Карбоксипептидаза структурные

Наиболее известным металлоферментом, катализирующим гидролиз пептидной связи, является карбоксипептидаза. В этом случае доступна детальная структурная информация [78]. Фермент специфичен в отношении пептидной связи у С-концевого аминокислотного остатка полипептидной цепи и требует свободной кон- [c.501]

Пенициллин имеет структурное сходство с конформацией субстрата, т, е. D-Ala-D-Ala фрагментом (рис. 12, 9), поэтому может занимать на активном центре карбоксипептидазы место, предназначенное для субстрата. Такое блокирование [c.426]

В биологических системах действуют структурные принципы, характерные для всех комплексных соединений, как, например, хелат-эффект, преимущественное образование пяти- и шестичленных циклов, определенные конформационные изменения. Кроме того, в ферментах проявляются структурные эффекты, не наблюдаемые в других комплексах. Интересным примером является карбоангидраза, которая катализирует процесс превращения диоксида углерода в гидрокарбонат-ионы. Как и карбоксипептидаза, карбоангидраза содержит атомы координирующие три гистидиновых остатка и молекулу воды или гидроксид-ион (рис. 18.19). [c.588]

Для карбоксипептидазы А (КПА) из поджелудочной железы быка известны и трехмерная структура [1—3], и полная аминокислотная последовательность [4]. Роль существенно важного металла установлена менее определенно, но она доступна изучению с помощью разнообразных спектроскопических [5, 6] и кинетических [7, 8] методов. Следовательно, этот фермент можно включить во все увеличивающийся список белков, для которых возможно провести корреляции структуры и функции. Любой предлагаемый механизм катализа под действием КПА должен теперь учитывать как накопленные химические данные, так и взаимодействия, наблюдавшиеся при структурном исследовании кристаллов комплекса карбоксипептидазы с модельным субстратом глицил-ь-тирозином [3, 9]. [c.504]

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]

Рис. И.З. Распределение в координатах ф (С -Ы) — ф(С -С) некоторых остатков а-химотрипсина, карбоксипептидазы А и лизоцима, относимых в литературе к а-спиральным (сплошная линия) и -структурным (пунктирная линия) участкам белковой цепи

Этот вопрос является как нельзя более уместным, поскольку все данные о структурных особенностях ферментов и механизме их действия были получены при исследовании кристаллических белков. Когда-то ответить на поставленный выше вопрос было довольно трудно, но имеющиеся в настоящее время данные, как правило, дают положительный ответ. Сомнения остаются лишь относительно активного центра карбоксипептидазы (гл. 12), да и то только по поводу подвижной боковой цепи остатка тирозина. [c.26]

Связывание субстрата индуцирует большие структурные изменения активного центра карбоксипептидазы А [c.146]

Теперь мы можем оценить значение индуцированных субстратом структурных изменений в активном центре карбоксипептидазы А. В результате связавшийся на ферменте субстрат оказывается со всех сторон окруженным каталитическими группами. Это обеспечивает возможность катализа по причинам, о которых говорилось выше. Совершенно очевидно, что только гибкость структуры фермента обеспечивает попадание субстрата в сферу действия системы каталитических групп (и выход продуктов реакции из этой системы). В целом гибкая структура фермента имеет преимущество перед жесткой в том отношении, что она обладает гораздо большим выбором возможных конформаций, пригодных для катализа и сохраняющихся в процессе отбора. Кроме того, индуцированное соответствие вносит вклад в повышение специфичности фермента. В самом деле, в случае карбоксипептидазы А субстрат должен иметь концевой карбоксилат-ион фермент проверяет его наличие таким путем если концевой карбоксилат-ион имеется, то он образует солевую связь с аргинином-145, а это вызывает перемещение тирозина-248 в каталитически активное положение если же концевого карбоксилат-иона нет, то ти-розин-248 остается на месте и фермент не проявляет активности. Другими словами, индукция соответствия может функционировать как динамический процесс узнавания. [c.149]

В части 1 книги, посвященной структурным и электронным аспектам исследования роли ионов металлов в белках, сначала речь идет о возможностях и разрешающей способности рентгеноструктурного анализа белков. Здесь обсуждаются интересные и для неоргаников, и для биохимиков проблемы установления кристаллической структуры макромолекулярных веществ. При рассмотрении каждого примера сделана попытка соотнести кристаллографические данные с результатами, полученными такими методами, как измерение магнитной восприимчивости, электронный парамагнитный резонанс, поляризационная спектроскопия монокристаллов. В этой части рассматриваются гемовые белки, цинксодержащие металлоферменты, а также кобальт-, медь-, кадмий-, ртуть-, никель-, и марганецзамещенные карбоксипептидазы. Приведены данные по белкам, связывающим кальций. [c.9]

Хотя трудно ожидать, чтобы эти результаты были непосредственно применимы ко всем металл-белковым системам, они помогают объяснить структурные особенности, благодаря которым активные центры некоторых ферментов, таких, как карбоксипептидаза и карбоангидраза, могут связывать ионы металлов с весьма различными координационными свойствами. Например, тетраэдрически координированный ион 2п(П) в карбоксипептидазе легко замещается многими ионами переходных металлов [84, 85] (разд. 3.3.2), причем двумя из четырех лигандов являются атомы гистидиновых остатков [29, 67[. Хорошо известны изоструктур ные тетраэдрические комплексы Со(П) и 2п(И), поэтому легко представить себе замещение ионов 2п(П) на Со(И). Однако связывание иона Сс1(П) является довольно неожиданным, учитывая его большой ионный радиус и предпочтительно гексакоординацион-ную структуру комплексов [86], поскольку для сохранения структурной целостности белка необходима строго определенная взаимная ориентация аминокислотных остатков. Из данных табл. 4 следует, что углы между связью металл — азот и плоскостью имидазольного кольца в тетраэдрическом комплексе 2п(П) и октаэдрическом комплексе Сс1(И) различны, хотя кристаллические структуры соответствующих бис-(ь -гистидинато)металло-комплексов сходны. Простой тригонометрический расчет в этом случае показывает, что для обоих комплексов величины смещений [c.30]

Карбоксипептидазы А и В образуются при гидролизе трипсином соответствующих прокарбоксипептидазных предшественников, синтезируемых в поджелудочной железе [187J. Из этих двух ферментов более подробно изучена карбоксипептидаза А, и проведено ее детальное исследование методом рентгеноструктурного анализа [29, 188, 189]. Карбоксипептидаза А быка (КПА) представляет собой фермент, содержащий 307 аминокислот в единственной полипептидной цепи, которая прочно связывает 1 г-ион Zn(II) на 1 моль фермента. Необходимость Zn(ll) для ферментативной активности была впервые продемонстрирована тем, что КПА, свободная от иона металла, неактивна, но активность восстанавливается при добавлении Zn(II) [190, 191]. По-видимому, фермент, не содержащий металла, в основном сохраняет структурные свойства активной КПА [191]. Позже на основе данных рентгеноструктурного анализа [29] было четко установлено, что роль иона Zn(ll) при гидролизе пептидов заключается в связывании субстрата. При протеолизе фермент проявляет стереохимическую специфичность, отщепляя С-конце-вую аминокислоту от пептидной цепи только в том случае, если С-концевая карбоксильная группа свободна и если аминокислота имеет L-конфигурацию [192, 193]. Обычно наблюдается более высокая активность, если остаток С-концевой аминокислоты содержит ароматическую группу или разветвленную цепь [194]. [c.76]

На основе рентгеноструктурного анализа с высоким разрешением проведено сравнение стереохимических свойств трех типов взаимодействий металл—белок. Для установления структурных и электронных факторов, ответственных за регуляцию активности иона металла, рассмотрены координационные центры металл — лиганд в белках и прослежена связь между молекулярной структурой, стереохимией и электронной структурой и биологической ролью функции иона металла. Гидро( бное взаимодействие порфиринового кольца гемоглобина и миоглобина рассмотрено по данным измерений магнитной восприимчивости, спектроскопии парамагнитного резонанса и исследования поляризационных спектров поглощения монокристаллов. С точки зрения электронной конфигурации (1-орбиталей и геометрии координации обсуждается взаимодействие замещенных ионов металлов в карбоксипептидазе А с карбонильной группой субстратов при гидролизе пептидов. Предполагается, что спектральные изменения, зависящие от pH и наблюдаемые в спектре электронного поглощения, замещенного иона Со(П), каталитически активного в карбоангидразе, обусловлены образованием упорядоченной структуры растворителя вблизи иона Со(И), Корреляция между молекулярной структурой, определенной методами рентгеноструктурного анализа, и электронной структурой координационного центра металл — лиганды, оцененной из спектроскопических данных, указывает на происхождение структурной регуляции реакционной способности иона металла в белках и ферментах. [c.123]

ЗИМОГЕНЫ (проферменты) — неактивные предшественники ферментов, превращающиеся в активные ферменты в результате структурных изменений. 3. чаще всего встречаются среди протеиназ (пепсин, ренин, трипсин, химотрипсин и карбоксипептидаза А), гидролитически расщепляющих белковые вещества в пищеварительном тракте животных. Эти ферменты вырабатываются клетками слизистой желудка, кишечника или поджелудочной железой и выделяются в желудочно-кишечный тракт в виде 3. (пепсиногона, прореннина, трипсиногена, химотрип-синогена и прокарбоксипептидазы). Такой способ образования и выделения протеиназ является приспособлением, защищающим клетки и ткани организма от самопереваривания их ферментами, вырабатываемыми в этих клетках. [c.54]

В результате структурных исследований удалось показать что а-МСГ представляет собой амид К-ацетилтридекапептида последовательность аминокислотных остатков которого совпа дает с последовательностью первых 13 аминокислот адренокор тикотропина (табл. 6). При этом не найдено каких-либо видо вых различий так, идентичные образцы а-МСГ были выделены из гипофиза свиньи [944, 950, 1357], быка [790, 1396], лошади [609], овцы [790] и обезьяны [1360]. В соответствии с этим обозначения ас-МСГ, аб-МСГ, ад-МСГ, ао-МСГ, об-МСГ и ч-МСГ отвечают меланотропинам гипофиза свиньи, быка, лошади, овцы, обезьяны и человека. Во всех случаях последовательность аминокислот а-МСГ определяли с помощью частичного кислотного гидролиза, а также расщепления карбоксипептидазой, химотрипсином и трипсином. На рис. 47 показаны пептиды, образующиеся при ферментативном расщеплении а-меланотропина гипофиза обезьяны. Строение Рс-МСГ, являющегося, как пока- [c.228]

Карбоксипептидаза также обусловливает превращение белков, в результате которого образуются растворимые соединения без заметного изменения молекулярного веса, а иногда и без потери биологической активности. Карбоксипептидаза способна выделять аминокислоты из некоторых белковых субстратов, воздействуя главным образом на С-концевые положения, которые соответствуют ее специфическим структурным требованиям. В течение последних двух лет Карбоксипептидаза исследовалась как возможный общий реагент, пригодный для осуществления контролируемого постепенного расщепления белков и для идентификации С-концевых аминокислот. Этот вопрос рассмотрен в статьях II и III, однако не следует недооценивать преимуществ применения карбоксипептидазы и в исследованиях изменения белков под действием ферментов. При повторном исследовании биологической активности инсулина, обработанного карбоксипеп-тидазой, Гаррис и Ли [151ж], данные которых противоречат ранее [c.336]

Работа Бергмана и сотрудников [47] увеличила наши сведения о специфичности протеиназ, но еще многое осталось сделать в отношении их очистки и выделения. Такие ферменты, как карбоксипептидаза, аминопептидаза и протамииаза особенно пригодны для структурных исследований. Можно надеяться, что доступность кристаллической карбоксипептидазы может открыть путь для строгой проверки однородности этого фермента и затем для экспериментальной оценки специфичности его субстрата, что позволит найти этому ферменту более широкое применение. [c.220]

Метод теоретического конформационного анализа был использован для изучения невалентных взаимодействий а-химотрипсина с рядом простейших субстратов, лизоцима с триацетилглюкозамином, рибонуклеазы с уридин- 2, З -циклофосфатом, карбоксипептидазы А с пептидными и эфирными субстратами. К сожалению, в силу ограниченной точности этот метод не всегда дает однозначный ответ о наличии напряжений в комплексе. Тем не менее обилий вывод из проведенных теоретических исследований состоит в следуюш ем. Хотя образование комплекса Михаэлиса сопровождается конформационными изменениями, однако посадка субстрата не вызывает в молекулах субстрата и фермента ни избыточного конформационного напряжения, ни образования какой-либо принудительной конформации. На а-химотрипсине было показано, что в предкаталитической стадии структурные элементы его активного центра находятся в ненапряженном состоянии. [c.423]

Насколько геометрические параметры реальных конформационных состояний полипептидной цепи отличаются от параметров так называемых вторичных структур, можно судить по рис. П.З, на котором показано распределение на конформационных картах ф—ф остатков некоторых сегментов цепей а-химотрипсина, карбоксипептидазы А и лизоцима [61]. Во всех исследованиях, посвященных поиску эмпирических корреляций, эти сегменты отнесены к а-спиральным или -структурным. Из рис. П.З видно, что в экспериментально наблюдаемых конформационных состояниях остатков, включенных при статистической обработке во вторичные структуры, значения двухгранных углов ф, ф не только не выражаются в точки ( фц, фц) и ( фр, фр), что должно иметь место при строгой регулярности структур, а обнаруживают существенный разброс в пределах а- и -областей. Более того, в ряде случаев значения ф, ф остатков а- и -сегментов вообще находятся в совершенно других местах конформационной карты. Если ограничить отклонения а-спиральных углов ф, ф от стандартных значений, например 15°, то в трех приведенных примерах в а-спиральных сегментах окажется не 41 остаток, а лишь 18 что же касается -структуры, то при таком ограничении углов ф, ф в нее не попадет больше двух остатков. Если же исключить из структур, считающихся вторичными, по три остатка с их N- и С-концов, которые, как правило, имеют большие отклонения по углам ф, ф или отвечают другим конформационным состояниям, то содержание в глобулярных белках участков, действительно близких к регулярным, уменьшится по сравнению с принятыми в литературе в 2—3 раза. При введении количественного критерия регулярности нельзя уже будет считать вторичными структурами большинство коротких а-спиралей и -структур, в том числе и большинство спиралей из 4—9 остатков, которые являются самыми распространенными в белках. В связи с тем, что в реальных белках вторичные структуры не обладают правильными регулярными формами, их идентификация субъективна и существенно отличается у разных авторов. Например, в лизоциме Чоу и Фасман [99] к а-спиралям и -структурам относят соответственно 54 и 21 остаток, а Бэржес и соавт. [101] — 46 и 4 в субтилизине BPN (отнесения [101] даны в скобках) — 86 (69) и 27 (44), в папаине — 54 (50) и 30 (21). Подобных примеров можно привести очень много. [c.269]

Причина этих различий, вероятно, в том, что использованные для ренгено-структурного анализа кристаллы карбоксипептидазы А имели необычную форму и кристаллографические характеристики [1371]. Было показано также, что конформации карбоксипептидазы В различаются в кристалле и растворе [1372]. По добное положение отмечалось и для ферментов других классов (см., например [1373]). [c.96]

Из кристаллографических данных следует, что механизмы активации трипсиногена и химотрипсиногена сходны [26]. Исследование методом кругового дихроизма ацилферментных интермедиатов, образующихся в ходе катализа трипсином и трипсиногеном, показало, что субстрат связывается с ферментом и с зимогеном по-разному. Интересно, что присоединение N-концевого дипептида трипсина Ile-Val (табл. 3.3) к трипсиногену индуцирует переход последнего в трипсиноподобную конформацию и, наоборот, блокирование N-концевого Не в молекуле трипсина индуцирует конформацию, подобную таковой у трипсиногена [26, 27]. Степень гомологии аминокислотных последовательностей двух изоферментов — карбок-сипептидаз А и В —составляет 51% [28]. Третичная структура карбоксипептидазы А (но не карбоксипеп-тидазы В) установлена с разрешением 0,2 нм конформации зимогенов и, следовательно, структурные изменения, сопровождающие активацию, неизвестны. [c.44]

Расшифровка структуры первых двух белков вызвала сенсацию. Оказалось, что единственная полипептидная цепь миогло-бина образует ряд а-спирализованных палочек, чередуюш,ихся с участками, отличными от р-структуры. Затем было установлено, что субъединицы гемоглобина идентичны четырем цепям миог-лобина (рис. 1.8). Однако по мере расшифровки структуры разнообразных белков картина становилась все более сложной. Лизоцим и карбоксипептидаза — первые ферменты, структура которых была установлена, построены из а-спиралей и р-струк-тур. Вскоре выяснилось, что молекула а-химотрипсина уложена почти целиком в виде р-структуры, за исключением двух сс-спирализованных участков. Стало очевидно, что установить общие правила укладки полипептидных цепей очень трудно. Первые шаги в этом направлении сделаны лишь в настоящее время, когда определена структура около ста белков. Выявлены отдельные регулярно повторяющиеся структурные особенности. Развиваются методы классификации структур. [c.22]

Карбоксипептидаза А, пищеварительный фермент, расщепляющий С-концевой пептид в полипептидах, служит примером фермента, в основе каталитического действия которого лежит совершенно иной механизм. Структура этого фермента и его комплекса с глицилтирозином-аналогом субстрата-раскрыта на уровне атомного разрешения. Связывание глицилтирозина вызывает большие структурные изменения в области активного центра, в результате которых эта область теряет воду и становится гидрофобной. Пример карбоксипептидазы А иллюстрирует ту важную роль, которую играет в катализе индуцированное соответствие формы фермента форме субстрата. Другая примечательная особенность данного фермента состоит в том, что в его активном центре содержится ион цинка, имеющий существенное значение для катализа. Карбонильный атом углерода расщепляемой пептидной связи поляризуется цинком и становится более чувствительным к нуклеофильной атаке. Здесь мы видим пример индукции смещения электронов в субстрате. При катализе карбоксипептидазой А молекула воды, активированная глутаматом-270, непосредственно атакует карбонильную группу расщепляемой пептидной связи одновременно тирозин-248 отдает протон на НН-группу этой связи, и в результате происходит гидролиз. [c.150]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология