Адсорбция в глобулах фермента

Интересно, что при выводе уравнения Ленгмюра не использовано предположение о том, что адсорбция протекает на геометрически единой поверхности. Адсорбент рассматривается только как совокупность одинаковых центров связывания. Поэтому все сказанное в равной мере относится и к связыванию молекул субстрата на глобулах фермента или к любому другому бимолекулярному взаимодействию в гомогенных системах, при котором на опыте можно определить свободную концентрацию г-го компонента при равновесии. [c.165]

Рис. 106. Схема адсорбции субстрата в глобулах фермента.

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]

Возможны и более сложные проявления щелевого эффекта . Сюда относятся принудительный изгиб молекулы субстрата, создающий конформации, благоприятные для образования промежуточных продуктов катализа, прочная адсорбция одной части молекулы и слабая — другой и т. п. Сложность многомерной потенциальной поверхности каталитической реакции отвечает одновременному изменению нескольких геометрических параметров, также регулируемых по механизму щелевого эффекта . Это и определяет разнообразие форм проявления щелевого эффекта и обусловливает многие отличия каталитических групп в растворах и глобулах ферментов. [c.278]

Наиболее вероятным представляется сейчас следующее. В отсутствие молекулы субстрата щель полностью или частично закрыта и не пропускает к активному центру молекулы, строение которых заметно отличается от молекулы субстрата, т. е. она не способна их адсорбировать. При этом глобула в целом деформирована, а в активном центре фермента условия не благоприятствуют катализу он как бы выключен . Молекула субстрата дополняет глобулу фермента таким образом, что она приобретает наиболее устойчивую форму, третичная структура несколько перестраивается и вполне вероятно, что именно после адсорбции субстрата в области активного центра происходит благоприятное для катализа смещение аминокислотных заместителей. Динамическая структура фермента позволяет сохранить каталитическую активность только для избранных молекул, строение которой определяется всей третичной структурой глобулы фермента. Хотя сам по себе активный центр способен осуществлять каталитические превращения широкого круга молекул, белковая молекула представляет активный центр только некоторым молекулам, комплементарным к белковой глобуле. Известно, что фермент-субстратные комплексы часто оказываются более устойчивыми, чем сам фермент, и это рассматривается обычно как аргумент в пользу динамической модели фермент-субстратного комплекса. Сами изменения — это сдвиги, малые деформации, расклинивание ферментной глобулы. [c.280]

Что же происходит при адсорбции белка На каталитическую активность фермента оказывает влияние следующее. Во-первых, адсорбция белка сопровождается деформацией глобулы, которая приводит к изменению активности фермента, если перестройка третичной структуры затрагивает область активного центра возможна также блокировка активного центра поверхностью адсорбента. Предельным случаем деформации глобулы является ее разворачивание в адсорбционном слое с полным разрушением нативной третичной структуры и утратой каталитической активности. В старых работах эта возможность сильно преувеличивалась, а действительно наблюдаемая инактивация ферментов в адсорбционных слоях чаще всего объясняется совсем другими факторами, не связанными с разворачиванием глобул (см. 2 и 3). [c.285]

Воздействие поверхности носителя на ферментную глобулу сводится к изменению ее третичной структуры. Экстраполяция к б = О позволяет найти удельную активность изолированных глобул на носителе. Для ряда мембранных ферментов, таких как сукцинатдегидрогеназа, щелочная фосфатаза или цитохром с, наблюдается заметная активация, существенно зависящая от природы взятого носителя, а наибольшие эффекты найдены при адсорбции ферментов на фосфолипидных слоях. Эти данные показывают, что адсорбция фермента на мембране может выступать как мощный фактор регуляции каталитической активности, а определение природы активирующей по- [c.294]

Инженерная энзимология как одна из главных ветвей биотехнологии развивается в разных направлениях. Если на первых этапах своего становления инженерная энзимология опиралась на связи с микробиологией и различными дисциплинами химической науки (макрокинетика, полимерная химия, адсорбция и хроматография, органическая химия, химическая технология), то новый современный этап ее развития в значительной степени связан с другими разделами биотехнологии и прежде всего генной, белковой и клеточной инженерией. Сегодня хорошо понятны те ограничения, которые накладывает белковая природа биокатализаторов на их крупномасштабное использование в промышленности температурная нестабильность, ингибирование высокими концентрациями субстратов и продуктов, влияние pH, ионов металлов и других факторов среды. Часть этих проблем может быть решена методами инженерной энзимологии, которые позволяют изменять свойства поверхности белковой глобулы и в целом влиять на ее свойства. Этот подход, несмотря на свою простоту, не позволяет направленно изменять свойства ферментов, и поэтому часто носит эмпирический характер. [c.135]

Изменение природы адсорбента влияет как на активность изолированных ферментных глобул, так и на интенсивность межбелковых взаимодействий, определяемых величиной /Сг- Этот эффект достаточно ясен в тех простых случаях, когда сравниваются адсорбенты с различной полярностью. Изменение общей ориентации глобулы фермента (см. рис. 45) автоматически приводит к изменению природы контактирующих групп белкового слоя и тем самым должно привести к изменению величины /Сг- Гораздо менее очевидны, но очень важны наблюдаемые на опыте различия, связанные с воздействием весьма близких по своим свойствам липидных поверхностей — например, гидрофобных лецитиновых и кефалиновых монослоев на силикагеле, а также холестериновых слоев на различных носителях. Для липопротеидного слоя это свидетельствует скорее о частичном проникновении липидов в белок, чем о простом контакте белкового и липидного слоя, напоминающем физическую адсорбцию. Вместе с тем эти же данные показывают, что взаимодействие белковой глобулы с фосфолипидным слоем не сопровождается снятием липида с поверхности и переориентацией молекул липида, так как гидрофильные (С+лец) и гидрофобные (5102+лец) слои одного и того же фосфолипида различным образом влияют на свойства ферментных глобул и ферментных комплексов. Изучение адсорбируемости белков и предельной адсорбции на поверхностях различного типа позволяет делать определенные выводы как [c.295]

Фермент гидролизует с достаточной скоростью только полисахариды и ингибируется моно- и дисахаридами. Конформация щели лизоцима обеспечивает стерическую активацию субстрата. При этом адсорбция ди- и трисахаридов не связана с изменением их конформаций, поскольку изгиб щели лизоцима относится к контакту между четвертым и пятым остатками сахара. Это приводит к изгибу субстрата в области разрываемой (3-(1->4) гликозидной связи, когда цикл D изменяет конформацию кресла на конформацию полукресла [34]. Адсорбция субстрата осуществляется многочисленными гидрофобными и водородными связями. Рентгеноструктурный анализ аналогов фермент-суб-стратных комплексов показал некоторые изменения конформации глобулы после адсорбции субстрата — сжатие щели. [c.111]

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]

Экстраполяция к 6 = О дает удельную активность изолированных глобул, т. е. позволяет количественно охарактеризовать влияние поверхности адсорбента на активность глобулы белка независимо от тех изменений, которые вносят межбелковые взаимодействия. Интересно, что во всех изученных случаях удельная активность адсорбированных ферментов весьма велика при 6 =0,1. Часто она остается сравнимой или даже большей, чем активность фермента в гомогенном растворе, однако при 6>0,5, как правило активность падает во много раз. Именно это обстоятельство в ряде старых работ с неконтролируемым количеством белка на поверхности (или с адсорбционными монослоями белка) принималось за инактивирование ферментов при адсорбции, хотя в подобных случаях фактически происходит инактивирование фермента при образовании его ассоциатов на поверхности с сохранением высокой удельной активности изолированных глобул в адсорбционных слоях. [c.288]

Данные о каталитической активности адсорбированных ферментов и ферментных комплексов дают некоторые сведения о взаимном расположении области активного центра и участков глобулы с различной полярностью. Точнее речь идет о взаимном расположении аллосте-рически действующих участков белок-липидных и межбелковых контактов, которые приводят к увеличению или уменьшению активности при адсорбции фермента. [c.295]

Один из возможных путей достижения этой цели состоит, помимо использования ионов металлов, в обработке носителя веществами, молекулы которых содержат большое число функциональных групп, способных взаимодействовать с группами на поверхности ферментной глобулы за счет электростатических и водородных связей (рис. 4,6). Например, полимеризация на поверхности силохрома акриловой кислоты, винилацетата и т. п. с последующей химической модификацией полимера приводит к образованию носителя, характеризующегося высокой поверхностной концентрацией функциональных групп (гидроксильных, аминоалкильных, аминоарильных и гидразидных). В качестве модификатора часто используется также альбумин, который наносится на носитель путем адсорбции, а затем подвергается денатурации нагреванием. Слой денатурированного альбумина образует на поверхности носителя мягкую подложку с большим числом функциональных групп, способную прочно связывать молекулы фермента, одновременно обеспечивая для них благоприятное микроокружение. В результате во многих случаях при обработке альбумином удается добиться повышения эффективности сорбции и улучшения каталитических характеристик иммобилизованного фермента. [c.52]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология