Протеиназы аспартатные

Аспартатные протеиназы ретровирусов уже через два-три года после (IX открытия стали одними из наиболее экспериментально изученных фер-Центов. Основное внимание было уделено протеиназе ШУ-1, о структуре к функции которой сейчас известно, пожалуй, больше, чем о таком классическом объекте, как пепсин, открытом еще в 1836 г. Подробно об этом в следующем томе. Сейчас лишь отметим, что стал очевиден один из эффективных и простых путей поиска средств защиты от ретровируса. Он Заключается в создании особых ингибиторов аспартатной протеиназы [c.545]

HIV-1. Практически эта задача оказалась чрезвычайно сложной и на сегодняшний день нерешенной Среди требований, предъявляемых к свойствам ингибиторов, главное и самое трудновыполнимое касается избирательности их действия. Ингибиторы, обладающие терапевтическим эффектом, должны быть прежде всего высокоспецифичны до такой степени, чтобы дезактивируя ретровирусную протеиназу, не нарушать нормального функционирования как аспартатных, так и других протеолитических ферментов клетки-хозяина. Для целенаправленного поиска ингибиторов, удовлетворяющих этому требованию, необходимо располагать количественными данными о всех стадиях катализа вирусной протеиназы и механизмах функционирования протеиназ инфицированной клетки, а также владеть методом решения обратной структурной задачи, те конструирования химического строения ингибитора по заданной пространственной форме. Вероятность обнаружения таких ингибиторов экспериментальным или эмпирическим путем мала. Помимо того, что этот путь ненадежен, он чрезвычайно дорогостоящ и продолжителен На несовершенство используемого подхода, допускающего исследование только в направлении от функции к структуре, указывают разработанные схемы катализа аспартатных протеиназ. Они интересны в том отношении, что исходят по существу из одного и того же экспериментального материала, включающего данные рентгеноструктурного анализа и результаты многочисленных биофизических и биохимических исследований, а также базируются на одинаковых традиционных, теоретических представлениях о природе биокатализа. При единстве исходного опытного материала, теоретической основы и в рамках одного подхода были предложены пять различных стереохимических моделей функционирования аспартатных протеиназ, которых, впрочем, могло быть и больше [363-366]. [c.546]

Представление о чисто химических аспектах ферментативных реакций аспартатных протеиназ сформировалось еще до становления кристаллографии белков. Детальные исследования неферментативного гидролиза разнообразных эфиров, амидов и модельных пептидов, проведенные главным образом в 1960-е годы, показали, что катализ оказывается эффективным лишь в среде, включающей следующие три [c.81]

Рентгеноструктурный анализ трехмерных структур нативных молекул аспартатных протеиназ и их ингибиторов [c.82]

Р и с. 1.17. Каталитически важные остатки активного центра аспартатных протеиназ [c.84]

Расстояния (А) между атомами боковых цепей Asp-32 и Asp-215 (нумерация пепсина) в кристаллографических структурах аспартатных протеиназ [c.86]

В димерном комплексе HIV-1 протеиназы сближены также фрагменты 23—28 и 123—128, которые включают эффективно взаимодействующие между собой трипептидные фрагменты Asp-25— Thr-26—Gly-27 и Asp-125— Thr-126—bly-127 — непременные участники активных центров всех аспартатных протеиназ. Эта контактная область двух молекул дополнительно стабилизируется невалентными взаимодействиями с остатками 7—9, 107—109 и 84—85, 184—185 соответственно N- и С-концевых фрагментов. [c.87]

Большой интерес, прежде всего при поиске антивирусных лекарственных препаратов, представляет знание процесса димеризации HIV-1 протеиназы. Особого внимания здесь заслуживает вопрос о том, происходит ли ассоциация молекул без изменении их пространственного строения, или этот процесс сопровождается конформационной адаптацией партнеров. Если изменении имеют место, то открывается возможность воспрепятствовать образованию активного комплекса путем такого целенаправленного воздействия на молекулы фермента, которое сделало бы невозможным конформационные перестройки, необходимые для их объединения. Быть может, такое направление развития антивирусной терапии окажется наиболее перспективным в силу исключительности механизма образования активных форм ретровирусных протеиназ по сравнению с аспартатными протеиназами из других источников. Однако непосредственно наблюдать трехмерную структуру отдельной молекулы HIV-1 протеиназы, чтобы сопоставить ее со структурой субъединицы в димерном комплексе, не представляется возможным, поскольку фермент кристаллизуется лишь в форме димера. Поэтому для решения [c.89]

Из только что сказанного очевиден возможный путь поиска терапевтических средств защиты здоровья человека от ретровирусов, в частности, вируса иммунодефицита человека — создание препаратов, препятствующих димеризации молекул аспартатных протеиназ. Без этого невозможно функционирование фермента, а следовательно, и реализация жизненного цикла вируса. [c.91]

Другой подход к получению необходимых лекарств связан с созданием особых ингибиторов ретровирусных аспартатных протеиназ. Среди требований, предъявляемых к свойствам ингибиторов, главное и самое трудновыполнимое касается избирательности их действия. Ингибиторы, обладающие терапевтическим эффектом, должны быть, прежде всего, специфичными до такой степени, чтобы, дезактивируя ретровирусную протеиназу, не нарушать нормального функционирования как аспартатных, так и других протеолитических ферментов клетки-хозяина. Для целенаправленного поиска ингибиторов, удовлетворяющих этому требованию, необходимо располагать количественными данными о всех стадиях каталитического акта вирусной протеиназы, аналогичными сведениями о механизмах функционирования протеиназ инфицированной клетки и методом решения обратной структурной задачи, т.е. конструирования химического строения ингибитора по наперед заданной пространственной форме. В связи с проблемой специфичности фермент-субстратных взаимодействий особое значение [c.91]

Главные цели изучения биокатализа, по-видимому, можно ограничить следующими тремя. Во-первых, достижением понимания принципов стереохимического механизма ферментативного катализа и возможностью количественного описания, исходя из знания структур взаимодействующих молекул, каталитического акта как спонтанно протекающего, взаимообусловленного на всех своих стадиях непрерывного процесса. Во-вторых, выяснением в каждом конкретном случае причины специфичности фермент-субстратных и фермент-ингибиторных взаимодействий. В-третьих, целенаправленным конструированием наборов ингибиторов, обладающих наперед заданными свойствами. Возникающие при достижениях этих целей проблемы и возможные подходы к их разрешению будут подробно обсуждены в четвертом томе монографии "Проблемы белка". А сейчас попытаемся ответить на вопрос о том, что нового привнес рентгеноструктурный анализ в изучение аспартатных протеиназ и в какой мере знание трехмерных структур ферментов и их ингибиторных комплексов смогло углубить понимание механизма каталитической реакции аспартатных протеиназ. Ответ на этот вопрос имеет общее для энзимологии значение, поскольку, как отмечалось, протеиназы являются наиболее изученными во всех отношениях объектами биокатализа. Рассмотрим гипотетические модели механизма действия аспартатных протеиназ, в основу разработки которых были положены данные о трехмерных [c.98]

О механизме каталитической реакции аспартатных протеиназ. [c.99]

Рис. 1.25. Схема механизма катализа аспартатных протеиназ, предложенная Л. Перлом [398]

Высказанные в литературе суждения о стереохимии аспартатных протеиназ отличаются количеством элементарных стадий каталитического акта, положением молекулы воды, осуществляющей нуклеофильную атаку на карбонильный углерод расщепляемой связи, атомными группами, поляризующими кислород этой же связи и способом протонизации атома азота. Несмотря на существенные различия предложенных моделей, они едины в следующих своих исходных положениях. [c.103]

Во-первых, предполагается, что аспартатные протеиназы функционируют по принципу общего катализа и, следовательно, по ходу реакции не образуют с субстратом ковалентных промежуточных комплексов. [c.104]

В-четвертых, во всех предложенных стереохимических моделях общей является трактовка побудительных мотивов функционирования аспартатных протеиназ, основывающаяся на концепции деформации и напряжения [399]. [c.104]

Таким образом, разработанные схемы ферментативного катализа примечательны в том отношении, что они исходят, по существу, из одного и того же экспериментального материала, включающего данные рентгеноструктурного анализа, полученные в последние годы, и базируются на одних и тех же теоретических представлениях о природе биокатализа, сложившихся до становления кристаллографии белков и давно ставших традиционными. На несовершенство сделанных обобщений указывает то обстоятельство, что при единстве исходного опытного материала и теоретической основы, а также в рамках одного подхода была предложена не одна стереохимическая модель функционирования аспартатных протеиназ, а четыре различные модели, которых, впрочем, могло бы быть и больше. Они не образуют ряда, свидетельствующего о количественном развитии знаний о механизме действия ферментов, а скорее представляют собой букет различных точек зрения. Рассмотренные гипотезы отвечают одному уровню понимания изучаемого явления и равноценны как в своей аргументации, так и предсказательной силе. Что же привнесла нового в изучение каталитических реакций аспартатных протеиназ и других ферментов рентгеновская кристаллография белков [c.104]

Рассмотренный материал об аспартатных протеиназах, как и подобный материал о химотрипсине, трипсине, карбоксипептидазе и лизоциме, изложенный ранее [400], дает основание заключить, что появление уникальной количественной информации о пространственном строении ферментов и их комплексов не привело к концептуальному развитию энзимологии и переосмыслению сложившихся представлений о природе биокатализа. Ставшие доступными рентгеноструктурные данные не вызвали принципиальных изменений в понимании явления ферментативного катализа и не нашли строгого объяснения в рамках сформулированных в 1950-е годы концепций, равно как и наоборот — последние не получили на основе новых структурных данных своей объективной трактовки. Данные рентгеноструктурного анализа о трехмерных структурах ферментов не изменили направленность исследований каталитических реакций "от функции к структуре", которой энзимология следует с момента своего становления, т.е. более 150 лет. [c.105]

Дж. Грир предложил конструировать экспериментальные модели, используя семейство гомологичных белков и выделяя в их последовательностях общие участки, которым приписываются конформационные состояния белка, изученного рентгеноструктурно [237, 238]. Такой способ был опробован им при формировании расчетной модели белка комплемента С5а с привлечением структуры СЗа [239] и ренина человека на основе структур нескольких последовательностей аспартатных протеиназ [240]. Аналогичный подход с использованием консервативных участков гомологов для создания у исследуемого белка структурного кора полипептидной цепи был предложен также Т. Бланделлом и соавт. [241-244]. Недавние исследования модельных структур протеиназ, применяемых в медицине, показали, что при использовании информации о семействе белков для выявления активного центра полезными могут оказаться гомологи даже с невысоким содержанием идентичных участков ( 30%) [245-248]. [c.522]

Результаты использования эмпирических и экспериментальных методов в исследованиях аспартатных протеиназ, как и аналогичные результаты исследований химотрипсина, трипсина, карбоксипептидазы, лизоцима и других ферментов [108], дают основание заключить, что появление уникальной количественной опытной информации о пространственном строении белков и их комплексов не привело к концептуальному развитию энзимологии и переосмыслению сложившихся представлений о природе биокатализа. Не изменилась также направленность биокаталитическпх исследований, по-прежнему следующих от функции к структуре Это не случайно, поскольку результатом такого подхода может быть лишь знание морфологии белков на атомно-молекулярном уровне, которая сама по себе не является конечной целью изучения элементарных биосистем. [c.546]

Настоящий раздел посвящен достижениям рентгеноструктурного анализа белков, знание пространственного строения которых представляет для человека поистине жизненный интерес. Речь пойдет об аспартатных протеиназах, прежде всего протеиназе вируса иммунодефицита человека (HIV) и ренине, одних из главных участников системы регуляции тонуса стенок кровеносных сосудов, скселетных мышц и других тканей. Ниже показано, что поиск радикальных терапевтических средств борьбы с синдромом приобретенного иммунодефицита (AIDS), другими видами вирусных заболеваний, гипертонией, т.е. решение сугубо прикладных задач экстраординарной важности, требует высокого уровня развития теоретической молекулярной биологии. Необходимой, хотя и не в полной мере достаточной, предпосылкой для его достижения является информация о трехмерных структурах соответствующих белковых молекул. В отличие от структурных исследований мембранных рецепторов, сдерживающим моментом здесь служат не трудности выделения, очистки и кристаллизации белков, а сложности более принципиального порядка. [c.80]

Проведенные впервые В.К. Антоновым сопоставительные исследования гидролиза, катализируемого различными амидгидролазами, показали, что сериновые и цистеиновые протеиназы функционируют по ковалентному типу, а аспартатные и металлсодержащие протеиназы — по типу общего основного катализа. Этот вывод согласуется с наиболее однозначно трактуемыми результатами химических, кинетических и термодинамических исследований каталитических реакций эндопро- [c.84]

Структура аспартатной протеиназы HIV-1. Интерес к механизму действия аспартатных протеиназ особенно возрос в последнее время в связи с обнаружением ферментов этой группы у ретровирусов, вызывающих в организмах человека и животных такие болезни, как aids, некоторые виды лейкозов, сарком и онкоопухолей молочных желез. Самое важное здесь заключается в установлении того факта, что ставшие известными аспартатные протеиназы этих вирусов играют ключевую роль в их жизненных циклах. В клетке-хозяине они гидролизуют белки ядерных капсид, окружающих вирусные РНК, расщепляют полибелковые цепи на зрелые структурные белки и ферменты, участвующие в репликации ретровирусов. Вирусные протеиназы в состоянии также гидролизовать белки инфицированных клеток, нарушая тем самым целостность их структурно-функциональной организации. В то же время клеточные протеолитические ферменты не обладают способностью расщеплять вирусные протеиназы и выполнять их функции. Таким образом, в отсутствие протеиназ или при их ингибировании вирусы иммунодефицита человека (HIV-1, ШУ-2) и обезьяны (SIV), а также опухолеродные вирусы не смогли бы приобретать инфекционные формы. По этой причине протеиназы ретровирусов стали объектами пристального внимания энзимологов и медиков. [c.85]

Аспартатные протеиназы ретровирусов сразу же после их открытия начали интенсивно исследоваться и через 2—3 года стали одними из наиболее тщательно изученных ферментов. Основное внимание было уделено аспартатной протеиназе HIV-1, о структуре и функции которой сейчас известно, пожалуй, больше, чем о таком классическом объекте, как пепсин, открытом еще в 1836 г. Последовательность HTV-l протеиназы состоит из 99 аминокислотных остатков, тогда как аспартатные протеиназы позвоночных и микроорганизмов содержат их более трехсот. В ней встречается фрагмент Asp—Thr— Gly, присутствующий в каждом домене у всех пепсиноподобных ферментов. Л. Пёрл и У. Тейлор предположили, что физиологически активная форма HIV-1 протеиназы включает две молекулы, ассоциированные посредством невалентных взаимодействий [381]. Я. Чанг и соавт. проверили это предположение экспериментально [382]. Методами генной инженерии была синтезирована полипептидная цепь из 203 аминокислотных остатков, составляющих две молекулы ШУ-1 протеиназы, С- и N-концы которых соединены пентапептидным участком Gly—Gly—Ser—Ser—Gly. Такой валентно связанный димер в физиологических условиях спонтанно принимал конформацию нативного димера и обладал идентичной с ним активностью. Этот вывод недавно нашел подтверждение в работе Т. Бхата и соавт., определивших трехмерную структуру аналогичным образом связанного димера протеиназы HIV-1 с разрешением 1,8 A [383]. При замене одного из двух каталитически важных остатков Asp-25 на Gly актив= ность пропадает. К тем же результатам привело исследование [c.85]

В настоящее время известны трехмерные структуры трех аспартатных протеиназ ретровирусов HIV-1, RSV, BMV и трех комплексов ШУ-1 протеиназы с субстратоподобными ингибиторами U-85548e, JG-365 и MVT-101 (табл. 1.1). Все они являются димерами, структурно родственными друг другу и аспартатным протеиназам из других источников. Более того, можно считать, что се известкые протеиназы имеют совпадающие по геометрии активные центры (подразумевается непосредственное место сорбции расщепляемой пептидной группировки). На это указывает количественная близость (практически совпадение) в молекулах ферментов расстояний между соответствующими атомами двух функциональных остатков аспарагиновой кислоты (табл. 1.2). Таким образом, следует заключить, что ферментативные реакции аспартатных протеиназ позвоночных, микроорганизмов и ретровирусов имеют одинаковые стартовые условия и, следовательно, должны протекать по одному и тому же, а именно основному, типу катализа. [c.87]

Рис. 1.23. Схема механизма катализа аспартатных протеиназ, предложенная М. Джеймсом и А. Силецки [392]

Рис. 1.24. Схема механизма катализа аспартатных протеиназ, предложенная К. Сугуной и соавт. [369]

В схеме каталитической реакции аспартатных протеиназ, предложенной Л. Перлом [398], нуклеофилом, как и в только что рассмотренной схеме К. Сугуны и соавт., является молекула воды W507 (рис. 1.25). Новое в модельном описании Пёрла состоит в предположении равенства констант кислотности и, следовательно, электронной эквивалентнос- [c.101]

Рис. 1.26. Схема механизма катализа аспартатных протеиназ, предложенная М. Яскольски и соавт. [374]

Эти положения были сформулированы и подтверждены экспериментально при изучении ферментативных и модельных неферментативных реакций еще до того, как был выполнен рентгеноструктурный анализ хотя бы одной молекулы аспартатной протеиназы. Ставшие известными трехмерные структуры ферментов и их комплексов с субстратоподобными ингибиторами дополнительно подтвердили некоторые из ранее сделанных заключений и позволили визуализировать уже сложившиеся представления. [c.104]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология