Гистидин участие в катализе

Рис. 62. Схема активного центра карбоксипептидазы А (остаток Туг 198 на схеме не изображен) фермента, катализирующего гидролитическое отщепление С-концевого аминокислотного фрагмента от полипептидов. Фермент абсолютно специфичен к Ь-конфи-гурации отщепляемого аминокислотного остатка и резко преимущественно катализирует отщепление остатков гидрофобных аминокислот. Гидролиз в этом случае протекает по механизму электрофильного катализа и требует участия иона цинка — в белке какие-либо группы, способные выступать в роли электрофиль-ных катализаторов, отсутствуют. Ион цинка фиксирован в активном центре фермента путем координации тремя аминокислотными остатками — двумя остатками гистидина 1118-69 и Н18-196 и одним глутамат-ионом С1и-72. Четвертая координата (для ионов цинка характерна тетраэдрическая зр -конфигурация координационных связей) направлена в комплексе фермент — субстрат на карбонильную группу гидролизуемой пептидной связи. Фиксация С-концевой части гидролизуемого пептида в активном центре обеспечивается в первую очередь взаимодействием с двумя остатками аргинина — Aгg-145 и Arg-127 и кластером гидрофобных

Известные успехи достигнуты в изучении роли отдельных функциональных групп ферментов в биокаталитических реакциях (5Н-группы остатков цистеина, ОН-группы остатков серина, имидазольный цикл остатков гистидина, е-ЫН 2-группы остатков лизина и т. п.). Но поскольку ферментативный катализ, несомненно, не сводится к участию только этих групп, то такие успехи решают лишь часть основной задачи. [c.7]

Участие имидазольного цикла, входящего в состав аминокислоты гистидина, в внутримолекулярном нуклеофильном катализе рассматривается как модель одного из аспектов действия гидролитических ферментов. [c.424]

В. А. Яковлев, детально изучавший механизм действия холинэстераз, считает доказанным, что в состав активного центра входит серии, гидроксил которого принимает в катализе непосредственное участие. Гидроксил должен быть специфически активирован. Активация предположительно достигается его взаимодействием с группой гистидина белка. Вторая часть каталитически активного участка фермента представляет собой анионную группировку, несущую единичный отрицательный заряд. [c.124]

Таким образом, в этом простом случае оптимальное значение pH, при котором скорость ферментативной реакции максимальна, равно полусумме показателей основности р йГа, и рЯа, активных центров, участвующих в реакционных актах катализа. Зная из эксперимента значение рНопт и одну из величин -рКа, можно оценить другую константу. (Существуют специальные кинетические приемы, позволяющие раздельно оценить р/ а, и р аг но мы не будем на них останавливаться.) Например, при изучении рН-зависимости гидролиза крахмала до маль-тазы под действием р-амилазы было установлено, что в катализе принимают участие два активных центра с рКа, равные 4,3 и 7,1. Из табл. 5 видно, что этими центрами могут быть, например, карбоксильная группа аспарагиновой кислоты и имидазольное кольцо гистидина. При гидролизе ацетилхолина в присутствии холинэстеразы участвуют активные центры с рА а 6,2 и 7,7, а при расщеплении мочевины уреазой — центры с р а 6,6 и 9,0 и т. д. [c.100]

При помощи блокирования функциональных групп рибонуклеазы и других методов было установлено, что в этом ферменте только один (в положении 41) из десяти остатков лизина принимает непосредственное участие в ферментативном катализе. Точно так же только один из 4 остатков (в положении 119) гистидина принимает участие в активном центре. Для активности фермента требуется также наличие свободных карбоксильных групп, так как при эстерификации последних фермент инактивируется. Отрезок из 20 остатков аминокислот на КШг-конце пептидной цепи необходим для функции рибонуклеазы, а отрезок пептидной цепи между 31 и 41 остатками отвечает за присоединение субстрата. [c.213]

Рассмотренный выще механизм можно назвать минимальным в том смысле, что он предполагает использование на каталитических стадиях всего двух групп белка (Туг-248 и 01и-270), молекулы воды и иона цинка. Изучение химической модификации указало также на участие в катализе остатка гистидина. Хотя из-за удаленности остатков Н1з-69 и Н1з-196 от субстрата представляется маловероятным, что они служат нуклеофилами, вполне возможно, что один из них перестает быть лигандом у атома цинка [5] и в качестве основания принимает участие в переносе протона. Эта стадия может не лимитировать скорость реакции. Однако при связывании не обнаруживается удаления какого-либо из остатков гистидина от атома цинка. По аналогии с карбоангидразой рассматривался также механизм, включающий атаку по карбонильному атому углерода субстрата ОН -группой, присоединенной к иону цинка [2]. Из-за стерических препятствий такой механизм менее вероятен, чем тот, в котором роль цинка заключается в поляризации кислородного атома карбонильной группы субстрата. [c.548]

В зависимости от свойств фермента механизм действия гистидин-сериновой пары в активных центрах гидролаз может изменяться довольно сильно. Интересна в этом отношении ацетилхолинэстераза (КФ 3.1.1.7), в активном центре которой при катализе осуществляется обратимый перенос заряда с участием фенольной группы тирозина. [c.164]

По аналогии с известными гистидин-сериновыми ферментами кислотно-основных процессов обычно предполагают, что в неспецифических фосфатазах при образовании промежуточного продукта осуществляется фосфорилирование фермента по серину с участием гистидина, действующего по механизму обобщенного основного катализа, что и объясняет отщепление фосфорильной, а не фосфатной группы. Для фосфатаз, имеющих оптимум pH в щелочной области (щелочная фосфатаза), необходимы соответствующие количества ионов двухвалентных металлов в качестве кофакторов для компенсации зарядов на фосфатной группировке и облегчения нуклеофильной атаки гидроксильной группой серина на фосфор, катализируемое основанием (гистидином). Для кислой же фосфатазы, имеющей оптимум pH в районе пяти добавления ионов двухвалентных металлов не требуется, поскольку фосфорные эфиры при этих значениях pH существуют в моно-анионной форме, а следовательно, нуклеофильная атака на фосфор не затруднена. [c.172]

Участие гистидина-57 в катализе выявляется с помощью аффинной метки [c.157]

А И В, так как из работ Крупки и Лейдлера [389, 390] следует, что и тот и другой механизм могут иметь место одновременно (см. стр. 580). Это достигается одновременным участием в ацетилировании И дезацетилировании эстераз трех функциональных групп оксигруппы серина, имидазольного кольца гистидина (общеосновной катализ) и кислотной группы (специфический водородный катализ). [c.589]

Согласно представлениям, которые сложились в гомогенном катализе, к каталитически активным радикалам бёлка относятся нуклеофильные группы (такие как имидазол гистидина, оксигруппы серина или тирозина, тиоловые группы цистеина, е-аминогруппы лизина, ионизованные карбоксилы аспарагиновой и глутаминовой кислот и др.) и электрофилы (ион имидазолия, неионизованные карбоксильные группы, ионы металлов и т. п.). В первичной структуре молекулы фермента группы активного центра обычно удалены друг от друга (см. рис. 1). Однако в третичной структуре аминокислотные остатки, принимающие участие в катализе, некоторым образом фиксированы [c.17]

Ферментативное действие химотрипсина, как и других панкреатических протеаз (трипсина, эластазы), соответствует механизму общего кислотноосновного катализа, в котором принимают участие в качестве системы переноса заряда остатки аминокислот №5 , Авр и 8ег . Передача электронной плотности от заряженной при pH 8 отрицательно карбоксильной группы аспарагиновой кислоты через имидазольное кольцо гистидина к кислороду боковой цепи серина обусловливает повышение его иуклеофиль-ности настолько, что может осуществляться нуклеофильное воздействие на карбонильный углеродный атом пептидной связи. На промежуточно образующемся О-ацильном производном серина перенос заряда, обрывается, ио на последующей стадии деацилирования снова немедленно восстанавливается. Гидролитическое расщепление пептидной связи может быть рассмотрено как перенос ацила, при котором осуществляется перемещение ациль-иого остатка с аминогруппы на молекулу воды (рис. 3-31). [c.408]

РНазы A за исключением того, что вместо двух остатков гистидина в общем кислотно-основном катализе гидролиза принимают участие остатки гистидина и глутаминовой кислоты [29]. И в этом случае гидролиз промежуточно образующегося гуанозин-2, 3 -цик-лофосфата протекает по механизму in-line [30]. Оба фермента (РНаза А и РНаза Tj) с их различной специфичностью к основаниям интенсивно использовали при определении последовательности оснований в рибонуклеиновых кислотах. [c.144]

Ко второй группе металлопротеинов относится ряд ферментов ферменты, содержащие связанные с молекулой белка ионы металлов, определяющих их функщгю,— металлоферменты (в процессе очистки металлы остаются связанными с ферментами) ферменты, активируемые ионами металлов, менее прочно связаны с металлами, но для проявления своей активности нуждаются в добавлении в реакционную среду определенного металла. Предполагают, что механизмы участия металла в акте катализа в обоих случаях, вероятнее всего, сходны ионы металла участвуют в образовании тройного комплекса активный центр фермента—металл—субстрат (Е—М—8), или М—Е—8, или Е—8—М. Есть доказательства, что в активном центре многих ферментов в связывании металла участвует имидазольная группа гистидина. [c.95]

Из сказанного видно, что белок, который в данном случае сам по себе является ферментом и не требует участия дополнительных кофакторов, выполняет две главные функции узнает специфичный субстрат, ориентируя его в составе комплекса нужным образом относительно имидазольных колец двух остатков гистидина, и осуществляет с помощью эти.х дву.х остатков, формирующих ката питичес-кий центр фермента, общий кислотный и основной катализ на обеи.х стадиях гидролиза. Эти функции — наиболее общие для всех бе.пков, являющихся ферментами или в.ходящими в их состав. [c.203]

Атака карбонильного атома углерода субстрата гидроксильной группой серина представлена протекающей по механизму как кислотного, так и основпого катализа с участием имидазольной части остатка гистидина. Переносчиком протона на стадии реакции, соответствующей кислотному катализу, служит молекула воды. Считается, что распад тетраэдрического промешуточного продукта также происходит по механизму кислотно-основного катализа, причем молекула воды служит переносчиком протона на сталии основного катализа. Стадия деацилирования суммарной реакции представляет собой обращение [c.203]

Рассмотрим в качестве первого примера механизм гидролиза сложных эфиров под действием химотрипсина. Отметим для начала, что изучение зависимости скорости гидролиза от pH среды в присутствии химотрипсина показало, что максимум кривой этой зависимости приходится на значение pH около 7. Это значение приблизительна соответствует величине рЛСа имидазольного фрагмента гистидина. Одно это обстоятельство давало основание полагать, что в активации молекулы сложного эфира прини-нимают участие атомы азота имидазольного кольца. Действительно, модельные опыты по катализу аналогичных [c.100]

В реакциях гидролиза этиловых, метиловых и л-нитрофенило-вых эфиров карбоновых и аминокислот лимитирующей является стадия деацилирования, так что при насыщении субстратом практически весь фермент находится в ацилферментной форме. Уравнение стационарной скорости в этом случае отражает процесс гидролиза ацилфермента (см. уравнение (4.40)). Скорость процесса деацилирования зависит от pH. Эта зависимость отражает участие в механизме катализа имидазольной группы гистидина-57, входящего в активный центр фермента [c.87]

Установление природы каталитических групп активного центра ферментов является достаточно сложной задачей. Рентгеноструктурные данные имеются только для нескольких объектов. Обычный метод, связанный с определением зависимости констант скоростей отдельных процессов от pH, позволяет установить рК каталитических групп, но эти значения рК еще не характеризуют однозначно сами группы. Например, для протеолитических ферментов — папаина (КФЗ.4.4.10) и фицина (ЕФ 3.4.4.12) еще относительно недавно принималось, что активные центры не содержат гистидина на том основании, что рК каталитической группы папаина равно 3,5 (карбоксильный анион) [2], а для фицина обнаружены группы с рК 4,4 и 8,5 [3—7], которые приписывались карбоксильному и аммонийному ионам. Однако более поздние работы, обсуждаемые подробнее в [8], показали, что в работе активного центра принимает участие имидазол как в папаине, так и в фицине, что существенно изменило взгляды на природу реакций, происходящих при катализе. [c.182]

На рис. 2.4 показаны два аминокислотных остатка, принадлежащих С-концевой части пептида в активном центре карбоксипептвдазы А. В связывании субстрата и собственно в катализе принимают участие амин( -кислотные остатки тирозина(248), аргинина(145), глутаминовой кисло-ты(270) и ион который ковалентно связан с атомом кислорода депро-тонированной карбоксильной группы глутаминовой кислоты(72) и за счет двух донорно-акцепторных связей — с электронодонорными атомами азота имидазольных циклов 69-го и 198-го аминокислотных остатков гистидина. [c.101]

На основании последующих исследований был сделай вывод, что кз катализируемого химотрипсином гидролиза этилового эфира ацетил-/,-тирозина, этилового эфира ацетил-1.-трш1тс>фана и амида aцeтил-L-тиpoзинa зависит от ионизации группы с кажущейся р/Са, равной 6,7 (388, 389]. Эти данные можно объяснить участием имидазольной группы гистидина о каталитическом процессе. Применение метода, заключающегося в изучении влияния pH в стадии катализа, является само по себе важным достижением в деле изучения активной области гидролитических ферментов, так как ранее обычно рассматривалась только графическая зависимость общей скорости ферментативных реакций от pH, имеющая колоколообразную форму. [c.143]

Влияние pH на скорость ферментативных реакций может быть обусловлено различными факторами. Ферменты, подобно другим белкам, являются амфолитами и имеют большое число ионоген-ных групп. Если функционирование фермента зависит от наличия некоторых специфических группировок, то каждая из них в дан-ных условиях должна находиться в определенном состоянии (не-ионизированном или ионизированном). Нередко оказывается возможным идентифицировать участвующие в катализе ионогенные группы активного центра путем анализа зависимости активности фермента от pH и сопоставления полученных данных с известными величинами р/С ионогенных групп белков (табл. 5.2). В качестве примеров можно указать на идентификацию каталитически активных остатков гистидина в активных центрах трипсина, химотрипсина и субтилпзина и тиоловой группы в активном центре папаина (гл. 9). На участие ионогенных групп в функционировании ферментов указывает также влияние ионной силы на скорость ряда ферментативных реакций (это влияние сильно выражено при действии карбоксипептидазы и уреазы). Такого рода эффект обычно наблюдается при неферментативном катализе, осуществляемом ионогенными соединениями. [c.260]

Химический механизм действия рибонуклеазы в том виде, в каком его себе сейчас представляют, был построен из общих соображений еще до установления кристаллической структуры фермента [170]. Известно, что график зависимости активности фермента от pH представляет собой колоколообразную кривую с максимумом при pH 7. рН-зависимостьйса1/ м показывает, что скорость гидролиза зависит от состояния ионизации в свободном ферменте основания с р/(а = 5,22 и кислоты с р/(а = 6,78, в то время как из рН-зависимости ft at следует, что в фермент-субстратном комплексе эти значения р/Са изменяются до 6,3 и 8,1. Было высказано предположение, что реакция катализируется по механизму общего кислотно-основного катализа с участием двух остатков гистидина, как выяснилось позднее,— His-12 и His-119 [c.389]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология