Ацетилхолинэстераза, взаимодействие субстратом

Молекулярная основа отрицательной температурной модуляции ферментов остается неизвестной. Однако в случае ацетилхолинэстеразы можно выдвинуть веские теоретические соображения, связанные с ролью гидрофобных взаимодействий в стабилизации комплекса фермент — ацетилхолин (рис. 81). Так как при снижении температуры примерно от комнатной температуры до 0°С гидрофобные взаимодействия ослабевают, есть основания полагать, что для того или иного варианта ацетилхолинэстеразы сушествует критическая температура, при которой ослабление гидрофобных связей между ферментом и субстратом приводит к резкому подъему кажущейся величины Км для субстрата. [c.275]

Типичным примером проявления электростатических сил в фермент-субстратных взаимодействиях может служить связывание положительно заряженной группы ацетилхолина и подобных ему субстратов и ингибиторов с анионным центром фермента ацетилхолинэстеразы (I) [2]. [c.274]

Рис. 122. Модель взаимодействия ацетилхолинэстеразы с ее субстратом.

Сначала между ферментом (ацетилхолинэстераза) и субстратом (аце-тилхолин) возшпсает фермент-субстратный комплекс. Он образуется за счет электростатического взаимодействия между отрицательно заряженной [c.103]

Как молекула нейромедиатора, высвобождающаяся из пресинаптической мембраны, достигает постсинаптической мембраны Напрашивается простой ответ — посредством диффузии. Но здесь необходимо объяснить, как медиатор диффундирует мимо многочисленных молекул ацетилхолинэстеразы, которые присутствуют в синаптической щели и теоретически могли бы гидролизовать во много раз большие количества высвобожденного медиатора, сделав, следовательно, невозможным его взаимодействие с постсинаптической мембраной. Предполагается, что этому препятствуют либо структурные особенности вещества синаптической щели — базальной мембраны, которое, возможно, образует каналы, либо временное ингибирование ферментативной активности эстеразы, вероятно, из-за ее взаимодействия с иостспнантической мембраной или из-за насыщения субстратом. Высказано также предположение, что эстераза не присутствует в щели, т. е. на пути диффузии ацетилхолина, а находится в постсинаптической мембране, но такая модель не доказана [8]. [c.201]

Следует напомнить об известных трудностях идентификации функциональных групп активных центров ферментов по величинам рК, полученным из изучения зависимости скорости реакции от pH. Во-первых, одна и та же группировка в белках разного строения может иметь неодинаковое значение рК из-за влияния соседних групп. Некоторую помощь в этом случае может оказать измерение теплоты диссоциации ионогенных групп, рассчитываемой по измерениям температурной зависимости рК. К сожалению, для холинэстераз эти термодинамические константы достаточно надежно не измерены. Согласно данным Шукудза и Шинода [122], теплоты диссоциации основной группировки ацетилхолинэстеразы эритроцитов и холинэстеразы сыворотки крови человека составляют соответственно 8,5 и 6,5 ккал1моль. Эти величины выше или ниже найденной для диссоциации имидазольной группы гистидина в других белках (6,9—7,5 ккал моль [123]). Если признать, что в обеих холинэсте-разах в качестве основной группировки активного центра выступает имидазол гистидина, то трудно понять столь существенное различие в величинах теплот диссоциации. Во-вторых, даже если измерение активности фермента при разных pH рассматривать в качестве своеобразного титрования функциональных групп активного центра, то полученные результаты нельзя безапелляционно считать отражением прямого участия этих групп в каталитическом акте. Можно представить, что ионы Н и ОН -среды выполняют свою функцию, вызывая не только протонизацию или депротонизацию функциональных групп активного центра, но также и более общую функцию создания и поддержания специфической для каждого фермента третичной структуры. Можно думать, что в создании третичной структуры фермента большую роль играют ионные связи между такими группировками, которые расположены вне активного центра и непосредственно не участвуют в реакции с субстратом. Такие ионогенные группировки при взаимодействии могут сближать друг с другом (или наоборот удалять друг от друга) определенные функциональные группы белка, которые непосредственно участвуют в каталитическом акте. Внешне эта непрямая роль кислотно-основных группировок фермента будет отражаться в форме обычной зависимости кинетических констант (и, V, Кт) от pH, но по существу такая зависимость не дает оснований для решения вопроса, является ли она следствием влияния pH на конформацию белка в районе активного центра или диссоциацию группировки, прямо участвующей в реакции с субстратами. [c.184]

Для того чтобы представить себе, какие типы стратегии могли бы использоваться морскими организмами при адаптации к очень больщим или (и) сильно меняющимся давлениям, полезно будет вспомнить некоторые из основных стратегических соображений , связанных с адаптацией к температуре. Мы подчеркивали, что у эктотермных организмов диапазон толерантности к те.мпературе может быть самым различным — от крайне узкой стенотермности до чрезвычайно широкой эвритермиости. Известно, что по крайней мере некоторые из представителей последней группы обладают значительной способностью поддерживать относительное постоянство параметров своих ключевых ферментов при изменениях температуры. Оказалось, что у эктотермных форм, у которых температура тела подвержена большим изменениям, это не сказывается отрицательно на взаимодействиях ферментов с лигандами. Напротив, у крайне стено-термных видов некоторые ферменты (например, ацетилхолинэстераза одной антарктической рыбы), ио-видимому, приспособлены для работы только в чрезвычайно узком диапазоне температур. Однако при той низкой температуре (—2°С), при которой существует эта рыба, активность ее ацетилхолинэстеразы достигает оптимального уровня, ио крайней мере по способности связывать субстрат. [c.331]

Для установления того, чем вызваны эти различия — изменением в связывании или в скоростях ацилирования фермента субстратом,—необходимо детальное кинетическое исследование, однако, во всяком случае, очевидно, что присутствие положительного заряда усиливает фермент-субстратное взаимодействие в небольшой, но вполне ощутимой степени. Аналогично ингибирование ацетилхолинэстеразы соединением с четвертичной аммониевой группой неостигмином (IV) не зависит от значения pH, в то время как ингибирование третичным амином физостигмииом (V) уменьшается в 16 раз при потере положительного заряда. [c.275]

Таким образом, характерной для специфичности ацетилхолинэстеразы является полная компенсация эффекта "антигидро-фобности" катионного заряда, что и является, по-видимому, основной функцией анионного пункта в активном центре этого фермента. В результате этого ацетилхолинэстераза гложет использовать гидрофобность субстрата как фактор селективности действия и одновременно сохраняет способность эффективно взаимодействовать с реагентами, содержащими ониевые группировки в заместителе. Это позволяет ей выполнять свою биологическую роль в высокоэффективном гидролизе ацетилхолина, который, как медиатор нервного возбуждения должен обладать хорошей растворимостью в водной среде. [c.512]

Изучение. инактивации дало сведения об активной области некоторых гидролитических ферментов, в частности химот1рипсина и ацетилхолинэстеразы. а-Амино-кислоты или некоторые функциональные производные этих соединений, которые являются специфическими субстратами или конкурирующими ингибиторами для а-химотрипсина, могут быть описаны общей формулой R HR R", где R, R и R" — группы, определяющие свойства этих молекул соответственно а-амино- и.чи ацил-аминогруппа, боковая цепь а-аминокислоты и карбоксильная группа или производное карбоновой кислоты. Было высказано предположение [346], что вышеупомянутые специфические субстраты и конкурируюшие инги- биторы могут соединяться с ферментом путем взаимодействия групп R, R, R" и определенного ряда центров рь р2 и рз, которые, как предполагается, составляют каталитически активную область фермента. Полагают, что степень, с которой любое данное вещество будет связываться с активной областью фермента, зависит от того, в какой мере молекула и асимметрическая каталитическая поверхность дополняют друг друга, и также от того, насколько присоединяющаяся молекула и активная область способны изменять свои поверхности для улучшения контакта. Результаты кинетических исследований с применением ряда субстратов и конкурирующих ингибиторов а-химотрипсина согласуются [c.135]

Что Касается ацетилхолинэстеразы, то изучение обратимых ингибиторов, таких, как диамины и стерео-специфичные аминоспирты, проводилось с целью выяснения свойств поверхности активной области при этом был обнаружен по крайней мере один анионный центр в активной области [350, 351. Это также объясняет взаимодействие ацетилхолинэстеразы с некоторыми ка-тионоидными субстратами помимо ацетилхолина [352]. [c.136]

Эксперименты Е. Кге с и соавт. (1991) с направленным мутагенезом показали, что консервативный для эс-тераз и липаз остаток аспарагиновой кислоты необходим для осуп ествления ими каталитических функций. По-видимому, электростатические особенности поверхности молекулы ацетилхолинэстеразы не влияют на скорость катализа, которая не зависит от диффузии молекул субстрата, а стабилизация переходных состояний в каталитическом центре нечувствительна к электростатическим взаимодействиям. [c.53]

Такие различия в ответной реакции двух мембранных белков на воздействие физико-химических факторов (УФ-излучение, действие фосфолипаз) связаны с различиями в их локализации на мембране, в расположении их активных центров, в характере взаимодействия с ближайшими липидными молекулами и их химическим строением. Однако экспериментальные данные, касаюш иеся возможности модуляции фоточувствительности мембранных ферментов, — Na" ", К+-АТФазы и ацетилхолинэстеразы, возможно, взаиморегулируемых субстратами их реакций, свидетельствуют в пользу представлений об обп] ности основных регуляторных механизмов функционирования для многих векторных ферментов биомембран. [c.172]

Активность истинных холинэстераз в отличие от псевдохолинэсте-раз ингибируется высокими концентрациями субстрата (> 10 М). Причиной снижения скорости гидролиза при возрастании содержания субстрата является взаимодействие двух и более молекул ацетилхолина с одной каталитически активной субъединицей ацетилхолинэстеразы, которые мешают друг другу принять правильную ориентацию в активном центре фермента. Возможно также взаимодействие избыточных молекул субстрата с аллостерическими центрами ацетилхолинэстеразы. [c.61]

В случае механизма Бриггса — Холдейна, для которого 2 -1, отношение кса /Км равно к] — константе скорости связывания фермента и субстрата. В гл. 4 будет показано, что константы скорости связывания должны быть порядка 108 М . с-. Это позволяет сделать вывод, что для механизма Бриггса — Холдейна отношение кса. /Км равно 10 — 10 М С-. Каталаза, ацетилхолинэстераза, карбоангидраза, кротоназа, фумараза и триозофосфатизомераза — все эти ферменты по указанному критерию подчиняются кинетике Бриггса— Холдейна, о чем свидетельствуют данные табл. 4.4. Еше одним ферментом такого типа является пероксидаза, выделенная из хрена,— один из первых ферментов, к которому были применены методы исследования быстрых реакций [3]. Сначала пероксидаза образует с перекисью водорода компекс Михаэлиса, который затем взаимодействует с донором водорода (реакция второго порядка). При достаточно высоких концентрациях донора скорость второй реакции значительно превышает скорость диссоциации комплекса Михаэлиса. [c.114]