Химотрипсин каталитическое действие

Таким образом, и механизм каталитического действия, и специфичность к субстрату ферментов можно объяснить свертыванием их полипептидной цепи и положением на ней радикалов. Характер свертывания белковой цепи в трипсине показан на рис. 21-20. Этот фермент построен из одной непрерывной полипептидной цепи, включающей 223 аминокислоты. (В нумерацию аминокислот на рисунке внесены изменения-пропуски и вставки, чтобы привести ее в соответствие с нумерацией в химотрипсине и эластазе.) Молекула трипсина имеет приблизительно сферическую форму диаметром 45 А и чашевидное углубление с одной стороны для активного центра. На рис. 21-20 атомы аспарагиновой кислоты, гистидина и серина в активном центре изображены черными кружками. Подлежащая разрыву белковая цепь изображена цветными кружками с черными ободками, а стрелка указывает положение разрываемой связи. Жирные штриховые синие линии с двух концов субстрата указывают, что его цепь растягивается на значительную длину в обоих направлениях. Карман специфичности для радикала R изображен точечными синими линиями в правой нижней части рисунка, и поскольку иллюстрируемой молекулой является трипсин, в карман вставлена аргининовая боковая цепь, притягиваемая отрицательным зарядом аспарагиновой кислоты 189 в нижней части кармана. [c.323]

В настоящее время лучше всего изучен механизм каталитического действия химотрипсина. На примере этого фермента хорошо видно, как можно использовать сочетание различных описанных выше экспериментальных подходов для расшифровки механизма определенной ферментативной реакции. [c.203]

Представление об активном центре химотрипсина как структуре, состоящей из пространственно и функционально разделенных участков (сорбционного и каталитического), в литературе сложилось раньше [102], чем появились рентгеновские данные о структуре кристаллического фермента. В этом сыграли важную роль исследования механизма действия ряда ингибиторов [16]. Использованные подходы могут оказаться весьма полезными при изучении структуры и функций активного центра Других ферментов. [c.147]

Это положение показано на рис. 6. В присутствии обычных катализаторов реакция ускоряется из-за уменьшения энтальпии. Этому ускорению противодействует неблагоприятное изменение энтропии, обсужденное выще. Если представить гипотетический фермент, который не способен связывать субстрат, то даже и в этом случае большое преимущество с точки зрения энтропии представляет объединение всех каталитических групп в одной молекуле (для простоты принято, что АЯ+ не изменяется, поскольку обладающие каталитическим действием группы остаются неизменными). Наконец, реальный фермент имеет ту особенность, что активированный комплекс связан с ферментом, благодаря чему вычитается энтальпия связывания. Для соединения химотрипсина с обыч ным субстратом, как было упомянуто выше, энталь- [c.78]

Рассмотрим прежде всего молекулы ферментов, осуществляющих катализ в организме. Эта тема будет подробно обсуждаться в гл. 3, а сейчас лишь отметим, что ферменты представляют собой высокомолекулярные вещества, являющиеся сополимерами аминокислот. Например, фермент химотрипсин — сополимер 245 аминокислот, причем эти аминокислоты соединены в строгой последовательности и нарушения упорядоченности не наблюдаются. Между тем хорошо известно, что любой синтетический полимер с такой же степенью полимеризации будет обладать довольно широким распределением по составу. Кроме этого, синтетические полимеры обычно построены из структурных единиц (мономеров) одного типа или в лучшем случае из двух чередующихся типов мономеров. Возвращаясь к химотрипсину, следует особо отметить, что его каталитическое действие обеспечивается четкой последовательностью 245 входящих в него аминокислот. Именно заданный порядок соединения аминокислот позволяет молекуле химотрипсина принимать пространственную конфигурацию, которая необходима для соответствующего расположения реагирующих групп, входящих в состав этого фермента. Упорядоченность обеспечивает совместность действия химически активных групп. Рассмотрим, например, процесс деацилирования, осуществляемый с участием химотрипсина. [c.10]

В этой главе мы детально опишем каталитическое действие протеолитического фермента химотрипсина, чтобы проиллюстрировать принципы катализа, общие для всех ферментов. [c.91]

МЕХАНИЗМ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ХИМОТРИПСИНА Природа и специфичность полной реакции [c.91]

Введение 91 Биомедицинское значение 91 Механизм каталитического действия химотрипсина 91 Роль избирательного протеолиза в формировании активных центров ферментов 93 Упорядоченное и неупорядоченное связывание субстратов 94 Ферменты как катализаторы общего кислотного и общего основного типа 94 [c.376]

Ферментом, кинетические свойства которого при разных pH изучены лучше, чем свойства остальных ферментов, является химотрипсин хорошо известны его структурные особенности и механизм каталитического действия. Чрезвычайно широкая специфичность химотрипсина и, следовательно, возможность использования различных субстратов позволяет исследовать простой механизм Михаэлиса — Ментен, механизм с накоплением промежуточных соединений, обнаруживать непродуктивное связывание и анализировать механизм Бриггса — Холдена с изменением природы лимитирующей стадии при варьировании pH. [c.179]

Понять суть этого удивительного процесса активации можно, лишь зная в деталях структуру и механизм каталитического действия химотрипсина. К счастью, фермент этот исследован достаточно хорошо методами химического и рентгеноструктурного анализа. По существу химотрипсин - это один из самых изученных ферментов, и поэтому имеет смысл рассмотреть его более детально. [c.153]

Химотрипсин гидролизует также эфирные связи. Хотя эта реакция не имеет существенного физиологического значения, она представляет интерес в том отношении, что имеет много общего с гидролизом пептидной связи (рис. 8.6). По существу, значительная часть сведений о механизме каталитического действия химотрипсина была получена при изучении гидролиза простых эфиров. [c.154]

Критическая роль в механизме каталитического действия химотрипсина принадлежит остатку серина (серин-195) с высокой реакционной способностью. На первом эта- [c.176]

К числу ферментов с хорошо изученной пространственной структурой относится протеолитический фермент а-химотрипсин, механизм действия которого подробно изучен и рассматривается в гл. V. а-Хи-мотрипсин образуется из каталитически неактивного химотрипсино-гена А, представляющего собой единую полипептидную цепь из 245 аминокислотных остатков, последовательность расположения которых установлена в работах [35, 36]. Пространственное строение химотрип-синогена А поддерживается пятью S—S-связями. а-Химотрипсин содержит 241 аминокислотный остаток и возникает в результате отщепления (трипсином) двух дипептидов, как это показано на рис. 33. Благодаря этому надрывается единая цепь, разделенная на три участка А, В VI С, удерживаемых теми же дисульфидными и внутримолекулярными нековалентными связями. Пространственное строение зимогена и фермента отличаются очень незначительно, но активный центр формируется только после отрыва дипептида. Необходимое изменение конформации происходит при взаимодействии карбоксильной группы Asp 194 с вновь возникшей концевой МНг-группой Leu 16. Эта ионная пара затем входит в глубь молекулы, что схематически показано на рис. 34. [c.118]

Следовательно, мы можем предположить, что карбоксильная группа аспарагиновой кислоты, соседней с серином активного центра (2-15), не оказывает существенного влияния на каталитический процесс. Как будет показано ниже, предложены механизмы действия химотрипсина, согласно которым карбоксильная группа аспарагиновой кислоты участвует в формировании каталитического центра. Это предположение основывается на том, что для всех ферментов — химотрипсина, трипсина [c.263]

Хотя активный центр относительно невелик, он должен все же представлять собой довольно сложную структуру. Известно, что он определяет и каталитическую активность, и специфичность, а поэтому должен обеспечить весьма тесное взаимодействие, точное в пространственном (геометрическом) и химическом отношении с молекулами субстрата или с их необходимыми частями. Для проявления активности этого центра необходима его трехмерная структура, кооперативное действие его различных участков, возникающее при их топографическом сближении и соответствующей ориентации. Следовательно, необходима определенная трехмерная структура всей молекулы фермента. В настоящее время принято считать, что активный центр не располагается Б пределах какого-либо небольшого отрезка одной пептидной цепи, а представляет совокупность групп, расположенных на двух или нескольких цепях или на различных участках одной, но сложно изогнутой пептидной цепи. Структуру подобного рода мы видим на гипотетической модели молекулы химотрипсиногена, представленной Г. Нейратом (рис. 12). На модели черными линиями показан активный центр химотрипсина, который занимает небольшую область и включает два остатка гистидина и один остаток серина. Здесь имеется одна единственная пептидная цепь, изогнутая таким образом, что различные участки ее (различные аминокислотные остатки) сближены и образуют каталитически активный центр. Ясно, что каталитическая способность химотрипсина зависит не только от наличия тех или иных функциональных групп, но главным образом от конфигурации всей макроструктуры белка, поскольку эта конфигурация определяет взаимное расположение групп активного центра. Отсюда ясно и значение стабильности макроструктуры (третичной структуры) белка для выявления и сохранения ферментативной активности. [c.74]

Химотрипсин по силе каталитического действия (при гидролизе амидов и сложных эфиров Ы-ацилзамещенных-1-аминокислот) примерно в 10 раз превосходит как ОН , так и НзО , хотя он действует в нейтральном растворе (табл. 24) [21, 22]. [c.127]

В химотрипсине (фермент группы гидролаз) каталитическое действие осуществляют три группы — имидазольная, гидроксильная и карбоксильная. Альдолаза катализирует конденсацию фосфорных эфиров диоксиацетона и глицеринового альдегида при участии двух групп — е-аминогруппы остатка лизина и имидазоль-ной группы. Специфичность действия ферментов зависит от строения белка в целом и от особенностей белковой молекулы вблизи активного центра. [c.301]

Таким образом, именно совершенствование каталитических поверхностей химотрипсина и субтилизина привело к принятию ими одинаковой функции. Как показано на рис. 11.1, механизм каталитического действия протеаз папаина и глицеральдегид-З-фосфатдегид-рогеназы, фермента гликолитнческого пути, по-видимому, аналогичен механизму действия сериновых протеаз. Однако имеются и другие пути расщепления полипептидных цепей, как видно на примерах термолизина, катепсинов и кислых протеаз [539, 596]. [c.233]

Выяснение деталей механизма любой ферментативной реакции — чрезвычайно трудная задача. Даже определение функциональных групп для такого небольшого фермента, как а-химо-трипсин (мол. вес 25 000) [9,67], которые тем или ииым способо% участвуют в каталитическом процессе, является испытанием для исследователя. На сегодняшний день известны следующие функциональные группы ос-химотрипсина, выполияюьцие те или иные функции в каталитическом действии фермента 1) имидазольная группа остатка гистидина 2) метилольная группа остатка серина 3) карбоксильная группа остатка аспарагиновой кислоты [c.256]

Бендер и Кежди [22] использовали представления, развитые в этой главе, для анализа каталитического действия химотрипсина. Для этой реакции не обнаружено ни влияния ионной силы или диэлектрической проницаемости, ни признаков электрофильного катализа, однако многие другие факторы катализа, несомненно, действуют. Проанализировав известные экспериментальные факты относительно каталитического действия а-хи-мотрипсина, Бендер и Кежди пришли к выводу, что оно основано на согласованном механизме (фиг. 16), заключающемся в протонировании и депротонировании имидазола и одновременно в нуклеофильной атаке гидроксильной группы серина с образованием ацилированного фермента [30]. Подобная же последовательность процессов была лостулирована для взаимодействия ацил-фермента с водой как нуклеофильным реагентом, в результате чего происходит деацилирование фермента. Исходя из аналогии с литературными данными из области физической огранической химии, эти исследователи попытались объяснить найденные порядки величин скорости деацилирования (лимитирующей стадии реакции) [c.114]

Эти модели ферментов из ряда фенольных оксисоеди-нений, конечно, не имеют никакого значения для терапии, потому что скорость реакции органических производных фосфорной кислоты с ферментами, такими, как холинэстераза или химотрипсин, значительно больше, чем для исследованных фенолов и полифенолов. Группы исследователей, работавших над выяснением этих вопросов, только путем предположения о дополнительном каталитическом действии комплекса ферментов смогли объяснить тот факт, что амино- и оксигруппы ферментов реагируют с органическими производными фосфорной кислоты во много раз быстрее, чем соответствующие модельные вещества. Теперь известно много фактов, указывающих на то, что третично связанный азот может ускорить гидролиз ДПФ. [c.198]

НЫХ реагентов, в том числе с водой, спиртами и аминами, такими, как аминокислоты, гидроксиламин и фе-Нилгидразия (353—371]. Реакции субстратов и нуклеофильных реагентов в различных комбинациях, описанные выше, есть не что иное, как реакции производных карбоновых кислот. В качестве примера можно указать на гидролиз, транспептидацию, реэтерификацию (или алкоголиз), кислородный обмен в кислотах, превращение кислот в фенилгидразиды, гидроксиламинолиз эфиров, аминолиз амидов и др. В большинстве перечисленных примеров в качестве катализатора использовался химотрипсин, хотя в некоторых случаях применялись другие ферменты, такие, как ацетилхолинэстераза или папаин. Нельзя сделать вывод, что каждый гидролитический фермент будет катализировать любую реакцию в равной степени например, папаин катализирует транспептидацию в большей степени, чем химотрипсин [40]. Поскольку специфично(сть различных гидролитических ферментов еще е обсуждалась, было бы интересно затронуть вопрос о влиянии структуры на реакционную способность, которая связана с каталитическим действием. В связи с этим рассмотрим простую трактовку ферментативного катализа, данную Михаэлисом и Мен-теном, которые предложили схему [c.137]

Поскольку каталитическое действие химотрипсина предполагает нуклеофильную атаку и, в частности, участие имидазольной группы гистидина, возникла яеобхо-дим10сть изучения модельных систем, включающих имидазол и его производные. Они детально описаны выше в разделе IV, где было установлено, что имидазол и другие нуклеофильные реагенты могут служить нуклеофильными катализаторами гидролиза эфиров, и в разделе VI, где указывалось, что имидазол и другие обобщенные основания могут служить в качестве катализаторов реакций производных карбоновых кислот. [c.152]

Одним из наиболее исследованных семейств ферментов являются сери-нопротеазы. Все они предназначены для расщепления полипептидньгх цепей белков по механизму, в котором участвует боковая цепь аминокислоты серина (— Hj—ОН), находящейся в активном центре фермента. Три такие протеазы (трипсин, эластаза и химотрипсин) синтезируются в поджелудочной железе и вьщеляются ею в кишечник, где они превращают содержащиеся в пище белки в аминокислоты, способные всасываться через стенки кишечника. Благодаря возможности легко изолировать эти ферменты и их сравнительно высокой устойчивости их удалось интенсивно исследовать химическими способами еще до того, как стало возможным проведение рентгеноструктурного анализа белков. В настоящее время биохимический и рентгеноструктурный анализы позволили установить достаточно ясную картину функции этих ферментов, иллюстрирующую два аспекта действия любых ферментов каталитический механизм и специфичность к субстрату. [c.318]

Каталитическую активность а-химотрипсина нельзя приписать исключительно наличию системы переноса зарядов. Из рентгено структурных исследований следуют многие другие факторы, от ветственные за каталитический процесс. Было обнаружено де вять видов специфических ферментсубстратных взаимодействий которые повышают эффективность а-химотрипсина. Например стабилизация тетраэдрического интермедиата, а следовательно понижение энергетического барьера переходного состояния, со провождается образованием водородной связи между карбониль ной группой субстрата и амидным атомом Ser-195 и Gly-193 В химотрипсиногене эта водородная связь отсутствует. Действи тельно, уточнение структур химотрипсиногена и а-химотрипсина с помощью рентгеноструктурного анализа показывает различия в расположении каталитической триады в зимогене и ферменте. Это конформационное изменение в общей трехмерной структуре фермента, возможно, вызывает значительные изменения химических свойств каталитического центра, что может играть важную роль в увеличении ферментативной активности при активации зимогена. [c.221]

Осуществленный таким способом гидролиз пептидньк связей-это необходимый шаг в определении аминокислотного состава белков и последовательности составляющих их аминокислотных остатков. Пептидные связи могут быть гидро-лизованы также под действием некоторых ферментов, таких, как трипсин и химотрипсин, представляющие собой протеолитические (белок-расщепляю-щие) ферменты, секретируемые в кишечник и способствующие перевариванию, т. е. гидролитическому расщеплению, белков, входящих в состав пищи. Если кипячение пептидов с кислотой или щелочью приводит к гидролизу всех пептидных связей независимо от природы и последовательности соединенных при их помощи аминокислотных звеньев, то трипсин и химотрипсин осуществляют каталитическое расщепление пептидов избирательным образом. Трипсин гидролизует только те пептидные связи, в образовании которьсс участвуют карбоксильные группы лизина или аргинина. Химотрипсин же атакует только те пептидные связи, которые были образованы с участием карбоксильных групп фенилаланина, триптофана и тирозина. Как мы увидим дальше, такой избирательный ферментативный гидролиз оказьшается очень полезным при анализе аминокислотных последовательностей белков и пептидов. [c.130]

Рентгеновские исследования комплексов химотрипсина с субстратоподобными ингибиторами сыграли принципиальную роль в установлении структурных предпосылок каталитической функции его активного центра (см. 2 этой главы). Однако для выяснения динамических аспектов действия активного центра оказались особенно плодотворными подходы химической кинетики (см. 5,6 этой главы). Успехи кинетических исследований были во многом предопределены открытием М. Бергмана и Д. Фрутона и позднее Г. Нейрата и их сотрудников, которые установили, что химотрипсин способен гидролизовать не только сложные белковые молекулы, но также и простые низкомолекулярные синтетические субстраты (амиды, сложные эфиры и др.) [20]. [c.127]

Трипсин и химотрипсин, очевидно, имеют второй активный центр, содержап ий гистидин. Второй участок удален от первого, но на спиральной цепочке они сближены. Установление активной роли гистидина основывалось частично на изменении скорости ферментативной реакции в зависимости от pH, что соответствовало предположению о стратегическом расположении слабоосновного остатка, имеющего характер гистидина. Даже сам имидазол также катализирует гидролиз простейших сложных эфиров (БрюИ С" и Шм Ир 1965—.19i57 Бендер, 1957). 7 о, что фермент в 10 раз эффективнее, чем имидазол, имеет аналогию в модельных опытах по мутаротации глюкозы — реакции, катализируемой кислотами и основаниями. о -Оксипиридин, содержащий кислотный и основной центры (оба относительно слабые), более эффективен как катализатор, чем смесь пиридина и фенола (Свайн, 1952). И в а-окси-пиридине, и в протеолитическнх ферментах бифункциональность повышает каталитическую активность, поскольку протоны могут быть одновременно поданы и отщеплены в сопряженной реакции. Механизм действия, предложенный, Нейратом (1957) для химотрипсина, сводится к следующему. При взаимодействии гидроксильной группы серина с имидазольным кольцом гистидина отщепляется протон и образуется активированный комплекс П, имеющий электрофильный и нуклеофильный центры. [c.714]

Тот факт, что другая сериновая протеиназа, субтилизин, белок,, не обладающий структурной близостью к группе химотрипсина, содержит, тем не менее, тот же каталитический участок, явился ошеломляющим открытием. Из трехмерной структуры субтили-зина следует, что в последнем также имеется система водородных связей аспарагиновая кислота-32. .. гистидин-64. .. серин-221,. аналогичная найденной в химотрипсине [51] (см. рис. 24.1.14). Этот факт означает, что каталитические механизмы, используемые обоими этими ферментами, также идентичны. Отсюда, безусловно,, следует заключение, что две линии в эволюции ферментов пришли к одному и тому же решению проблемы гидролиза амидной связи. Если это заключение справедливо для сериновых протеиназ, оно может быть справедливо и для протеиназ, в механизмах действия которых участвуют другие аминокислотные остатки, и вообще для ферментов, катализирующих любую данную реакцию. Эти данные, таким образом, могут служить косвенным доказательством нашего предположения о том, что очень большое число-ферментов, участвующих в жизненных процессах, может использовать значительно меньшее число каталитических механизмов. [c.490]

В разд. 24.1.3 мы видели, как каталитические механизмы, по которым, как полагают, действуют некоторые ферменты, могут в ряде случаев наблюдаться в простых системах. Так, общий основной катализ имидазолом, например, гидролиза Л ,0-диаце-тилсеринамида (36) [53] представляет собой модель реакции химотрипсина со сложноэфирным субстратом. В ионной реакции этого типа переходное состояние каталитической реакции стабилизуется за счет делокализации заряда на нескольких центрах. В этом случае фиксация положительного заряда на нуклеофильной гидроксильной группе нейтрализуется делокализацией на азо-тах имидазола. В результате происходит понижение энергии активации реакции за счет затрат повышенной энтропии активации (см. разд. 24.1.22). Данные табл. 24.1.4 иллюстрируют это положение мономолекулярная реакция отщепления 2,4-динитрофен-оксида от соответствующего фосфатного моноэфира-дианиона имеет высокую энтальпию активации, однако реакция протекает достаточно легко из-за ее весьма благоприятной энтропии активации. Нуклеофильный катализ этой реакции пиридином характеризуется несколько меньшей энтальпией активации, так как азот пиридина может принимать на себя положительный заряд в переходном состоянии, в результате чего удается избежать образования высокоэнергетического интермедиата — метафосфата [РОЛ- Тем не менее участие молекулы пиридина отражается в виде намного менее выгодной энтропии активации. Близкие активационные параметры наблюдаются и в случае нуклеофильного катализа ацетатом гидролиза триэфира (73) также бимолекулярной реакции. Нейтральный гидролиз (73) проходит, как полагают, по механизму тримолекулярного общего основного катализа (см. табл. 24.1.4). Эта реакция протекает относительно медленно исключительно за счет энтропийного вклада, еще менее выгодного в этом случае. Энтальпия активации, впрочем, для тримолекулярного процесса несколько ниже, поскольку делокализация заряда на трех молекулах еще больше уменьшает его фиксацию в каком-либо одном центре. [c.522]

По-видимому, механизм действия других сериновых пептидаз включает этот же тип реакций двойного замещения. Например, было показано, что гидролиз -гранс-циннамоилимидазола, катализируемый трипсином и а-химотрипсином, имеет ряд общих черт в отношении последовательности стадий каталитического процесса, рН-зависимости реакции деацилирования, а также спектрального и кинетического поведения промежуточно образующегося ацилфермента (табл. 2-3) [35]. [c.250]

Очень большая группа белков обладает ферментативной активностью это означает, что такие белки способны катализировать строго определенные органические и даже неорганические реакции. Каталитическая активность и специфичность действия большинства ферментов исключительно велики, и практически все биохимические реакции происходят при посредстве ферментов, каждый из которых обычно строго специализирован для выполнения определенной задачи. Ничто, по-видимому, не предоставлено на волю случая даже установление равновесия двуокиси углерода с водой происходит с помощью фермента, называемого ангидразой угольной кислоты . Чувствительные к окислению биохимические вещества защищаются от действия перекиси водорода в высшей степени эффективными ферментами (например, каталазой, которая превращает перекись водорода в воду). Многие ферменты представляют собой вполне индивидуальные вещества, которые могут кристаллизоваться и обладают точно воспроизводимыми физическими свойствами и каталитической активностью. Почти все они при сильном нагревании денатурируются и теряют активность. Мы не будем пытаться систематизировать ферменты и их функции и рассмотрим вместо этого вопросы, связанные с действием типичного протеолитического (расщепляющего белки) фермента, а-химотрипсина. Затем будут рассмотрены [c.128]

Активность фермента можно охарактеризовать различными способами одним из наиболее иллюстративных способов является указание числа оборотов фермента, т. е. числа полных каталитических циклов, которые данный биокатализатор соверщает в единицу времени. Число оборотов может изменяться в очень щироких пределах в зависимости от функций, выполняемых ферментом в клеточных структурах, он должен действовать более или менее активно. Число оборотов медленно работа-щих протеолитических ферментов невелико и составляет, например для химотрипсина, величину, лежащую в интервале от 0,01 до 10 циклов в минуту. С другой стороны, один из наиболее деятельных ферментов каталаза, разлагающая перекись водорода, имеет число оборотов, равное 10 в минуту. Активность фермента не является строго постоянной величиной даже в одних и тех же условиях данный фермент может обнаруживать различную активность, если он получен из разных источников. Многие ферменты способны существовать в неактивной форме, которая превращается в активную под влиянием специфических веществ. Как было показано Опариным, различные ферменты растительных клеток инактивируются частично или полностью при адсорбции и активируются в результате десорбции. Связь активности с деталями строения субклеточных структур будет рассмотрена ниже более подробно. [c.58]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология