Полиферментные комплексы

Идеи иммобилизации биокатализаторов инициировали и стимулировали бурное развитие одного из важнейших направлений современной биотехнологии — инженерной энзимологии. Текущая (тактическая) задача инженерной энзимологии — это разработка (конструирование) биоорганических катализаторов с заданными свойствами на основе ферментов (в том числе с использованием полиферментных комплексов и даже целых клеток). Говоря о заданных свойствах, следует понимать, что они продиктованы потребностями практики это, например, необходимое время службы катализатора при определенных условиях реакции (что зависит от его термостабильности, чувствительности к тем или иным факторам среды), избирательность (специфичность) действия, производительность (каталитическая активность), иммуногенность, токсичность, геометрическая форма препарата катализатора, его механические свойства и т. д. [c.146]

Иммобилизованные полиферментные системы. В последние годы получено немало доказательств того, что многие ферменты в клетках работают в виде структурно и кинетически единых комплексов. В них проходит цепь последовательных процессов, когда продукт первого фермента является субстратом для второго фермента и т. д. В полиферментных комплексах активность каждой компоненты, как правило, превышает активность изолированного фермента в гомогенном растворе. Основная причина этого заключается в том, что в комплексе за счет пространственного сближения и диффузионных ограничений могут локально концентрироваться промежуточные соединения субстраты, активаторы, ингибиторы. Эффекта локального концентрирования удается добиться при иммобилизации нескольких ферментов вместе на одном носителе. [c.117]

Горизонты энзимологии. В литературе появляются работы, в которых делаются попытки прогнозирования дальнейшего развития энзимологии на ближайшее десятилетие. Перечислим основные направления исследований энзимологии будущего. Во-первых, это исследования более тонких деталей молекулярного механизма и принципов действия ферментов в соответствии с законами югассической органической химии и квантовой механики, а также разработка на этой основе теории ферментативного катализа. Во-вторых, это изучение ферментов на более высоких уровнях (надмолекулярном и клеточном) структурной организации живых систем, причем не столько отдельных ферментов, сколько ферментных комплексов в сложных системах. В-третьих, исследование механизмов регуляции активности и синтеза ферментов и вклада химической модификации в действие ферментов. В-четвертых, будут развиваться исследования в области создания искусственных низкомолекулярных ферментов —синзимов (синтетические аналоги ферментов), наделенных аналогично нативным ферментам высокой специфичностью действия и каталитической активностью, но лишенных побочных антигенных свойств. В-пятых, исследования в области инженерной энзимологии (белковая инженерия), создание гибридных катализаторов, сочетающих свойства ферментов, антител и рецепторов, а также создание биотехнологических реакторов с участием индивидуальных ферментов или полиферментных комплексов, обеспечивающих получение и производство наиболее ценных материалов и средств для народного хозяйства и медицины. Наконец, исследования в области медицинской энзимологии, основной целью которых является выяснение молекулярных основ наследственных и соматических болезней человека, в основе развития которых лежат дефекты синтеза ферментов или нарушения регуляции активности ферментов. [c.117]

Рис. 23.6. Полиферментный комплекс, катализирующий синтез жирных кислот. Комплекс представляет собой димер, состоящий из двух идентичных полипептидных мономеров 1 и 2. Каждый мономер включает 6 индивидуальных ферментов и ацилпереносящий белок (АПБ). ys—SH—тиоловая группа цистеина. Сульфгидрильная группа 4 -фосфо-пантетеина одного мономера расположена в непосредственной близости от такой же группы остатка цистеина кетоацил-синтетазы, входящей в состав другого мономера это указывает на расположение мономеров по типу голова к хвосту . Последовательность расположения ферментов в мономерах окончательно не уточнена и здесь приводится по данным Цу-камото (Tsukamoto). Каждый из мономеров включает все ферменты, катализирующие биосинтез жирных кислот он не является, однако, функциональной единицей (в состав последней входят фрагменты обоих юномеров, при этом половина одного мономера взаимодействует с комплементарной половиной другого). Синтазный комплекс одновременно синтезирует две молекулы жирных кислот.

Осуществление полиферментных превращений посредством надмолекулярных полиферментных комплексов, расположенных внутри органелл, отграниченных от окружающей их среды избирательно проницаемыми мембранами, обеспечивает дополнительные кинетические преимущества. Условием эффективного функционирования таких органелл является относительно незатрудненное проникновение в них исходных веществ и свободный выход конечных продуктов при малой проницаемости их поверхностной мембраны для промежуточных продуктов. [c.82]

Каждая субъединица полиферментного комплекса может использоваться отдельно в модельных исследованиях. [c.477]

Биологические преимущества более или менее правильной пространственной организации надмолекулярных полиферментных комплексов основаны на игре на градиенте . Расположение небольшого числа митохондрий на некотором расстоянии друг от друга позволяет им использовать зависимость скорости диффузии от величины градиента концентрации диффундирующих веществ (см. рнс. 10). [c.84]

Деградация полимерных субстратов в природе происходит, как правило, под действием полиферментных комплексов, в [c.33]

Структурная функция мембран заключается в упорядоченности расположения полиферментных комплексов, высокая эффективность которых определяется сближением каталитических центров. В среднем с одной молекулой погруженного в мембрану фермента контактируют 20 — 30 молекул фосфолипидов. Вследствие непрерывного движения липидов, примыкающих к белку, в липидном окружении фермента возникают молекулярные дырки . Это явление не влияет на работу фермента, если липиды находятся в жидком агрегатном состоянии. При локальном затвердевании липидов возможно их устранение с достаточно больших участков [c.17]

По биологической роли мембранные белки разделяют на три группы обладающие ферментативными свойствами, специфически связывающие те или иные вещества (т. е. рецепторные) и структурные белки. Выражение структурный белок следует понимать не только как образующий структуру мембраны, но и как агент, структурирующий полиферментный комплекс, что было установлено, например, на мутантах Е. соИ. [c.29]

Синтез жирных кислот требует небольшого (в случае Е. соИ мол. вес составляет 8700) ацилпереносящего белка (АПБ), функции которого аналогичны функциям СоА. Однако в ацилпереносящнх белках нуклеотидная ручка кофермента отсутствует и пантетеин-4 -фосфат ковалентно присоединен фосфоэфирной связью непосредственно к сери-новому остатку АПБ (у Е. соИ с остатком Ser-36 в полипептиде, содержащем 77 аминокислотных остатков [2, 3]). Мы видим, что у АПБ нуклеотидная ручка СоА заменена значительно большим по размерам н более сложным белком, который, несомненно, избирательно взаимодействует с полиферментным комплексом, осуществляющим синтез жирных кислот (гл, 11, разд. Б,4). [c.193]

Ферменты представляют собой молекулы белков (см. гл. 23.1) с1юлекулярными массами в пределах от десяти тысяч до нескольких миллионов. Многие ферменты либо содержат, либо функционируют в комплексе с коферментами или ионами металлов, являющимися важными для каталитической активности ферментов. Многие из них представляют собой агрегаты одного, иногда двух типов индивидуальных белковых субъединиц. Некоторые ферменты организованы в группы из небольшого числа различных ферментов, существующие либо в растворе (полиферментные комплексы), либо более или менее жестко присоединенными к определенным субклеточным структурам [4]. Эти полиферментные системы могут, таким образом, имея по одному ферменту на каждую стадию последовательности, катализировать последовательность нескольких реакций. [c.450]

Установлено, что ацетил-КоА-карбоксилаза состоит из переменного числа одинаковых субъединиц, каждая из которых содержит биотин, биотинкарбоксилазу, карбоксибиотинпереносящий белок, транскарбоксилазу, а также регуляторный аллостерический центр, т.е. представляет собой полиферментный комплекс. [c.383]

Дальнейшее включение малонил-КоА в цикл синтеза жирных кислот происходит при каталитическом участии группы из 7 различных ферментов, которые организованы в полиферментный комплекс — синтетазу жирных кислот синтетаза из дрожжей синтезирует в основном пальмитиновую и стеариновую кислоты, а синтетаза из животных тканей — преимущественно пальмитиновую кислоту. Реакция заключается в конденсации мало-нил-КоА с ацетил-КоА в ацетомалонил-КоА [1121 [c.454]

Условия касающиеся вида киретической схемы действия полиферментного комплекса, начальной весовой концентрации полисахаридного субстрата и его СП, отражают по существу необходимые требования для возникновения синергизма, однако даже при их соблюдении синергизм проявляется не всегда. [c.77]

Наличие четвертичной структуры — общая структурная черта белков, поскольку она обнаружена у многих типов белков [4] у ферментов и низко- и высокомолекулярных белков респираторной цепи, у глобулинов семян растений, у сывороточных белков и белков типа коллагена или белков флагелл бактерий, т. е структурных белков, а также у белков вирусов, полиферментных комплексов и рибосом. [c.396]

Известно достаточно много ферментов, состоящих из нескольких полипептидных субъединиц [3]. Если белок является агрегатом, состоящим из нескольких субъединиц, то говорят, что такой белок обладает четвертичной структурой. Белки с молекулярным весом больше 60000 дальтон в большинстве случаев обладают четвертичной структурой. Если фермент состоит из нескольких субъединиц, то свою каталитическую активность он проявляет только в агрегатном состоянии, а каждая субъединица в отдельности, как правило, каталитической активностью не обладает [4]. Ниже приводится список большинства из известных в настоящее время ферментов, у которых изучена четвертичная структура [5]. В основном это димеры и тетрамеры, состоящие из идентичных субъединиц. Имеются белки и с более сложной структурой. Это ферменты, состоящие из субъединиц разного типа, ферменты с более высокой степенью мультимерии и полиферментные комплексы, состоящие из нескольких белков с разными каталитическими функциями. [c.94]

IIэтап. В следующей реакции, катализируемой дигидролипоил-трансацетилазой, оксиэтил-ТПФ взаимодействует с Л К. Происходит перенос оксиэтильной группы на один из атомов серы ЛК. При этом оксиэтильная группа окисляется в ацетильную (перенос водорода на второй атом серы Л К). В процессе окисления оксиэтильной группы и восстановления SH-группы ЛК возникает макроэргическая связь. Итак, окислительное декарбоксилирование пирувата произошло. Затем ацетильный остаток переносится на второй кофермент дегид-ролипоилтрансацетилазы — HS-KoA, а ЛК полностью восстанавливается. Образованный ацетил-КоА отделяется от полиферментного комплекса. [c.152]

Наивысшая скорость многоэтапных превращений при наименьших количествах промежуточных продуктов достигается при переходе к полиферментным комплексам с правильным , соответствующим маршруту превращений, расположением ферментов в комплексе и наиболее интенсивным противоградиент-ным переносом исходного субстрата внутрь органеллы и конечного продукта из нее. Суммарная скорость потока продукта при таком многоэтапном превращении лимитируется лишь собственно каталитической активностью наиболее медленного фермента в полиферментном комплексе и скоростью отвода (быть может, той же диффузии или активной откачки) образующегося конечного продукта. [c.83]

У разных бактерий антибиотики-полипептиды, по всей вероятности, образуются идентично. Процесс биосинтеза активируется полиферментными комплексами, близкими по типу действия. Однако некоторые антибиотики (из группы лантибиотиков, бак-териоцинов) продуцируются на рибосомах. [c.185]

Анвлиз результатов, приведенных в табл.З показывает, что изделие Рай-дуга оказывает нормализующее влияние на очень сложно-организованные структурно-функциональные системы клеток крови человека (лейкоцитов). К числу последних относятся системы с очень широким струетурным разнообразием или включающие полиферментные комплексы (системы наиболее вариабельных матричных биосинтезов, к которым нельзя отнести репликацию - процесс клеточного деления) [c.9]

Предположение о существовании на мембране эритроцитов структурно упорядоченного комплекса гликолитических ферментов было высказано еще в 1965 г. D. Е. Green et al. Позднее с использованием метода седиментации на препарате миогена было обнаружено увеличение кажущихся молекулярных масс альдола-зы, лактатдегидрогеназы, пируваткиназы и фосфофруктокиназы (F. М. larke, С. J. Masters, 1973), Полученные результаты подтвердили наличие полиферментных комплексов гликолитических компонентов при физиологических условиях pH и ионной силы. [c.83]

Можно было бы дать другое определение инженерной энзимологии, в котором акцент делался бы на конструирование био-органических катализаторов с заданными свойствами на основе ферментов или полиферментных комплексов, опять-таки выделенных из состава развивающихся биологических систем. Однако в любом случае, каково бы ни было определение, непреложным остается факт, что инженерная энзимология с самого своего зарождения полностью обращена к практике. Говоря о биоорга-нических катализаторах с заданными свойствами, подразумевают, что эти свойства задаются (исходя из практических потребностей) необходимым временем службы катализатора при определенных условиях реакции (т. е. его термостабильностью, кислотостабильностью и т. п.), селективностью (специфичностью) действия, производительностью (активностью), иммуногенностью, токсичностью и т. д. Иначе говоря, инженерная энзимология начинается с вопроса, зачем это нужно или где и с какой целью это будет применяться [c.8]

Жирные кислоты окисляются до ацетил-СоА и в то же время образуются из этого соединения. Хотя исходное вещество одного процесса идентично конечному продукту другого и химические стадии этих двух процессов сопоставимы, биосинтез жирных кислот отнюдь не является обращением процесса их окисления. Окисление жирных кислот происходит в митохондриях. Каждая стадия катализируется определенным ферментом и протекает с участием производного—ацил-СоА, в процессе участвуют коферменты NAD и FAD в результате окисления жирных кислот образуется АТР. Биосинтез же жирных кислот (липогенез) протекает в цитозоле, в нем участвуют ацил-производные, постоянно связанные с полиферментным комплексом, в качестве кофермента функционирует NADP для процесса необходимы АТР и ионы бикарбоната. [c.225]

Первой реакцией биосинтеза жирных кислот, катализируемой ацетил-СоА-карбоксилазой и осуществляемой за счет энергии АТР, является карбок-силирование ацетил-СоА источником СО2 является бикарбонат. Для функционирования фермента необ-ходам витамин биотин (рис. 23.5). Этот фермент состоит из переменного числа одинаковых субъеданиц, каждая из которых содержит биотин, биотинкарбок-силазу, карбоксибиотин-переносящий белок, транс-карбоксилазу, а также регуляторный аллостерический центр, т. е. представляет собой полиферментный комплекс. Реакция протекает в две стадии (1) кар-боксилирование биотина с участием АТР (рис. 20.4) и (2) перенос карбоксильной группы на ацетил-СоА, в результате чего образуется малонил-СоА. Ацетил-СоА-карбоксилаза активируется цитратом и ингибируется длинноцепочечными ацил-СоА-производ-ными. Активированная форма фермента легко полимеризуется с образованием нитей, состоящих из 10—20 протомеров. [c.231]

Объединение всех ферментов рассматриваемого метаболического пути в единый полиферментный комплекс обеспечивает его высокую эффективность и устраняет конкуренцию других процессов, в результате достигается эффект компартментации данного пути в клетке без участия дополнительных барьеров проницаемости. [c.234]

Аминоацил-тРНК-синтетазы представляют собой довольно крупные (40—400 кДа) белки, чаще всего мультимерные (состоящие из субъединиц). Число их видов равно числу природных аминокислот. Уровень всех или большинства АРСаз регулируется координированно и пропорционален скорости роста. Избыток аминокислот не оказывает на синтез АРСаз прямого репрессирующего действия. Значительная часть АРСаз эукариот ассоциирована с полирибосомами и организована в полиферментные комплексы. Поэтому в отношении их действуют регулеторные механизмы, [c.84]

Известны ферментативные реакции, для которых наблюдается потеря активности ферментом в процессе ферментативного превращения. Так, арилсульфатаза полностью инактивируется в течение ферментативной реакции. Аналогичные эффекты наблюдались при исследовании кинетиьш катализа бактериальными гидрогеназами. Интерес к изучению кинетики ферментативных реакций с истощением системы по субстрату и с инактивацией фермента в процессе реакции в значительной степени стимулировало исследование про-стагландинсинтетазы — полиферментного комплекса, осуществляющего превращение арахидоновой кислоты в простагландины. [c.244]

Полиферментный комплекс синтеза простагландинов осуществляет превращение арахидоновой кислоты (АА) в простагландины (РОЕ РОР ) и включает по крайней мере два фермента эндопероксидпростаг-ландинсинтетазу (ЕС 1.14.99.1) и простагландинизомеразу (ЕС 5.3.99.3) (схема 2.276). [c.265]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология