Строение активных центров некоторых ферментов

Следует напомнить об известных трудностях идентификации функциональных групп активных центров ферментов по величинам рК, полученным из изучения зависимости скорости реакции от pH. Во-первых, одна и та же группировка в белках разного строения может иметь неодинаковое значение рК из-за влияния соседних групп. Некоторую помощь в этом случае может оказать измерение теплоты диссоциации ионогенных групп, рассчитываемой по измерениям температурной зависимости рК. К сожалению, для холинэстераз эти термодинамические константы достаточно надежно не измерены. Согласно данным Шукудза и Шинода [122], теплоты диссоциации основной группировки ацетилхолинэстеразы эритроцитов и холинэстеразы сыворотки крови человека составляют соответственно 8,5 и 6,5 ккал1моль. Эти величины выше или ниже найденной для диссоциации имидазольной группы гистидина в других белках (6,9—7,5 ккал моль [123]). Если признать, что в обеих холинэсте-разах в качестве основной группировки активного центра выступает имидазол гистидина, то трудно понять столь существенное различие в величинах теплот диссоциации. Во-вторых, даже если измерение активности фермента при разных pH рассматривать в качестве своеобразного титрования функциональных групп активного центра, то полученные результаты нельзя безапелляционно считать отражением прямого участия этих групп в каталитическом акте. Можно представить, что ионы Н и ОН -среды выполняют свою функцию, вызывая не только протонизацию или депротонизацию функциональных групп активного центра, но также и более общую функцию создания и поддержания специфической для каждого фермента третичной структуры. Можно думать, что в создании третичной структуры фермента большую роль играют ионные связи между такими группировками, которые расположены вне активного центра и непосредственно не участвуют в реакции с субстратом. Такие ионогенные группировки при взаимодействии могут сближать друг с другом (или наоборот удалять друг от друга) определенные функциональные группы белка, которые непосредственно участвуют в каталитическом акте. Внешне эта непрямая роль кислотно-основных группировок фермента будет отражаться в форме обычной зависимости кинетических констант (и, V, Кт) от pH, но по существу такая зависимость не дает оснований для решения вопроса, является ли она следствием влияния pH на конформацию белка в районе активного центра или диссоциацию группировки, прямо участвующей в реакции с субстратами. [c.184]

Установлено строение некоторых комплексов. Известно, какое место фермента является активным (активный центр) и в каком порядке расположены соседние с активным центром аминокислоты. Активный центр могут составлять следующие группы [c.301]

СТРОЕНИЕ АКТИВНОГО ЦЕНТРА НЕКОТОРЫХ ФЕРМЕНТОВ [c.210]

Известно, что скорость ферментативной реакции может быть сравнительно легко изменена при изменении условий реакции. Наиболее часто встречаются случаи, когда скорость реакции изменяется вследствие влияния некоторых веществ на структуру и реакционноспособность (каталитическую активность) ферментов. Вещества, уменьшающие активность ферментов, называются ингибиторами ферментов. Вообще говоря, активность ферментов, являющихся белками, может быть уменьшена при различных воздействиях, вызывающих необратимую денатурацию белков (нагревание, действие сильных кислот и оснований и т. п.). Однако такое неспецифическое ингибирование ферментов не представляет большого интереса для изучения механизма ферментативных реакций. Наоборот, изучение действия веществ, не вызывающих денатурации белка в обычном смысле слова, но способных лишать ферменты их каталитических свойств благодаря специфическому взаимодействию с определенными функциональными группами, имеет большое значение для изучения химического строения активных центров и механизма ферментативных реакций. [c.78]

В настоящее время установлено, что специфичность и каталитические свойства многих ферментов обусловлены наличием в молекуле фермента определенных активных центров или активных участков полипептидной цепочки. В ряде случаев установлен характер и порядок чередования остатков аминокислот в этих функционально наиболее важных участках. Так, особенно важную роль играет фрагмент полипептидной цепи, имеющий строение аспарагиновая или глютаминовая кислота —серин — глицин или аланин (холинэстераза, трипсин, тромбин и др.). От некоторых ферментов оказалось возможным отщепить часть молекулы без существенного снижения их каталитической активности. К числу таких ферментов принадлежат, например рибонуклеаза и ряд протеолитических ферментов. [c.124]

Авторы другой теории (Ламри и Эйринг [45, 461, Дженкс [29. 47]) полагают, что силы сорбции используются для создания напряжений (деформаций) в молекулах реагирующих компонентов, способствующих протеканию реакции. Если же активный центр фермента жесткий, то субстрат, чтобы он мог с ним связаться, должен претерпеть некоторую деформацию (см. рис. 17, III). При этом предполагается, что активный центр устроен так, что в результате деформации молекула субстрата активируется (т. е. приобретает некоторые свойства, важные для образования переходного состояния реакции). В противном случае, когда жесткой является молекула субстрата, а конформа-ционно лабилен фермент, схему катализа можно представить так же, как для механизма индуцированного соответствия (рис. 17, II). Легче всего представить индуцированное субстратом (или, в противном случае, белком) искажение конформации, которое включает сжатие (или растяжение) связей или изменение углов между связями. В общем случае, рассматривая строение молекулы субстрата или белка в более общем виде, под напряжением структуры можно понимать также и, например, десольватацию функциональных групп, принимающих участие в химической реакции. [c.60]

В реальных системах ни субстрат, ни фермент не являются жесткими молекулами. Поэтому при связывании претерпевают конформационные изменения, как правило, молекулы обоих реагентов, о означает, что провести четкую грань между различными механизмами катализа (рис. 17, II и III) не представляется возможным. Более того, даже обычный механизм ориентации реагирующих групп (см. 3 этой главы) в ряде случаев можно трактовать как создание некоторых напряжений в структуре молекул реагентов. Поэтому, чтобы не дать себя дезориентировать изобилием предложенных теорий и механизмов (а также поправок и уточнений к ним), важно помнить, что отличие между ними состоит лишь в используемых терминах (таких как принудительная ориентация, индуцированное соответствие, механизм дыбы , щелевой эффект и т. п.) и некоторых частных предпосылках о строении активного центра. Термодинамическая же сущность всех этих теорий одна потенциальная свободная энергия связывания (сорбции) субстрата на ферменте тратится на понижение барьера свободной энергии активации последующей химической реакции. [c.60]

К первому типу каталитических реакций в предыдущем разделе были отнесены реакции, катализируемые ионами водорода. Такой тип пуш-пульных механизмов, по-видимому, может проявляться и при образовании промежуточных комплексов с участием некоторых ферментов, которые не имеют простетических групп и строение активных центров которых обусловлено определенной последовательностью функциональных групп аминокислот пептидов белка. Ко второму типу реакций относились каталитические реакции нуклеофильного замещения у атома фосфора, катализируемые ионами металлов. Эти реакции, по-видимому, можно рассматривать как модель и прототипы реакций трансфосфорилирования — реакций, широко распространенных в живой природе. Как правило, подобные реакции протекают с участием ферментов, имеющих простетические группы, в состав которых обычно входят ионы двухвалентных металлов. [c.576]

Супероксиддисмутаза (КФ 1.15.1.11, СОД) катализирует реакцию дисмутации супероксидного анион-радикала 2О2 + 2W -> HgOg + Og. Обнаружено несколько изоферментов этого белка, различающихся локализацией, строением активного центра и некоторыми физико-химическими свойствами. Си, Zn-содержащая СОД чувствительна к цианиду и содержится в цитозоле и в меж-мембранном пространстве клеток эукариот. Цианидрезистент-ная Мп СОД (железосодержащий изофермент) локализована в митохондриях эукариот и найдена у прокариот. В плазме содержится цианидчувствительная экстрацеллюлярная СОД, представляющая собой Си, Zn-содержащую тетрамерную молекулу (Мг 120—135 кДа) из четырех гликопротеиновых субъединиц. Предполагают, что экстрацеллюлярная СОД выполняет функцию защиты клеток эндотелия во всем организме. Однако активность СОД в плазме крови намного ниже, чем для цитозольного фермента. По-видимому, это связано с накоплением конечного продукта реакции — пероксида водорода, являющегося ингибитором фермента, В клетках пероксид водорода быстро разрушается внутриклеточными каталазой и глутатионпероксидазой. [c.115]

Строение активных центров некоторых ферментов [c.98]

Наиболее вероятным представляется сейчас следующее. В отсутствие молекулы субстрата щель полностью или частично закрыта и не пропускает к активному центру молекулы, строение которых заметно отличается от молекулы субстрата, т. е. она не способна их адсорбировать. При этом глобула в целом деформирована, а в активном центре фермента условия не благоприятствуют катализу он как бы выключен . Молекула субстрата дополняет глобулу фермента таким образом, что она приобретает наиболее устойчивую форму, третичная структура несколько перестраивается и вполне вероятно, что именно после адсорбции субстрата в области активного центра происходит благоприятное для катализа смещение аминокислотных заместителей. Динамическая структура фермента позволяет сохранить каталитическую активность только для избранных молекул, строение которой определяется всей третичной структурой глобулы фермента. Хотя сам по себе активный центр способен осуществлять каталитические превращения широкого круга молекул, белковая молекула представляет активный центр только некоторым молекулам, комплементарным к белковой глобуле. Известно, что фермент-субстратные комплексы часто оказываются более устойчивыми, чем сам фермент, и это рассматривается обычно как аргумент в пользу динамической модели фермент-субстратного комплекса. Сами изменения — это сдвиги, малые деформации, расклинивание ферментной глобулы. [c.280]

Конечно, строение активного центра и механизмы действия разных ферментов различны, они соответствуют особенностям строения субстрата и типу реакции. Однако приведенный пример иллюстрирует некоторые общие черты, характерные для ферментативного катализа. Эти черты перечислены ниже. [c.90]

Строение активного центра в настоящее время в наибольшей степени выяснено для группы ферментов так называемого сери-нового катализа, обладающих сильным эстеразным действием (протеиназы и некоторые эстеразы). Мы уже знаем, что фосфор-органические соединения типа диизопропил-фторфосфата (ДФФ) являются специфическими необратимыми ингибиторами таких ферментов. Было доказано, что, например, в химотрипсине фос-форильная группа присоединяется к гидроксилу одного из остатков серина. В химотрипсине имеется более 20 остатков серина. Так как одна молекула ДФФ полностью убивает активность фермента, то было ясно, что эта одна из сериновых групп играет особую роль и тесно связана с активным центром. [c.76]

Рентгеноструктурные исследования дали неожиданный выход в увлекатёльную область эволюции. Близость строения миоглобина и субъединиц гемоглобина не случайна. Установление пространственных структур некоторых белков, имеющих различное происхождение, а также установление последовательности расположения аминокислот в них явилось мощным средством, позволяющим заглянуть внутрь процесса эволюции. Во всех ферментах, структура которых установлена до настоящего времени, активные центры располагаются в углублениях или впадинах, формы которых весьма близки. Почему Как возникло такре глобулярное пространственное образование [c.261]

Трехмерные структуры, теперь известные для некоторых из-этих сериновых протеиназ (трипсин, химотрипсин, эластаза), показывают, что они имеют одинаковое пространственное строение активного центра с системой переноса заряда, аналогичной найденной у химотрипсина (см. рис. 24.1.14). Этот факт, возможно,, не удивителен, так как, по-видимому, все эти ферменты происходят от общего предшественника. Логическим продолжением явилось бы развитие эффективного каталитического механизма после эволюции субстратной специфичности, поэтому ферменты, следующие друг за другом в эволюционной цепи, должны иметь одинаковый каталитический участок, но различное строение центроа связывания и, возможно, других участков молекулы. [c.490]

Более детальные сведения в [14] не приводятся, но примечательным и важным для дальнейшего обсуждения является то, что активный центр корбоангидразы также представляет собой некоторую щель, на дне которой и располагается каталитический участок. В гл. XIII разбираются причины, почему такое строение активного центра позволяет добиться результатов, отличающих ферменты от других катализаторов. [c.114]

В отношении тех соединений, для которых канцерогенность достоверно установлена, выходит все больше и больше строгих ограничений по их производству и применению. В некоторых случаях даже запрещают их пролзвод-Ство. Например, в СССР уже давно ограничивается промышленное производство и использование бензидина. Органами здравоохранения США введены строгие ограничения в отношении четырнадцати канцерогенных соединений, в том числе бензидина и некоторых его производных. Почему именно эти соединения прояв-л 1ют столь выраженную канцерогенность, до сих пор еще точно не известно. Многие канцерогенные соединения сходны по химическому строению, что видно из приведенных ниже формул. Причина канцерогенного действия, возможно, состоит в блокаде некоего подавляющего рост клеток фермента (белка), непосредственный активный центр которого в его третичной или четвертичной структуре застраи- 159 [c.169]

По сравнению с низкомолекулярными системами дополнительные трудности при вычислении энергии активации по температурному коэффициенту константы скорости вносит нежесткость белковой глобулы. К чему приведет деформация активного центра, связанная с тепловой деформацией глобулы, зависит от строения самой глобулы фермента, но некоторые оценки здесь мсжко сделать, используя обычные представления эволюционной биохимии. Вполне вероятно, что в условиях естественного отбора живых организмов возникли [c.79]

По строению порфириновое ядро хлорофилла подобно активным группам некоторых важнейших дыхательных ферментов пероксидазе, каталазе, цитохромоксидазе и гемину—кра-"Сящему веществу крови. В состав этих ферментов и геминз кровн также входят четыре пиррольных остатка, соединенных в виде порфиринового ядра, в центре которого находится железо. Сходство строения красящего вещества растений хлорофилла со строением гемина крови было впервые доказано одним из основоположников биохимии в России профессором экспериментальной медицины в Петербурге М. В. Ненцким и профессором Краковского университета Л. П. Мархлевским. В последние годы ряд исследователей обнаружили в клубеньках бобовых растений гемоглобин, в состав которого входит гемин, что свидетельствует о единстве растительного и животного мира, [c.162]

В настоящее время в ряде лабораторий ведутся опыты по сопоставлению химического строения мутированных белков, т. е. повреждений в полипептидной цепи белка, с положением соответствующего мутанта на генетической карте. Первый опыт подобного рода выполнен Левинталем, Гереном и Ротманом. Объектом являлась щелочная фосфатаза Е. oli. Мы уже рассматривали выше цистрон фосфатазы и говорили о том, что были получены многочисленные мутанты Р , т. е. не синтезирующие активный фермент. Интересно, что некоторые из этих мутантов производили белок, иммунологически идентичный со щелочной фосфата зой дикого штамма, но лишенный ферментативной активности. То были мутанты, в которых генетическое повреждение относилось к самому центру функциональной активности. Можно было бы воспользоваться этими белками, утратившими ферментативную активность, выделяя их с помощью того или иного физико-химического метода 27 с. Е. Бреслер [c.417]