного состояния, имеющего структуру полукресла, напряжение в активном центре снимается, что, в свою очередь, приводит к ускорению ферментативного катализа [18]. [c.164]

Следовательно, формаль1го переход сахаридного остатка у расщепляемой связи от конформации кресла к конформации полукресла в переходном состоянии реакции может привести к ускорению ферментативного превращения в 10 —Ю раз [90]. Несколько позже эти данные и расчеты серьезно пересматривались [89], и было показано, что лактонная концевая группа (153) связывается с участком D активного центра лизоцима лишь в 30 раз более эффективно, чем обычный N-ацетилглюкозаминный остаток. При этом карбонильный атом кислорода лактонной группы образует дополнительную водородную связь с остатком Asp 52 лизоцима и тем самым может вносить дополнительный вклад в связывание с активным центром тем самым достоверность данных о необычно эффективном взаимодействии лактона с лизоцимом становится вообще неопределенной [89]. Однако в любом случае, взаимодействует ли лактон с ферментом прочно или нет, не имеет никакого отношения к напряжению или деформации субстрата в активном центре лизоцима. Даже если лактон и является аналогом цереходного состояния в катализе лизоцимом, опыты по его связыванию с ферментом не могут дать никакого ответа на то, в какой форме — искаженной или обычной (стабильной) — субстрат находится в комплексе Михаэлиса с ферментом. Таким образом, по эффективности связывания лактонов с лизоцимом нельзя судить о деформациях в активном центре. [c.167]

Фермент, к которому применима модель индуцированного соответствия [686, 687], существует почти исключительно в неактивном состоянии Е. Только небольшая доля молекул имеет активную конформацию Е. Согласно предположению Дженкса [631], отношение [/ ]/[/ ] можно определить непосредственно по скоростям фосфорили-рования Н2О и специфичного субстрата. Для аденилаткиназы величина [Е]1[Е в отсутствие субстрата должна быть равна 10 . Присоединение специфичного субстрата вызывает изменение конформации активного центра, переводя таким образом фермент в активную форму Е (рис. 10.5). [c.262]

Для каталитической активности фермента существенное значение имеет пространственная структура, в которой жесткие участки а-спиралей чередуются с гибкими, эластичными линейными отрезками, обеспечивающими динамические изменения белковой молекулы фермента. Этим изме-неням придается больщое значение в некоторых теориях ферментативного катализа. Так, в противоположность модели Э. Фищера ключ-замок Д. Кощлендом была разработана теория индуцированного соответствия , допускающая высокую конформационную лабильность молекулы белка-фермента и гибкость и подвижность активного центра. Эта теория была основана на весьма убедительных экспериментах, сввдетельствующих о том, что субстрат индуцирует конформационные изменения молекулы фермента таким образом, что активный центр принимает необходимую для связывания субстрата пространственную ориентацию. Иными словами, фермент только в присутствии (точнее, в момент присоединения) субстрата будет находиться в активной (напряженной) Т-форме в отличие от неактивной Я-формы (рис. 4.10). На рис. 4.10 видно, что присоединение субстрата 8 к ферменту Е, вызывая соответствующие изменения конформации активного центра, в одних случаях приводит к образованию активного комплекса, в других—неактивного комплекса вследствие парущения пространственного расположения функциональных групп активного центра в промежуточном комплексе. Получены экспериментальные доказательства нового положения о том, что постулированное Д. Кощлендом индуцированное соответствие субстрата и фермента создается не обязательно изменениями [c.132]

Очевидно, что гомогенные катализаторы более всего пригодны для асимметрического гидрирования, поскольку все активные дентры металла идентичны и конформацию у каждого из них можно контролировать. Гидрирование прохиральных субстратов, при котором получается оптически активные органические соединения, наилучшим образом характеризует возможности гомогенных катализаторов. Субстрат, окружающий активный центр, может фиксироваться стереохимически таким образом, что ненасыщенные молекулы будут координироваться в одной конформации. Последующее присоединение водорода с одной стороны субстрата приводит к хиральному продукту. [c.309]

Никакое действительно удовлетворительное описание стерео-химической конформации активного центра не может быть сделано до те.х пор, пока не будут определены истинные значения Кпи 2 и 3 для каждого субстрата. На основании того, что структурная модификация субстратов Н1СНК2СОНз приводит к существенному изменению констант и Л", (каж), Хейн и [c.254]

Ни для одного из ферментов пока еще не удалось выяснить пространственное расположение аминокислот, составляющих активный центр. Неизвестно даже, специфична ли трехмерная конформация аминокислот активного центра в отсутствие субстрата и если специфична, то соответствует ли она каталитически активной конформации. Были предложены две теории, касающиеся конформации активного центра фермента. В корще прошлого века Эмиль Фишер, пытаясь объяснить специфичность катализируемых ферментами реакций, высказал предположение, что фермент существует в относительно жесткой конформации, так что субстрат связывается с ним как с неким шаблоном. Очевидно, что с помощью этой гипотезы ключа и замка можно объяснить специфичность ферментов, ибо ясно, что жесткость шаблона должна обусловливать пространственные затруднения для молекул, отличающихся по своей структуре от нормального субстрата данного фермента. В противовес гипотезе Фишера Кошланд выдвинул свою теорию индуцированного соответствия (indu ed-fit theory). [c.200]

Сульфгидрильная функциональная группа белков играет, как известно, важную роль в механизмах функционирования определенных ферментов. Поскольку большинство этих ферментов содержит несколько 5Н-групп, идентифицировать именно ту сульфгидрильную группу, которая непосредственно осуществляет каталитическую функцию, и определить ее место в аминокислотной цепи — довольно трудная задача. В некоторых благоприятных случаях каталитически активная 5Н-группа оказывается также наиболее химически активной, что может быть обусловлено ее незащищенным положением в третичной структуре фермента или ее окружением. Добавление одного эквивалента реагента на 5Н-группу, меченного радиоактивным изотопом, должно привести к тому, что помстится интересующая нас ЗН-группа. Однако 5Н-группа в активном центре может обладать такой же или меньшей реакционной способностью по сравнению с другими 5Н-групнами, и ее удается пометить лишь при помощи какого-нибудь остроумного метода. Если 5Н-груп-па, непосредственно участвующая в каталитическом акте, защищена субстратом от алкилирующих агентов, то после предварительного алкилирования всех остальных 5Н-групп в присутствии субстрата и последующего удаления избытка немеченого алкилирующего агента и субстрата ее можно пометить алкилирующим соединением, содержащим радиоактивную алки-лирующую группу. Этот прием используют только с нативным ферментом, поскольку добавление денатурирующего агента приводит к изменению укладки полипептидной цепи и нарушению специфической конформации активного центра, в результате чего субстрат не в состоянии защитить каталитически активную 5Н-группу, Алкилирующими агентами, удобными для проведения такого рода экспериментов, оказал ись С-иодацетамид и [c.479]

Диффузия в структурированной среде связана с образованием определенных конформаций, необходимых, например, для функционирования фермент-субстратных комплексов (ФСК). Известно, что на поверхности ферментов имеется, как правило, участок, образованный сравнительно жесткими краями, и проникновение субстрата к активному центру связано с соответствуюш ей флуктуационной подгонкой форм и размеров этого участка и субстрата. Теоретические оценки скорости этого процесса в условиях субстратного насьщения при реальных значениях упругости и микровязкости белка приводит к величинам, близким и [c.338]

Изучение инактивирующего действия ионизирующей радиации на макромолекулах представляет еще самостоятельный интерес как метод анализа функциональных свойств отдельных субмоле-кулярных структур. В этом случае ионизирующее излучение выступает 1в качестве уникального инструмента биофизического анализа ферментов, нуклеиновых кислот и различных надмолекулярных комплексов ДНП, хроматина, рибосом и т. д. Используя математический аппарат теории мишени, можно на основании экспериментальных кривых доза — эффект установить геометрические размеры мишени, ответственной за данный тип инактивации макромолекулы. Модифицируя условия облучения, в ряде случаев можно добиться возникновения селективных поражений макромолекулы и оценить их роль в эффекте инактивации (например, если в результате облучения фермента разрушается определенный аминокислотный остаток и ири этом нарушается конформация активного центра и исчезает сродство к субстрату, то можно предположить, что данный структурный участок регулирует конформацию активного центра). Преимущество радиационного воздействия состоит еще ш в том, что с его помощью можно добиться возникновения узколокальных повреждений в любом участке молекулы, при этом другие структурные звенья останутся неповрежденными (существенно, что при этом макромолекулы могут оставаться сухими, находиться в вакууме или в любой газовой смеси, быть замороженными до любой температуры или параллельно подвергаться иным (воздействиям). [c.95]

Предположение о деформации кольца В при посадке субстрата в активный центр согласовывалось с предложенным К. Верноном в 1967 г. химическим механизмом катализа лизоцима, по которому требуется ослабление расщепляемой связи между сахарными кольцами В и Е [222]. Позднее Филлипс и соавт. получили кристаллическую структуру комплекса лизоцима с аналогом переходного состояния субстрата - тет-расахаридлактоном [223]. Плоское лактонное кольцо по своему положению оказалось близким конформации четвертого кольца В-гекса-Ы-ацетилглюкозамина в модельном невалентном комплексе лизоцима. [c.52]

Механизм функционирования галоалкандегалогеназы. Авторы ряда работ применили рентгеновскую кристаллографию к изучению механизма каталитического акта галоалкандегалогеназы (табл. 1.10) [503 -505]. Трехмерные структуры фермента, монокристалл которого постоянно находится в маточном растворе, были расшифрованы по картам электронной плотности, рассчитанным по дифракциям образца в отсутствие и в присутствии субстрата 1,2-дихлорэтана [504]. При pH 5 и 4°, условии, далеком от оптимального, (pH 8,2 и 22°), субстрат связывался с активным центром, однако развития каталитической реакции не происходило. Образовавшийся невалентный фермент-субстратный комплекс Михаэлиса оставался стабильным как угодно долго, и поэтому его структура могла быть определена при использовании излучения рентгеновской трубки, экспозиции в 48 ч и сохранении всех других условий анализа нативного фермента. Найденное расположение субстрата в активном центре в схематической форме представлено на рис. 1.39. Один атом хлора ( lj) в комплексе располагается на расстояниях 3,6 и 3,2 A от атомов азота боковых цепей Тгр-125 и Тгр-175 и взаимодействует с водородами двух связей N-H. Другой атом хлора ( I2) стабилизирован дисперсионными взаимодействиями с бензольными кольцами Phe-128 и Phe-172. В найденной конформации субстрата в активном центре атом углерода С] сближен с кислородом 0° боковой цепи Asp-124 (3,8 А), что главным образом и обусловливает продуктивность невалентного комплекса. При нагревании кристаллического образца до комнатной температуры происходит разрыв связи С]-С1], [c.148]

Согласно модели, быстрая миграция энергии по ССИВС обеспечивает сопряженные со стадиями катализа конформационные изменения структуры белка. Близкие взгляды высказываются также в работе [3], однако при рассмотрении фермента в качестве молекулярной машины детерминирующая роль отводится именно конформационному изменению ФСК, следующему за присоединением субстрата к активному центру и носящему характер релаксации к новой равновесной конформации, появившейся в результате локальных микрохимических изменений. Существенной особенностью нашей модели работы олигомерного фермента является то, что реализация предложенного механизма переноса энергии обусловила вращательную симметрию дуплицированной структуры и связанную с этим обратимость конформационных переходов при поочередном функционировании активных центров. Близкие к нашим идеям представления о переносе зарядов с участием полярных групп развиваются, как мы рассматривали в разд. 5.1.1, в работах [21, 119, 136]. Однако авторы этих работ не учли возможной взаимосвязи каталитических механизмов с субъединичной организацией, вследствие чего колебательный режим функционирования ферментов оказался вне их рассмотрения. [c.127]

Таблиц 70. Конформация основной цени некст-орых аналогов субстратов в активных центрах змидгидролаз [c.286]

В рамках модели Фердинанда присоединение субстрата к активному центру протекает как равновесная стадия, конформационный переход сравним по скорости с максимальной скоростью реакции, и увеличение концентрации субстрата сдвигает равновесие между двумя конформациями фермента. Поэтому повышение концентрации 5 заменяет стадию I стадией V. Такое объяснение не-Михаэлисовой кинетики мембранных ферментов правомочно в целом ряде случаев. [c.97]

Селекщюнист может отступить от непосредственного измерения приспособленности в природе еще на один шаг. Гипотеза неоклассиков — нейтралистов в конечном счете основывается на априорных доказательствах, связанных с физико-химическими свойствами белковых молекул. При реконструкции трехмерной структуры белка показано, что большинство заряженных аминокислот находится на поверхности, в то время как внутренняя часть молекулы состоит из плотноупакованных гидрофобных групп. Металлсодержащие коферменты связаны именно с внутренней частью молекулы там же локализован и активный центр фер.мента, осуществляющий связь с субстратом. Кроме того, в процессе эволюции большинство замещений происходит на поверхности молекулы, где стереоспецифичность незначительна (Диккерсон, 1971). И наконец, разные молекулы, такие, как протеазы, а-химотрипсин, трипсин, эластон и тромбин, локусы которых, очевидно, произошли от общего предкового гена в результате дупликаций и которые могут отличаться друг от друга по 50—70% аминокислотных участков, устойчиво сохраняют свою трехмерную структуру и конформацию активного центра (Хартли, 1970). [c.266]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология