Адсорбционный центр фермента

При этом участники химического превращения непосредственно взаимодействуют с ограниченной частью белковой молекулы, называемой активным центром. Селективность действия ферментов определяется высокоизбирательным узнаванием субстратов их активными центрами. Часть активного центра, ответственную за селективное связывание, иногда называют адсорбционным центром фермента. Ту часть активного центра, которая принимает непосредственное участие в каталитическом процессе, называют каталитическим центром. Эти два центра могут в известной мере перекрываться. [c.200]

Специфичность фермента к ингибированию менее выражена, чем их субстратная специфичность. Исследование ингибирующего действия различных веществ позволяет в ряде случаев разобраться в природе и строении каталитических и адсорбционных центров ферментов. [c.515]

Рис. 6. Неравноценность двух атомов х в субстрате при связывании субстрата по трем точкам адсорбционного центра фермента

Прежде всего необходимо отметить, что круг ингибиторов обычно значительно превышает круг субстратов и специфичность фермента к ингибированию оказывается меньше его субстратной специфичности. В общем виде причина этого достаточно ясна даже при рассмотрении одних лишь конкурентных ингибиторов. Если для катализа необходима адсорбция субстрата и его строгая ориентация относительно каталитических групп, то для ингибирования достаточно не только взаимодействия со всем адсорбционным центром, но и простого связывания ингибитора отдельными элементами адсорбционного центра, как правило состоящего из нескольких участков адсорбции. Поэтому изучение ингибирующего действия разнообразных структурных аналогов субстратов помогает в исследовании адсорбционных центров ферментов и свойств их отдельных элементов, а также химической природы основных, активных для катализа групп фермента. [c.70]

Большие допустимые вариации структуры ингибиторов при сохранении их эффективности говорит о том, что отдельные точки адсорбционных центров ферментов, вообще говоря, могут быть мало специфичными и способны связывать широкий круг веществ с помощью [c.71]

Высокая каталитическая активность и специфичность ферментов объясняются слитным механизмом каталитического процесса и сложным строением молекул ферментов с наличием ряда адсорбционных центров, обеспечивающих оптимальную ориентацию молекул реагентов по отношению к каталитически активным группам фермента. Молекулы реагентов образуют с активными центрами фермента цепочки перераспределения связей с одновременным сопряжением нескольких этапов химического превращения и значительной компенсацией энергии разрыва старых связей. Следует заметить, что теория ферментативных реакций еще только создаётся, а в механизме действия ферментов много неясного. [c.363]

Из-за возможности небольших изменений конформации макромолекул ферментов адсорбционный центр в виде щели в глобуле является в некоторой мере подвижной структурой. На рис. 106 приведена грубая схема строения глобул фермента, на которой показаны каталитические и адсорбционные центры. [c.500]

Вещества, понижающие активность фермента, называются ингибиторами. В тех случаях, когда строение молекулы ингибитора близко к строению молекулы субстрата, понижение активности фермента может происходить за счет того, что молекулы ингибитора присоединяются к каталитическому или к адсорбционному центру. Поэтому иногда в качестве ингибитора выступает конечный продукт реакции. Существуют ингибиторы, имеющие совсем [c.519]

Молекулярный вес ацетилхолинэстеразы из разных источников колеблется от 3-10 до 1,2 10 , а одна глобула фермента содержит до 50 активных центров. В состав каждого активного центра входят два анионных адсорбционных центра, расположенных симметрично относительно каталитического участка, проводящего эстеразную реакцию. Фермент ускоряет обратимый гидролиз ацетилхолина до холина и уксусной кислоты [c.164]

Действительно, в этом случае даже при большой активности Лi они будут реагировать или с молекулами питательного субстрата, поступающими внутрь реагирующей системы, или с молекулами продуктов его переработки (5 ) в определенной последовательности и наиболее быстро. Однако ингибирующие реакции случайного типа будут при этом затруднены. Возникающая пространственная организация в расположении адсорбционных центров макромолекул (прототип ферментов, см. далее) влечет за собой появление цепных процессов, способных бесперебойно развиваться, несмотря на более и менее значительные отступления от условий, благоприятных для их развития. В общем случае мы должны иметь набор таких которые способны обеспечить полную координацию реакций цикла. Особенно важно отметить, однако, то обстоятельство, что стойкость структур Г/ и Ж в отношении меняющихся условий среды никогда не является абсолютной. Иными словами, при подходящих условиях характер цикла может измениться, например, в направлении упрощения цикла или, наоборот, включения в цикл превращений новых и М-. Такого рода спорадические изменения циклов развития ведут к новым свойствам всей реагирующей системы молекул. Итак, стойкость цикла превращений при одних изменениях условий среды в сочетании со способностью этого цикла к усложнениям под влиянием других изменений условий в той же среде являются, как мы увидим, основными факторами, которые обеспечивают прогрессивный характер развития цепных процессов в природе, т. . возникновение новых форм движения материи. [c.277]

На первой стадии молекулы реагирующих веществ (субстрата) присоединяются к адсорбционному участку активного центра фермента за счет слабых связей. Образуется фермент-субстратный комплекс, который может легко распадаться снова на фермент и субстрат, т. е. первая стадия ферментативного катализа полностью обратима. На этой стадии с помощью активного центра возникает благоприятная ориентация реагирующих молекул, что способствует их дальнейшему взаимодействию. [c.25]

Все имеющиеся сейчас данные по разбираемому вопросу сводятся к тому, что в ферментах кроме каталитических участков имеются еще адсорбционные центры, обеспечивающие доступ к центру катализа только для избранных молекул немногих субстратов. Это и позволяет сузить функциональную специфичность каталитических групп, входящих в состав белковой глобулы, до уровня субстратной специфичности ферментов. [c.64]

Стереоспецифичность не является абсолютной, если асимметрический атом удален от превращаемой связи. Когда название фермента содержит О- или Ь-, то всегда говорят об абсолютной стереоспецифичности. Это означает, что адсорбционный центр указанного фермента [c.66]

С—активное расположение субстрата в ферменте б—адсорбционный центр не связывает субстрат из-за перестановки групп х н г относительно X и 2 [c.67]

Отметим, что физическая природа сил, действующих в адсорбционном центре, не имеет отношения к процессам превращения под влиянием каталитических групп активного центра. В первом случае речь идет об электростатических силах, во втором — о гидрофобных взаимодействиях, однако в фермент-субстратном комплексе происходит один и тот же каталитический процесс — гидролиз пептидной связи. [c.68]

Со структурно-химической точки зрения различают три типа ингибиторов — конкурентные ингибиторы, присоединяющиеся к активному центру, аллостерические ингибиторы, присоединяющиеся к некоторым точкам поверхности белка вне активного центра, и аллостерические эффекторы широкого профиля — деформирующие структуру глобулы фермента в целом, воздействуя на большую часть ее поверхности. К последнему случаю, например, относится изменение активности фермента (как дезактивация, так и активация) при адсорбции на биомембране или при контакте с другими белками. Кроме того, даже конкурентные ингибиторы по структурному признаку можно разделить на два типа — взаимодействующие с адсорбционным центром и взаимодействующие главным образом с каталитическими группами. [c.70]

И, наконец, соли тяжелых металлов, такие, как Ag, Си, РЬ, Hg, инактивируют ферменты благодаря своей способности денатурировать белки, т. е. их действие мало специфично к свойствам активного центра фермента. Формально к ингибиторам можно отнести и вещества, способные реагировать с субстратом, коферментами или активаторами, например ионами металлов. Ингибиторами можно считать и антитела, которые присоединяются к ферменту и лишают его каталитической активности, но мало специфичны к его адсорбционному и каталитическому центру. [c.72]

На фоне этого многообразия строение активного центра выглядит поразительно однообразно. Большая или малая щель (величина зависит от размера и формы молекулы субстрата) построена при участии большого числа аминокислотных заместителей, входящих в адсорбционный центр. Однако щелевой характер активного центра обусловлен не только необходимостью адсорбировать субстрат. С помощью щелевой адсорбции субстрата каталитически активные группы располагаются наиболее эффективным образом относительно превращаемых связей в молекуле субстрата и можно думать, что этим достигается высокая каталитическая активность функциональных групп фермента. Каталитический участок образуется немногими специфически ориентированными группами, функционирование которых в решаю- [c.122]

Установление природы ферментативной активности в первую очередь связано с изучением тех особенностей, которые отличают ферменты от остальных катализаторов. Для этого нужно знать состав активного и адсорбционного центров, установить механизм ферментативной реакции и указать на те причины, по которым определенные функциональные группы в ферментах проявляют свойства, не характерные для них в свободном состоянии. Последнее является весьма существенным, поскольку почти ни в одном ферменте его каталитические группы не обладают обычными для них свойствами молекул в растворе. [c.260]

И, наконец, в-четвертых, необходимо отметить субстратную специфичность ферментов. Однако это необычное качество ферментов как катализаторов обусловлено наличием в ферментах адсорбционного центра, регулирующего доступ субстратов к каталитическим участкам активного центра. [c.261]

Щель — это естественная форма адсорбционного центра в белковых молекулах. Данные рентгеноструктурного анализа, специально с этой целью приведенные в гл. П1, показывают, что для всех изученных ферментов активный центр располагается в складках полипептидных цепей, окружающих молекулу субстрата и простетическую группу (если она вообще имеется), а для а-химотрипсина эта щель имеет вид небольшой ямки. [c.272]

Притяжение достаточно большой молекулы субстрата ко многим группам адсорбционного центра способно до некоторой степени компенсировать энергию отталкивания превращаемых связей и функциональных групп катализатора в тех случаях, когда достижение активированного состояния связано не с удерживанием катализатора на некотором расстоянии от субстрата, а с принудительным сближением реагирующих групп. И в этом случае понижение энергии активации связано с уменьшением энергии образования фермент-субстратного комплекса, однако оно происходит по несколько иному механизму. Энергия, обозначенная выше через и — это только энергия связи превращаемых групп субстрата и каталитического центра, которая не [c.276]

В связи с этим установление корреляции между изменением энергии активации и энергии образования фермент-субстратного комплекса, т. е. между величинами 2 и / s, оказывается весьма сложной задачей. Для серии катализаторов, отличающихся только расположением щели относительно каталитического центра (т. е. положением линии АА, см. рис. 44) и постоянных свойствах адсорбционного центра, из соотношения (VI. 1) вытекает [c.277]

Третичная структура белковой глобулы, т. е. способ пространственной укладки предварительно скрученной полипептидной цепи, играет большую роль в создании специфических отличий ферментов от остальных катализаторов. При возникновении третичной структуры в глобуле фермента создается ш,ель — адсорбционный центр, свойства которого рассматривались в 3 этой главы. Кроме того, в изгибах скрученной полипептидной цепи аминокислотные остатки, относящиеся к каталитическим группам активного центра, располагаются благоприятным для катализа образом. О роли третичной структуры говорит и тот, далеко не случайный факт, что аминокислотные остатки каталитического центра обычно относятся к различным участкам первичной полипептидной цепи и контактируют только при построении третичной структуры белка. [c.279]

Итак, можно полагать, что для высоко специфичных ферментов благоприятное для катализа строение активного центра создается только после адсорбции субстрата, тогда как для мало специфичных речь идет о более жестком активном центре. Этими же соображениями можно объяснить наличие широкого круга весьма разнообразных ферментов гидролиза с очень близким строением активного центра. Они различаются главным образом строением адсорбционного центра и способностью изменять третичную структуру под действием адсорбируемой молекулы субстрата, т. е. способностью включать свой достаточно обычный активный центр гидролиза только для определенных и немногих молекул. [c.280]

Активирование биохимических превращений возможно при воздействиях, облегчающих контакт между активными центрами ферментов и субстратами, при освобождении ферментов из адсорбционного состояния или, напротив, при сближении их с субстратами в адсорбционно-поверхностных слоях. Активность протеолитических ферментов возрастает при денатурации белковых субстратов и т. п. [c.243]

Широкий набор ингибиторов холинэстеразы и ацетилхолинэсте-раз, к которым относятся многочисленные соединения, имеющие четвертичный атом азота, эфирные или эфироподобные группировки или высокометилированные фрагменты, свидетельствует о том, что ингибиторный эффект в данном случае связан скорее всего со взаимодействием с одной точкой адсорбционного центра фермента. Ниже изображены некоторые из многих ингибиторов холинэстераз. Они сильно отличаются по общему облику молекул [c.71]

Механизм действия и строение активного центра а-химотрипсина изучены гораздо полнее, чем других гистидин-сериновых ферментов. Согласно данным рентгеноструктурного анализа [4], активный центр а-химотрипсина образует расположенные друг против друга в небольшом углублении остатки Ser 195 и His 57, и, кроме того, на поверхности глобулы фермента имеются большая и малая гидрофобные области — адсорбционный центр, фиксирующий определенным образом молекулу субстрата относительно каталитически активных групп фермента. Из нескольких возможных механизмов кислотно-основного катализа гистидин-сериновым комплексом активного центра наиболее вероятными представляются механизмы Бендера [5]] и Блоу. В основных чертах первый из них выглядит так. В отсутствие субстрата наблюдается сильное взаимодействие водородного атома серина (Ser 195) и N" атома His 57. Однако равновесие [c.162]

Вещества, понижающие активность фермента, называются ингибиторами. В тех случаях, когда строение молекулы ингибитора близко к строению молекулы субстрата, понижение активности фермента может происходить за счет того, что молекулы ингибитора присоединяются к каталитическому или к адсорбционному центру. Поэтому иногда в качестве ингибитора выступает конечный продукт реакции. Существуют ингибиторы, имеющие совсем отличное строение от строения субстрата. Присоединение их к молекуле фермента происходит вне активного центра, но тоже приводит к уменьшению активности фермента. Такое присоединение вещества носит название аллостерического (от греческого слова аллос — иной). [c.514]

Лучшему взаимодействию субстрата с ферментом способствует также и то, что в макромолекуле фермента имеются области, на которых происходит адсорбция молекулы субстрата на необходимых расстояниях от активного каталитического центра, что способствует протеканию химического процесса. Адсорбционные центры обеспечивают доступ к каталитическому центру только вполне определенным молекулам. Это обстоятельство приводит к тому, что многие ферменты, в отличие от известных гомогенных и гетерогенных катализаторов, проявляют абсолютную субстратную специфичность, т. е. каждый фермент способен осушествлять обратимое или необратимое преврашение только одного субстрата или одной пары (для бимолекулярных процессов) субстратов в соответствующие продукты, проявляя инертность к гомологам субстратов. Есть ферменты, называемые малоспецифичными, которые ускоряют несколько разных типов реакций, но и они часто оказываются абсолютно специфичными по отношению к одной определенной реакции. [c.506]

Использование ЭПР оказалось особенно ценным в одном специальном случае —при овязывании иминоксильной метки с реакционноспособной сульфгидрильной группой активного центра креатинкиназы. Этот радикал имеет только один неспаренный электрон (спин V2), и поэтому его спектры ЭПР значительно проще, чем у ионов марганца. Другое преимущество метода иминоксильной метки состоит в том, что хотя модифицирование SH-группы инактивирует фермент, однако адсорбционный центр нуклеотида остается ненарушенным. А зто позволяет изучать изменения спектров при введении субстратов или диамагнитных оолей. Ясно, что синтез новых иминоисильных меток откроет перед этим методом дополнительные возможности. [c.670]

Специфичность ассоциации особенно наглядно проявляется при взаимодействии ферментов с их субстратами. Часто небольшие молекулы, по некоторым стереохимическим характеристикам напоминающие субстраты, действуют как ингибиторы, конкурируя с субстратами за специфические адсорбционные центры на поверхности молекулы фермента. Природа специфичности ферментов, по метафорическому выражению, аналогична соответствию ключа и замочной скважины [934]. Однако результаты последних исследований позволяют предположить, что для объяснения некоторых важных экспериментальных фактов необходима комилементар-ность двух жестких поверхностей. Природа этого явления изображена схематически на типичном примере (рис. 121). Известно, что фермент Р-амилаза оказывает каталитическое действие на гидролиз глюкозидной связи, отстоящей на два глюкозных звена от конца цени амилозы поэтому ферментативный катализ должен быть связан с механизмом, учитывающим расстояние реакционноспособной связи субстрата от конца цепи. Однако было обнаружено, что циклогексаамилоза и циклогептаамилоза, не имеющие концов цепи, являются конкурентными ингибиторами [935] и поэтому могут адсорбироваться на каталитически активном центре. Это поведение может быть объяснено теорией индуцированного соответствия действия ферментов, согласно которой активный участок фермента обладает определенной гибкостью, и поэтому он может охватывать конец цепи амилозы, приводя каталитически активные группы в соприкосновение с чувствительными связями субстрата. [c.324]

Без такого предположения о двухслойном строении активного центра фермента и стерически ограничивающей роли адсорбционного центра невозможно совместить данные о субстратной специфичности ферментов со всем материалом катализа, отвергающим такую возможность для свободного каталитического участка, а самим ферментам пришлось бы приписать слишком много физико-химических свойств, не встречающихся у всех остальных объектов. [c.64]

Для ряда ферментов найдено, что скорость гидролиза субстрата зависит от величины гидрофобного участка в его молекуле [13—16] и сильно варьирует с изменением длины цепи и природы углеводородных заместителей субстрата. На примере данных по гидролизу серии эфиров т-оксибензойной кислоты показано, что для а-химотрипсина [8] наивысшая скорость гидролиза наблюдается при К=С5Ни, что еще раз иллюстрирует присутствие сравнительно небольшой гидрофобной области в адсорбционном центре а-химотрипсина. Диксон и Уэбб [2] приводят данные, показывающие, что активности различных ферментов, включая оксидоредуктазы, сильно зависят от размера углеводородного радикала в молекуле субстрата. На рис. 7 приведены некоторые данные из их монографии [2]. Лейцинаминопептидаза тем лучше гидролизует субстрат, чем длиннее алифатическая боковая цепь. Чувствительность этих соединений также определяется размером гидрофобной области в адсорбционном центре [14, 15]. [c.68]

Активный центр — щель в глобуле рибонуклеазы имеет довольно сложное строение, а каталитический участок содержит остатки гистидина, лизина, серина и треонина. На рис. 32 по данным работы [19] показано на модели строение активного центра рибонуклеазы после адсорбции различных ингибиторов. Гистидиновые остатки (His 12 и His 119) в комплексе с двумя первыми ингибиторами заряжены положительно. В состав активного центра входят лизиновые остатки (Lys 41 и Lys 7), оксигруппы Ser 123 и Tlir 45. Фенилаланин 120 играет большую роль в адсорбционном центре. Механизм действия рибонуклеазы рассматривается в гл. V. Недостаточное разрешение рентгенограмм не позволяет пока с такой определенностью, как для лизоцима, установить молекулярный механизм действия фермента. Однако имеющиеся данные позволяют считать достоверным тот факт, что каталитическая активность рибонуклеазы связана со щелевой адсорбцией молекулы субстрата и стерически обусловленными (жесткими) конформациями каталитически активных аминокислотных остатков относительно молекулы субстрата. [c.118]

Активный центр химотрипсина расположен в небольшом углублении, но оно не является ярко выраженной щелью[6], как в лизоциме или рибонуклеазе. Структура молекулы а-химотрипсина в области активного центра упакована относительно неплотно. Ароматический участок молекулы субстрата располагается на адсорбционном центре— впадине, имеющейся в молекуле фермента. Эта впадина образуется благодаря дисульфидной связи, замыкающей цикл из пятнадцати аминокислотных остатков. [c.120]

Каталитически активными группами а-химотрипсина являются остатки гистидина (His 57) и отстоящего от него на 4 A остатка серина (Ser 195). Для расшифровки рентгенограмм а-химотрипсина использован тозилированный фермент [37]. Тозильная группа, связанная по серину 195, вытянута вдоль углубления — активного центра — прямо по направлению к атому серы тозильной группы. При образовании тозилированного фермента наблюдается только перемещение His57, Ser 195 и Met 192, в результате чего His 57 приобретает возможность взаимодействовать с сульфонильной группой. Других конформационных изменений при этом не наблюдается. Таким образом активный центр а-химотрипсина состоит из плотно упакованных аминокислотных остатков адсорбционного центра и расположенных в небольшом углублении, но более жестко связанных сери- [c.120]

Практической областью применения (VI. 2) являются те случаи, когда адсорбционный центр удерживает субстрат от слишком тесного контакта с каталитическими группами, т. е. когда энергия взаимодействия субстрата со свободным катализатором слишком велика. Подобные соотношения довольно часто выполняются в ферментативном катализе, однако их теоретическое истолкование требует большой осторожности. При переходе от одного фермента к другому может изменяться не только ориентация щели относительно каталитического центра, но и энергия взаимодействия с адсорбционным центром — величина onst в уравнении (VI. 3), а также величина и, характеризующая связь реагирующей группы и катализатора. Кроме того, возможны химические изменения природы каталитического центра. В этих условиях 2 и Ks являются функциями сразу трех переменных, что лишает теоретической ясности результаты подобного анализа. В связи с этим здесь не рассматриваются приводимые в литературе многочисленные корреляционные соотношения для величин К и к . [c.277]

Иммобилизация на предварительно модифицироваиных носителях. Предварительная модификация носителя во многих случаях позволяет существенно повысить прочность связывания адсорбционно-иммобилизованного фермента. Следует подчеркнуть, что помимо увеличения эффективности сорбции модификация носителя нередко обеспечивает также улучшение каталитических свойств иммобилизованного фермента благодаря созданию для его молекул благоприятного микроокружения. Более того, без предварительной модификации носителя иногда вообще не удается сохранить каталитическую активность фермента при адсорбционной иммобилизации. Например, если фермент обладает низкой стабильностью в кислой области pH, то при его адсорбции на силикагеле может произойти потеря каталитической активности, поскольку поверхность этого носителя имеет кислый характер(рН 4). Для предотвращения инактивации фермента силикагель перед проведением иммобилизации необходимо выдержать некоторое время в буферном растворе с таким значением pH, которое является оптимальным для данного фермента. Аналогичная проблема часто возникает при адсорбционной иммобилизации ферментов, которым для нормального функционирования необходимо присутствие в активном центре иона ме- [c.51]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология