Субстраты с ограниченной конформационной

Результаты анализа конформации субстратов с ограниченной конформационной подвижностью, а также других типов "закрепленных субстратов [1775], например [c.188]

Начальным актом межфазного взаимодействия адгезива и субстрата является сорбция. Аналогия между адгезией и адсорбцией очевидна лишь в термодинамическом плане, в молекулярно-кинетическом же аспекте полное отождествление этих явлений неправомерно. Уже при адсорбции межфазный контакт определяется конформационным набором макромолекул, которые могут иметь форму гауссова клубка, петли или плоской ленты. Изотермы адсорбции осложнены конкурирующим влиянием растворителя, развитостью поверхности субстрата и т. д. Строгий анализ показывает, что адсорбция полимеров на плоскости не сопровождается скачком энергии взаимодействия и представляет собой фазовый переход II рода [478-480], тогда как переход макромолекулы из свободного объема (раствора) в ограниченное пространство (микродефект на поверхности субстрата) имеет дискретную энергетическую природу, т.е. это-фазовый переход I рода с энтальпийным эффектом, пропорциональным размерам микродефекта [479, 481]. Так, машинным моделированием конформационных характеристик алифатических углеводородных цепей методом Монте-Карло в приближении Метрополиса установлено, что межфазное взаимодействие с субстратом в существенной мере определяется радиусом кривизны поверхности последнего, причем при небольших значениях этого радиуса минимум свободного состояния соответствует жидкому состоянию адсорбата, а при их повышении-фазовому переходу к более упорядоченному кристаллическому состоянию [482]. [c.104]

Кроме того, невалентные фермент-субстратные взаимодействия реализуются в системах, состоящих из многих сотен атомов, в то время как электронные, чисто химические взаимодействия происходят в активном центре между ограниченным числом атомов, принадлежащих функциональным группам. Невалентные взаимодействия приводят к конформационным изменениям, характерные времена которых намного больше, чем времена колебательной релаксации, сопровождающие чисто электронные переходы. На первом этапе катализа определяющее значение приобретает характер структурно-динамического взаимодействия фермент - субстрат. На втором этапе, после образования активного комплекса, основную роль уже играют квантово-механические электронные процессы взаимодействия между ограниченным числом атомных групп в активном центре. Следовательно, конформационно-динамические аспекты ферментативного катализа, связанные с формированием химически активной конфигурации, можно рассматривать независимо от кванто-во-механической природы элементарного акта разрыва связей субстрата в активном центре. Это обстоятельство отражает природу ферментативного акта как следствие электронно-конформационных взаимодействий в молекуле белка-фермента. [c.427]

Все это указывает на ограниченность формальной модели, где открытие-закрытие канала связывается с перемещением независимых друг от друга управляющих частиц. Но-видимому, понимание механизма работы канала лежит на пути расшифровки конформационных перестроек белка, индуцированных деполяризующим импульсом. Можно провести аналогию с функционированием фермента, где каскад электронно-конформационных перестроек индуцируется изменением электронного состояния активного центра вследствие прихода в него молекулы субстрата (гл. XIV). С [c.186]

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]

Метод теоретического конформационного анализа был использован для изучения невалентных взаимодействий а-химотрипсина с рядом простейших субстратов, лизоцима с триацетилглюкозамином, рибонуклеазы с уридин- 2, З -циклофосфатом, карбоксипептидазы А с пептидными и эфирными субстратами. К сожалению, в силу ограниченной точности этот метод не всегда дает однозначный ответ о наличии напряжений в комплексе. Тем не менее обилий вывод из проведенных теоретических исследований состоит в следуюш ем. Хотя образование комплекса Михаэлиса сопровождается конформационными изменениями, однако посадка субстрата не вызывает в молекулах субстрата и фермента ни избыточного конформационного напряжения, ни образования какой-либо принудительной конформации. На а-химотрипсине было показано, что в предкаталитической стадии структурные элементы его активного центра находятся в ненапряженном состоянии. [c.423]

Мы часто в последнее время произносим словосочетание .молекулярная машина , не осознавая его экстравагантности. Нормальная машина — устройство, в котором тепловое движение составляющих ее атомов (деталей) не играет никакой роли. Машина обычно вполне макроскопична. Молекулярная машина существует в оглушительном тепловом шуме, целесообразные движения ее деталей происходят среди теплового беспорядка и являются статистическим итогом разнонаправленного броуни-рования [136—138]. Почему же мы говорим о макромолекуле белка как о машине Потому, что в силу структурных ограничений большая часть взаимных перемещений кусков макромолекулы друг относительно друга невозможна и сама она совершает броуновское движение как целое. Лишь в некоторых функционально значимых направлениях тепловые флуктуации приводят к изменениям конформации, изменениям взаимного расположения частей макромолекулы. В макромолекуле фермента, не соединенной с субстратом, эти движения равновероятны в двух направлениях — туда и обратно (они представляют собой флуктуационные конформационные колебания), тогда как в макромолекуле, связанной с превращаемым субстратом, движения туда и обратно неравноценны. Например, при движении какой-либо функциональной группы полипептидной цепи туда осуществляется реакция, сопровождающаяся необратимым изменением субстрата (его свободная энергия уменьшается и выделяется тепло), а при движении обратно реакция не идет (без сопряженного подвода энергии). [c.68]

Наиболее существенными особенностями белков с точки зрения их роли как субстратов протеолитических ферментов являются 1) недостушость многих боковых цепей аминокислотных остатков вследствие погружения их в белковую глобулу или других стерических препятствий 2) ограниченная возможность конформационных переходов, особенно основной цепи белка. Доступность тех или иных аминокислотных остатков внешнему реагенту или растворителю определяется положением этого остатка в глобуле белка. Большинство полярных и особенно заряженных боковых цепей располагаются на поверхности глобулы. Однако имеются заряженные остатки, маскированные внутри глобулы шш в области суОъединичных контактов. Такие остатки, как правило, образуют ионные пары или дают водородные связи с нейтральными полярными грушами [ 160-162 ]. [c.32]

Если весь процесс иммуноферментного анализа условно разделить на три основные стадии - формирование специфического комплекса антиген — антитело (иммунохимический процесс), введение в него метки и ее визуализация тем или иным физическим способом, то можно заметить, что основное внимание в данной книге фокусируется на второй и третьей стадиях, представляющих преимущественно энзимологический аспект проблемы. В книге рассмотрены практически все известные способы регуляции активности ферментов, как химические (с помощью активаторов, ингибиторов, субстратов, простетических групп), так и физические (путем изменения активности ферментов при образовании комплекса антиген — антитело, с помощью ультразвука, конформационных и диффузионных ограничений). Главное достоинство монографии состоит в том, что в ней, по-видимому, впервые комплексно рассмотрены возможности регуляции активности ферментов, которые могут быть использованы для создания методов иммуноферментного анализа. В этом смысле оправдано английское название книги Enzyme-mediated immunoassay , которое буквально переводится, как Иммунный анализ, опосредованный через ферменты . [c.5]

Успехи белковой инженерии, демонстрирующие возможность изменения субстратной специфичности ферментов путем замены одной или нескольких аминокислот с помощью рационального редизайна или эволюционных подходов, наводят на многочисленные размышления. В частности, возникает вопрос почему изменения субстратной специфичности ферментов являются редким событием, а мутации в конкретном гене, как правило, сопровождаются ослаблением или потерей ферментативной активности вообще В силу ограниченности наших знаний о структурно-функциональных взаимоотношениях в белках ответ на такой вопрос кажется очевидным одиночные замены аминокислот в активном центре фермента или его окрестностях приводят к конформационным или иным изменениям полипептидной цепи, делающим активный центр нефункциональным в отношении своего природного субстрата. [c.447]