Сериновые протеазы структуры

Поразительное сходство третичной структуры рассмотренных выше ферментов нельзя было предвидеть, исходя из сравнения их аминокислотных последовательностей. Между первичными структурами этих ферментов имеется довольно высокая гомология, однако аминокислотный состав эластазы и химотрипсина совпадает с аминокислотным составом трипсина только на 50%, Теперь, располагая кристаллографическими данными, мы вправе сказать, что такая степень гомологичности чрезвычайно вы-сока. Пользуясь этим критерием, можно предположить, что сериновые протеазы плазмы, входящие в состав каскадной системы свертывания крови, также обладают весьма близкой третичной структурой (табл. 1.3). Согласно результатам детального исследования гомологичных участков, внутри белковой глобулы в неизменности сохраняется 60% аминокислотных остатков, тогда как на поверхности — только 10%- Основные различия касаются участков молекулы, расположенных на поверхности структуры или образующих внешние петли. [c.29]

Как было показано позже, некоторые сериновые протеазы неживотного происхождения на 20—50% гомологичны аналогичным ферментам млекопитающих (табл. 1.4), что свидетельствует о значительном сходстве их третичных структур. Когда [c.32]

Совершенно неожиданные особенности были обнаружены в кристаллической структуре химотрипсина. Исследования этого фермента в растворе показывали, что имидазольное кольцо His-57 повышает реакционную способность Ser-195. Однако никаких указаний на то, что этот гистидин связан водородной связью с карбоксильной группой Asp-102, в результате чего образуется каталитическая триада, известная под названием система с переносом заряда [38], не было. Теперь такая система обнаружена во всех сериновых протеазах. [c.31]

Обращает на себя внимание консерватизм остатка глицина в положении 23. У большинства сериновых протеаз остаток глицина также расположен на удалении двух остатков от каталитически важного (серинового) остатка (см. табл.14). Особая роль глицина, по-видимому, заключается в его способности образовывать так называемый р-изгиб в полипептидной цепи, что создает особую структуру вблизи каталитически активного остатка сериновых и цистеиновых протеаз. [c.69]

Некая новая функция также может быть развита на основе предшествующих белков в совершенно новом функциональном направлении [7541. Как видно из табл. 9.4, сериновая протеаза является прототипом функциональной единицы, которая неоднократно использовалась при развитии сложных физиологических систем. Другой распространенный пример —белки актин и миозин, которые широко распространены в подвижных клетках и их содержимом [755, 756]. У более высокоразвитых организмов актин-миозиновыми системами осуществляются такие различные функции, как сокращение мышц, освобождение соединений-переносчиков в нервной системе, амебовидное движение белых кровяных телец и закупорка поврежденных кровяных сосудов путем создания сгустка. Кроме того, в некоторых биологических процессах, когда должна стабилизироваться или изменяться фэрма клеток, используется свойство актина образовывать самые разнообразные структуры за счет обратимой полимеризации [757]. [c.283]

Вполне разумно предположить, что ЫАО+-зависимые дегидрогеназы — класс ферментов, связанных с одним и тем же кофактором и обладающих одной и той же функцией — составляют группу структурно родственных ферментов. По-видимому, так оно и есть, однако структурное родство проявляется не столь четко, как в случае сериновых протеаз. При наложении молекул лактатдегидрогеназы акулы и растворимой малатдегидрогеназы свиньи (первых двух ферментов класса ЫА0+-зависимых дегидрогеназ, которые удалось получить в кристаллическом виде) наблюдается почти полное их совмещение исключение составляют первые 20 остатков лактатдегидрогеназы. Вполне естественно было предположить, что эти ферменты произошли от общей дегидрогеназы-предшественника. Установление структуры алкогольдегидрогеназы из печени лошади и глицеральдегид-З-фосфат—дегидрогеназы омара, которая оказалась существенно иной, усложнило картину, хотя и обнаружилось, что каждый из четырех ферментов состоит из двух доменов и один из них одинаков у всех четырех белков. Это участок, на котором происходит связывание ЫАО+ (рис. 1.13). [c.33]

Эффективность ферментативного катализа просто завораживает, особенно если удается получить кристаллографические данные о структуре и имеются достаточно полные физико-химические сведения о ферментативном механизме действия. В этом отношении наиболее изучен фермент группы сериновых протеаз— а-химотрипснн. Термин сериновая протеаза своим происхождением обязан тому, что ферменты этого класса содержат в активном центре гидроксильную группу серина, которая проявляет необычную реакционную способность к необратимому ингибитору — динзопропилфторфосфату (ДФФ). [c.219]

Не менее поучительно сопоставление сорбционных функций а-химотрипсина и другой сериновой протеазы — трипсина. Размеры и форма субстратсвязывающего (сорбционного) участка в активных центрах обоих ферментов примерно одинаковы [3]. Единственное различие в первичной структуре полипептидных фрагментов, образующих гидрофобный карман , состоит в том, что в а-химотрипсине остаток 189 — это серин (см. рис. 9), а в трипсине в соответствующем положении находится отрицательно заряженная аспарагиновая кислота. Это приводит к тому, что в отличие от а-химотрипсина трипсин обнаруживает специфичность к гидролизу пептидных связей, образованных положительно заряженной аминокислотой (Lys, Arg). Сорбция положительно заряженного субстрата на ферменте (вблизи каталитически активного нуклеофила активного центра) происходит в данном случае за счет электростатических взаимодействий (рис. И, б). [c.35]

Молекула Т. человека (мол. м. ок. 40 тыс.) состоит из двух пептидных цепей (А и Б), содержащих соотв. 36 и 259 аминокислотных остатков, связанных одной дисульфидной связью. Каталитич. участок активного центра фермента расположен в Б цепи, аминокислотная последовательность к-рой гомологична структуре трипсина, химотрипсина и эластазы (фермент, катализирующий гидролиз белка эластина -компонента волокна соединит, ткани). Каталитич. центр Т. содержит характерный для сериновых протеаз фрагмент Gly — Asp — Ser — Gly — Gly — Pro (букв, обозначения см. в ст. Аминокислоты), [c.13]

Трнпснноподобные сериновые протеазы [138, 536] образуют семейство расщепляющих белки ферментов, которые контролируют многие важнейшие физиологические процессы (табл. 9.4).Пищеварительный фермент трипсин, для которого и был впервые употреблен термин энзим (фермент), является наиболее изученным членом этого семейства. Он известен уже более ста лет, а его способность к расщеплению пептидных связей вблизи лизиновых и аргнннновых остатков очень сходна со свойствами большей части других белков из этого семейства. Однако большинство родственных трипсину ферментов намного более специфичны, чем сам трипсин каждый из них расщепляет в белке только одну или очень небольшое число пептидных связей. Структурная гомология сериновых протеаз была изучена и обобщена Хартли в 1970 г. [490]. Попарныесравнения трипсина,, эластазы, химотрипсина и тромбина показывают, что около 40% их аминокислотных последовательностей идентичны (58 РАМ). На сегодняшний день известны структуры первых трех из этих ферментов. Как и предсказывалось, все они имеют одинаковую укладку цепи [18, 243—245]. [c.216]

Дупликация генов была постулирована для ЫАП-связывающих доменов четырех дегидрогеназ [91], в которых повторяется тип свертывания по Россману (рис. 5.12, б). Правда,эволюционная значимость этого обстоятельства (разд. 9.6) невелика, поскольку такое свертывание является энергетически предпочтительным элементом сверхвторичной структуры (разд. 5.2). Аналогичные случаи малой эволюционной значимости представляют структурные повторения внутри каждого из цилиндров сериновых протеаз (рис. 5.17, г), а также структурные повторения в триозофосфатизомеразе (рис. 5.17, д). [c.231]

Тот факт, что большое разнообразие функций не сопровождается большим разнообразием структур [586], имеет позитивное значение для практической медицины, так как он показывает, что молекулярная физиология, по-видимому, не столь непостижима, как это считалось до недавнего времени. Однако этот позитивный аспект используется пока еще крайне мало, поскольку структурно-специфичные лекарства, например ингибиторы сериновых протеаз или ацегилсалицилат, могут вызывать очень разнообразные эффекты и поэтому действовать неизбирательно [841. [c.283]

Тромбин—это сериновая протеаза с мол. массой 34000, состоящая из двух полипептидных цепей. Тромбин гидролизует четыре пептидные связи Aгg-01у в фибриногене (рис. 55.6). Из этих четырех связей две соединяют области А и а, а другие две—области В и р в цепях Аа и Вр соответственно. Удаляемые из молекулы фибриногена фрагменты А и В являются отрицательно заряженными фибринопептидами, в результате образуется мономер фибрина, имеющий структуру (аРу)г. Длинные нерастворимые мономеры фибрина спонтанно ассоциируют в регулярные зигзагообразные структуры в результате образуется нерастворимый полимерный фибриновый сгусток. Он захватывает эритроциты, тромбоциты и другие компоненты крови, в результате чего образуется красный тромб или белый тромб (тромбоцитарная пробка). На ранней стадии фибриновый сгусток представляет собой весьма рыхлое образование, удерживающееся лищь нековалентносвязанной системой нерастворимых фибриновых мономеров. [c.326]

Сериновые протеазы животного про-исхоадения химотрипсины. трипсин и эластаза. имеющие значительное сходство в последовательности аминокислот. -также весьма близки и по третичной структуре (рис.14). [c.75]

Наиболее богатым источником белковых ингибиторов сериновых протеаз является плазма крови. Содержание ингибиторов в плазме доходит до 10% от общего содержания белков [2758]. Наибольшую концентрацию в плазме имеет а,-антитрипсин (или -ингибитор протеиназ) [2761 1. Этит белок (М кДа ингиби рует ряд сериновых протеиназ, но подавляет, главным образом, активность лейкоцитарной эластазы [2762]. [Известна его полная аминокислотная последовательность [27631 и пространственная структура [2764,27651. В плазме со держатся также антитромбин III [27431, -антихимотрипсин [2751,2766], а -антиплазмин [2767,2768], ингибитор белка С [27691, ингибитор С1-фактора комплемента [2742,2770] и ряд других ингибиторов системы комплемента [2771, 2772]. [c.257]

Ингибиторы из поджелудочной железы человека и животных - это, главным образом, основной панкреатический ингибитор трипсина Куница и секреторный панкреатический ингибитор трипсина Казаля, которые упоминались выше. Они представляют собой небольшие белки (58 и 56 аминокислотных остатков соответственно), подавляющие активность не только трипсина, но и ряда других сериновых протеиназ. Первый из них, исследован весьма подробно в структурном отношении (см. гл.6). Первичная структура второго была выяснена сравнительно недавно [27741. Ингибитор типа Куница содержится не только в поджс лудочной железе, но обнаружен также в селезенке [27751 и плазме [ 77б]. Эффективные ингибиторы сериновых протеаз обнаружены в семенной жидкости [2744,27771 И молозиве коровы [2746]. [c.257]

Ингибиторы сериновых протеаз весьма широкого спектра действия - овомуко-иды из яиц кур, индейки, а также улитки [2714,2778-2780]. Овомукоид японс кой улитки - трехдоменный белок (186 остатков), один из доменов которого (III домен - 56 остатков), будучи выделен, подавляет активность сериновых протеиназ животных и микроорганизмов. Известна его пространственная структура [2778]. [c.257]

Сериновые протеазы. [Имеются довольно подробные данные о структуре комплексов сериновых протеаз с квазисубстратами, продуктами гидролиза и ингиби- [c.288]

Вследствие дупликаций какого-либо гена появляется возможность дивергенции субстратной специфичности кодируемого им фермента. Такая дивергенция происходах. в несколько этапов. Первый из 1 юГ состоит в замене аминокислотного остатка, в составе активного центра белка или не входящего в него непосредственно, но тем не менее определяющего его конформацию. Такое изменение может приводить к появлению у данного фер-метна небольшого сродства к новому субстрату. Действие естественного отбора, направленного на увеличение сродства, подхватывает любую мутацию, способствующую этому. Таким образом происходит мутационная настройка фермента на новый субстрат. С течением времени данный процесс приводит к возникновению семейств гомологичных белков, различающихся по функции и в значительной степени — по своей первичной структуре. По-видимому, таков механизм возникновения сериновых протеаз млекопитающих. Сопоставление первичной и третичной структур некоторых гомологичных белков данного семейства показало, что изменения, связанные с дивергенцией субстратной специфичности этих белков, очень немногочисленны и состоят в замене одного-двух аминокислотных остатков, входящих в состав активного центра. [c.490]

РИС. 2.20. Третичная структура трех родственных сериновых протеаз. А. Трипсин. Б. Химотрипсин. В. Эластаза. Здесь показаны только положения а-углеродных атомов, а также несколько боковых групп в области активного центра (черные кружки) и дисульфидные мостики (красные кружки). Все три протеазы расщепляют пептидные связи одинаковым образом, но трипсин преимущественно расщепляет их в участках, расположенных после положительно заряженных остатков, химотрипсин — после больщих гидрофобных остатков, а эластаза — после малых гидрофобных остатков. Различную специфичность к субстрату можно понять, анализируя различие в структуре связывающих карманов, примыкающих к каталитическому центру. (Рисунки Ирвинга Гейса.) [c.84]

Ацилферменты в механизме катаЛйза сериновыми протеазами (139). Определение кинетических параметров (147). Структура и реакционная способность ацилферментных производных а-химотрипсина (150). Молекулярная модель катализа а-химотрипсином (158). Предстационарная кинетика многостадийной ферментативной реакции (159). Экспериментальные методы исследования нестационарной кинетики (162). Нестационарная кинетика ферментативных реакций при переменной концентрации субстрата. Кинетические закономерности реакции с участием одного промежуточного соединения (165). Каталаза и пероксидаза (170). [c.710]

Волнение, вызванное выявлением того факта, что белки, связывающие кислород,— гемоглобин и миоглобин — имеют одинаковую третичную структуру и выполняют одинаковые функции, вновь овладело учеными, когда было установлено, что аналогичная ситуация имеет место в случае сериновых протеаз млекопитающих. Эти ферменты названы так потому, что они имеют уникальный по своей активности сериновый остаток, который необратимо реагирует с фосфорорганическими соединениями, например с диизопропилфторфосфатом. Основные панкреатические ферменты — трипсин, химотрипсин и эластаза — кинетически весьма близки и гидролизуют пептиды и синтетические сложные эфиры. Их активность имеет оптимум при рН= 7,8 и определяется состоянием ионизации групп с р/(а = = 6,8. Во всех трех случаях в процессе реакции образуется ацилфермент , в котором карбоксильный фрагмент субстрата образует сложноэфирную связь с гидроксильной группой активного серина. [c.27]

Механизм катализа и структура промежуточных соединений, образующихся в ходе реакций с участием сериновых протеаз, определены с помощью более прямых экспериментов, чем в случае любого другого фермента или класса ферментов. Выяснить структуру сериновых протеаз удалось главным образом благодаря установлению кристаллической структуры сокристал-лизованных комплексов трипсина и некоторых природных поли-пептидов-ингибиторов, имитирующих субстраты (гл. 1, разд. Г). Из этих исследований известно, что активный центр фермента комплементарен переходному состоянию субстрата, которое структурно очень близко к тетраэдрическому аддукту остатка 5ег-195 и углеродного атома карбонильной группы субстрата. Более того, структура фермента при связывании субстрата не искажается. Исследование связывания небольших пептидов с помощью ЯМР-спектроскопии показывает, что при связывании эти пептиды также не деформируются. (Определение кристаллической структуры комплекса трипсина с панкреатическим ингибитором трипсина при высоком разрешении ясно показывает, что реакционноспособная пептидная связь деформируется таким образом, что ее конфигурация приближается к конфигурации пептидной связи в тетраэдрическом промежуточном соединении. Однако, поскольку эта связь уже деформирована до присоединения к ферменту, сконструированный ингибитор связывается очень прочно, т. е. является аналогом естественного переходного состояния.) [c.363]

Природу стереоспецифичности папаина помогает понять построение моделей [105]. Проведенные исследования показали, что D-аминокислоты не могут поместиться в подцентрах из-за стерических затруднений, возникающих при их контактировании с ферментом. Папаин не является экзопептидазой, поскольку свободная карбоксильная группа субстрата должна находиться на расстоянии 3—4 А от карбоксильной группы Asp-158 из-за электростатического отталкивания. Кроме того, указанные исследования позволили предположить наличие механизма деформации. В фермент-субстратном комплексе уходящая группа субстрата, по-видимому, подвергается давлению со стороны а-СШ-группы His-159, однако при образовании тетраэдрического промежуточного соединения это давление ослабляется. В пользу указанного предположения говорит тот факт, что аналоги субстратов, у которых уходящая группа заменена небольшой по размерам группой, связываются значительно прочнее аналогов с более крупными остатками [92, 105]. Специфичность подцентра S2 к большим по размеру гидрофобным остаткам проявляется в возрастании fe at, а не в увеличении прочности связывания. Лоу и Ютавонг [105] предположили, что связывание подцентром S2 такого остатка, как фенилаланин, приводит к некоторому увеличению размеров расщелины и к еще большей деформации активного центра [105]. Раздвижение стенок расщелины было впоследствии обнаружено при исследовании кристаллической структуры фермента, ингибированного хлорметил-кето-производным Ы-бензилоксикарбонил-Ь-фенилаланин-Ь-аланина [104]. Использование этого соединения указывает на наличие в ферменте центра связывания карбонильного кислорода расщепляемой пептидной связи. В этот центр, как и в случае сериновых протеаз, входит NH-rpynna полипептидного остова, принадлежащая ys-25 другая водородная связь образуется с участием ЫНг-группы Gln-19. [c.375]

Традиционный подход к анализу процессов ферментативного катализа, сформировавшийся на основании химических исследований задолго до определения кристаллической структуры ферментов, основывается на следуюш,их факторах общий кислотно-основный катализ катализ ионами металлов нуклеофильный катализ электростатический катализ эффекты подобия (сочетание внутримолекулярной реакции и правильной ориентации) напряжение (деформация субстрата) индуцированное соответствие (деформация фермента). Наличие всех этих факторов в настоящее время в той или иной степени установлено. Наиболее распространен общий кислотно-основный катализ [реакции, катализируемые дегидрогеназами, сериновыми протеазами (а также, по-видимому, тиоловыми протеазами и карбок-сипептидазами), рибонуклеазами, лизоцимом]. Ускорение реакций ионами металлов в его классической форме стабилизации аниона имеет место при функционировании карбоксипептидазы [c.413]

Основная функция всех гемоглобинов одинакова, поэтому их можно рассматривать как изобелки. Следовательно, удвоение генов и последующие независимые мутации копий — это один из механизмов образования изобелков, в том числе изоферментов. Дальнейшее накопление мутаций в родственных генах ведет к еще большей дивергенции (расхождению) свойств соответствующих белков. Например, семейство родственных белков составляет группа протеолитических ферментов, включающая трипсин, химотрипсин, эластазу, тромбин, плазмин их называют сериновыми протеазами, поскольку они содержат в активном центре остаток серина, непосредственно участвующий в катализе. Механизм действия этих ферментов сходен, однако они различаются по субстратной специфичности и роли, которую выполняют в организме, поэтому название изоферменты к ним уже вряд ли применимо. Существуют и другие семейства протеаз аспартатные, цистеиновые и металлопротеиназы (содержат в активном центре аспарагиновую кислоту, или цистеин, или ион цинка соответственно). Все семейства вместе образуют суперсемейство протеаз. Продолжающееся накопление мутаций в конечном счете приводит к тому, что гены, возникшие в результате удвоения их общего предшественника, утрачивают признаки родства, а кодируемые ими белки имеют совершенно различные первичную структуру и функцию. Этот путь и ведет к увеличению количества и разнообразия генов при филогенезе. Удвоение генов и их дивергенция путем независимых мутаций составляют механизм дихотомической эволюции генов и соответствующих белков. [c.163]

Коллаген [30]—волокнистый белок, содержащийся в коже, сухожилиях, хрящах, костях и зубах. Коллаген внутриклеточно синтезируется в фибробластах в виде предшественника, проколлагена с м. м. цепи 125 000—130000. Его отличие от коллагена заключается в продлении jV-концевого сегмента, содержащего дисульфидные связи н триптофан. Превращение проколлагена в коллаген осуществляется вне клетки ферментом проколлагенпептидазой, удаляющей содержащий цистин и триптофан iV-концевой сегмент посредством расщепления связи X-Glu или X-Gln, в результате чего на N-конце коллагена образуется остаток пирролидон-2-карбо-новой-5 кислоты. Об этой протеазе известно мало, за исключением того, что она содержит важный для активности металл и не является ни сериновой , ни тиольной протеиназой. Наследственное заболевание крупного рогатого скота, дерматоспараксис, объясняется отсутствием этой протеолитической стадии. Коллаген состоит из трех полипептидных цепей, в каждой из которых содержится около 1000 аминокислотных остатков. Цепи образуют тройную правую спираль, причем на каждый третий остаток приходится одна межмолекулярная водородная связь >NH. .. 0=С<. У N- и С-концов коллагена расположены неспиральные телопептидные участки. Зрелый коллаген содержит два типа цепей, al и а.2, образуя в тройной спирали структуру состава (а1)га2. В эмбриональном коллагене, а также в коллагене, образующемся на ранних стадиях заживления раны, содержится только один тип цепей (а1)з. [c.573]

Наконец, есть все основания полагать, что связывание в активном центре фермента приводит к искажению планарной структуры расщепляемой связи субстрата за счет вращения вокруг связи -N и за счет пирамидализации. Это искажение должно быть значительным у сериновых и аспартатных протеаз, имеющих слабые атакунщие нуклеофильные группы и, может быть, менее выраженным у металлсодержащих ферментов из-за наличия силжсго электрэфила (Zn ), поляри яующего расщепляемую связь. [c.342]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология