Природа связей между молекулами фермента и субстрата

Природа связей между молекулами фермента и субстрата [c.30]

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]

Значения Ка для АТФ, рассчитанные из величины защитного эффекта, соответствуют величинам Кт для этого субстрата. Ка для АДФ имеет сходную величину. В ходе этих экспериментов обнаружилась определенная связь между скоростями модификации-5Н-групп фермента НБД-С1 и ингибированием его активности ингибирование фермента протекает в четыре раза быстрее модификации его 5Н-групп, из чего следует, что модификация 5Н-групп одной молекулы белка способна выключить из работы четыре молекулы фермента. Этот факт отражает олигомерную природу Са-АТФазы. АТФ, замедляя модификацию 5Н-групп НБД-С1, одновременно уравнивал константы инактивации и модификации фермента так, что они составляли в его присутствии величины одного порядка. Это позволяет полагать, что АТФ нарушает взаимодействие молекул в олигомерном ансамбле. В его присутствии из работы выводится ровно то количество молекул фермента, которое было модифицировано реагентом. [c.95]

Сведения о составе активных центров и их групп более полны по отношению к тем ферментам, у которых эти группы имеют небелковую природу. В тех случаях, когда сам белок образует активный участок на поверхности молекулы, исследование затрудняется из-за сложной топографии этой поверхности и данные о составе активных центров менее надежны. Фермент, как правило, ускоряет однотипные реакции, т. е. это катализатор, который проявляет свойство избирательности или специфичности. Отношения между ферментом и его субстратом сравнивали с отношением ключа к замку. На самом деле специфичность ферментов изменяется в широких пределах. Так, фермент уреаза катализирует одну-единственную реакцию разложения мочевины и ни на какие другие субстраты не действует. Этот фермент обладает абсолютной специфичностью. Но, например, ферменты, катализирующие гидролиз сложных эфиров, гораздо менее специфичны в выборе субстрата и действуют ня эфирные связи различно. [c.96]

Весьма просто была интерпретирована кинетическая роль сорбции на ферменте а-ациламидной группы субстрата (см. 3 этой главы). Сейчас нет сомнений в том, что образование водородной связи между ферментом и а-ациламидным NH-фрагментом (см. рис. 32) замораживает молекулу субстрата в благоприятной ориентации ее по отношению к нуклеофилу активного центра. Аналогичную природу имеет, по-ви-димому, дополнительный, весьма слабый эффект гидрофобности а-ациламидной группы [уравнение (4.45)]. [c.162]

Нитрогеназные ферменты могут катализировать и другие, на первый взгляд совершенно не связанные с фиксацией азота реакции и восстанавливать другие субстраты. Если начать с полного набора компонентов, необходимых для проявления нитрогеназной активности (азот, восстановитель, АТФ, ионы магния, два белка), и исключить из этой системы азот, то будет наблюдаться зависящее от АТФ выделение водорода. Другими словами, происходит гидролиз АТФ с образованием АДФ и неорганического фосфата и одновременное выделение водорода. Никаких реакций не наблюдается, если исключить АТФ, восстановитель или один из упомянутых белков. Но если использовать в качестве восстановителя водород в присутствии гидрогеназы, то будет наблюдаться главным образом каталитический гидролиз АТФ, поскольку водород, выделяемый нитрогеназой, снова поглощается гидрогеназой. Это зависящее от АТФ выделение водорода не подавляется окисью углерода как активность обычных гидрогеназ, катализирующих обратимое освобождение и поглощение водорода. Фиксация азота и выделение водорода одинаково зависят от pH и характеризуются одним и тем же отношением числа расходуемых молекул АТФ, приходящихся на пару электронов. Очевидно, что эти две реакции тесно связаны между собой, и приходится сделать вывод, что выделение водорода, которое могло бы показаться совершенно лишним, бесполезным побочным процессом, играет важную роль в механизме фиксации азота. Необратимое выделение водорода показывает, что водород генерируется при более отрицательных потенциалах, чем потенциал обратимой гидрогеназы, причем гидролиз АТФ, очевидно, создает движущую силу реакции. Эти данные свидетельствуют в пользу того, что при восстановлении азота используется более сильный восстановитель, чем молекулярный водород,—это и представляет собой способ, который природа использовала для преодоления затруднений, связанных с крайне энергетически невыгодной первой стадией восстановления азота. Они подтверждают мысль, высказанную автором в 1968 г. [180], состоящую в том. [c.233]

Специфичность, которую проявляет фермент в отношении субстрата как при образовании комплекса, так и при каталитическом химическом превращении, обусловлена существованием на поверхности фермента специфического участка. Этот участок фермента называется его активным центром. Исходя из размера молекулы субстрата, которая узнается активным центром, например молекулы лактозы, можно подсчитать, что активный центр соответствует участку примерно в400А . Таким образом, активный центр составляет лишь небольшую часть всей поверхности фермента. Многие ферменты, особенно те, которые состоят из одной лишь полипептидной цепи, обладают только одним активным центром. Однако молекула р-галактозидазы имеет четыре активных центра — по одному на каждую из четырех идентичных полипептидных цепей, участвующих в образовании ее четвертичной структуры. Подробная молекулярная картина активного центра была получена впервые в 1964 г., когда был проведен рентгеноструктурный анализ третичной структуры кристаллического фермент-субстратного комплекса. Полученные результаты показали, что субстрат располагается в небольшом углублении на поверхности фермента и окружен примерно 20 аминокислотами полипептидной цепи. Именно эта группа аминокислот и входит в состав активного центра, а боковые цепи этих аминокислот образуют с субстратом слабые химические связи. Сродство фермента к субстрату отражает образование этих связей. Следует, однако, отметить, что аминокислоты, составляющие активный центр, расположены на полипептидной цепи отнюдь не рядом. Наоборот, они очень отдалены друг от друга в первичной структуре и сближаются только в результате образующих третичную структуру искривлений полипептидной цепи. Таким образом, наличие активного центра —это следствие трехмерной конформации фермента. Специфическое узнавание субстрата активным центром обусловлено природой и точным пространственным положением боковых цепей, составляющих активный центр аминокислот. Аминокислоты, входящие в состав активного центра, образуют приемник , форма которого хорошо приспособлена к идеальному субстрату и обеспечивает возможность образования слабых химических связей между ферментом и субстратом. [c.105]

Так как метаногены используют ограниченный набор субстратов, их распространение в природе тесно связано с развитием образующих эти субстраты микроорганизмов. Совместно с последними метанобразующие бактерии обеспечивают протекание в природе важного крупномасштабного процесса — анаэробного разложения органических соединений, в первую очередь целлюлозы. Вьщеляют 3 основные стадии анаэробного разложения органического вещества. Первая — определяется деятельностью микроорганизмов с активными гидролитическими ферментами. Они разлагают сложные органические молекулы (белки, липиды, полисахариды) на более простые органические соединения. Вторая стадия связана с активностью водородобразующих бродильщиков, конечными продуктами метаболизма которых являются Н2, СО2, СО, низшие жирные кислоты (в первую очередь ацетат) и спирты. Завершают анаэробную деструкцию органического вещества метанобразующие бактерии. Поскольку главным экологическим фактором, определяюшим развитие метаногенов, является выделение Н2, в природе созданы и существуют ассоциации между водородвьщеляющими и метанобразующими бактериями. Примером такой естественной системы могут служить бактериальные ассоциации, обитающие в рубце жвачных животных и обеспечивающие разложение целлюлозы, пектина и других органических субстратов. О масштабности процессов, связанных с деятельностью метанобразующих бактерий, свидетельствует тот факт, что более 20 % мировых запасов СН4 имеют биогенное происхождение. [c.431]

В гомогенной реакции присоединение протона к одному или нескольким атомам кислорода в молекуле паральдегида, по-видимому, ослабляет связь С —О. Поскольку, однако, в случае гетерогенной реакции было показано, что сульфаты ведут себя аналогично ферменту, можно также предположить ослабление связи С —О, которое вызвано не только адсорбцией кислородных атомов паральдегида на активных центрах (бренстедовских и льюисовских кислотных центрах), но и взаимодействием между центрами иной природы и остальной частью молекулы субстрата. В табл. 31 приведены константы скорости реакции первого порядка к, найденные для деполимеризации паральдегида в бензоле при 30°С на некоторых твердых кислотных катализаторах, а также в присутствии трихлоруксусной кислоты. Здесь же даны величины кислотности при //д< + 3,3 [34]. Как следует из таблицы, активность, отнесенная к единице концентрации кислотных центров, для гетерогенных катализаторов выше, чем для трихлоруксусной кислоты. Если взять за основу сравнения эту величину (для < -3), то исследованные катализаторы дадут следующий ряц N 80, СиЗО, А120з 8Ю = 1100 320 1, характеризующий относительную активность образцов. [c.128]