Взаимодействие фермента с субстратами

При взаимодействии фермента с субстратом конформационные изменения характерны для [c.537]

Рис. 19. Схема взаимодействия фермента с субстратом.

До начала взаимодействия фермента с субстратом пространственные структуры фермента и субстрата [c.538]

Бимолекулярное взаимодействие фермента с субстратом. Для решения задачи о кинетической роли комплексообразования в ферментативном катализе целесообразно записать реакции (2.1) и (2.2) в виде следующей схемы [c.38]

Одной из самых ранних моделей взаимодействия фермента с субстратом была модель ключа и замка , иллюстрируемая рис. 25.8. На этом рисунке показано, что форма субстрата точно соответствует определенному участку структуры белка (активному центру), специально приспособленному для взаимодействия с данным субстратом. Когда субстрат связывается с ферментом, происходит катализируемая реакция, после чего продукты реакции отделяются от фермента. Очевидно, такая модель действия фермента имеет много общего с моделями действия гетерогенных катализаторов, обсуждавшимися в разд. 13.7. Различие заключается только в том, что действие фермента более специфично. [c.453]

Ряд фактов действительно свидетельствует о конформационных превращениях ферментов при их взаимодействиях с субстратами. В присутствии субстратов некоторые ферменты становятся более жесткими, другие, напротив, более лабильными — легче денатурируются при нагревании. Субстраты индуцируют диссоциацию глутаматдегидрогеназы и гексокиназы на субъединицы. Под действием субстрата изменяется реакционная способность аминокислотных остатков фермента. Спектр поглощения химотрипсина меняется при его взаимодействии с субстратом и эти изменения могут быть интерпретированы как вызванные изменением конформации. Изменения конформаций проявляются и в спектрах люминесценции как ароматических аминокислотных остатков, так и сорбированных на белке красителей. Методами спектрополяриметрии установлены изменения а-спирально-сти,. возникающие при взаимодействиях ферментов с субстратами, коферментами и другими лигандами. Сведения о конформационных изменениях в ФСК дают также спектры ЭПР ферментов, содержащих парамагнитные метки, спектры ЯМР и т. д. [c.190]

В результате изучения взаимодействия ферментов с субстратами и ингибиторами удалось выяснить ряд важных вопросов, касающихся механизма ферментативных реакций. Детальное рассмотрение всех этих исследований увело бы нас слишком в сторону. Поэтому мы остановимся только на некоторых выводах, имеющих непосредственное отношение к предмету этой книги. Прежде всего рассмотрим свойства самого фермента. Активность фермента, как правило, зависит от целостности его третичной структуры. Под действием денатурирующих агентов, изменяющих конформацию фермента, его активность либо уменьшается, либо исчезает полностью. По меньшей мере в одном случае — для рибонуклеазы — установлено, что связывание фермента с субстратом способствует сохранению его конформации даже в присутствии агентов, которые в отсутствие субстрата вызывают денатурацию. Вместе с тем не вся первичная структура необходима для обеспечения активности. Например, фермент папаин, по своим свойствам подобный протеолитическим ферментам, сохраняет свою активность при отщеплении 3/5 его молекулы. Активный фрагмент папаина сохраняет чувствительность к действию денатурирующих агентов, и это свидетельствует о том, что для обеспечения активности необходима определенная третичная структура. В свете этих данных вЪз-никает вопрос почему молекулы ферментов так велики [c.395]

Действительно, во многих случаях зависимость активности фермента от pH имеет колоколообразную форму. Изложенная феноменологическая теория это объясняет и приводит к удобным для расчетов формулам [15, 16]. Однако зависимость скорости реакции от pH можно истолковать и иначе. Кирквуд и Шо-мейкер рассмотрели флуктуации электрических зарядов в молекуле фермента [97, 98]. Если свободные энергии различных состояний ионизации молекулы мало отличаются друг от друга, то заряды могут перемещаться, флуктуировать. Эти флуктуации могут привести к добавочному электростатическому взаимодействию фермента с субстратом. [c.395]

Рассмотрим определение константы диссоциации фермент-субстратного комплекса флуоресцентным методом. Взаимодействие фермента с субстратом описывается общей схемой [c.178]

Выше (с. 118) было рассмотрено действие а- и р-амилаз, декстриназы и глюкоамилазы на те или иные глюкозидные связи в одной цепи макромолекул амилозы и амилопектина, но осталось неясным, как происходит оно в присутствии большого количества цепей. Известно три вероятных способа взаимодействия фермента с субстратом. [c.172]

Более внимательное рассмотрение изложенной выше концепции приводит к выводу, что для специфических фермент-субстратных взаимодействий "вовсе не обязательны напряжение или деформация субстрата. Достаточно, чтобы взаимодействие фермента с субстратом было лучнге в переходном состоянии по сравнению с основным состоянием фермент-субстратного комплекса. Этот вопрос детально рассмотрен в первой части книги [81]. Например, если субстрат в ходе его ферментативного превращения и, следовательно, структурной перестройки изменяет свою конформацию так, что прочность его взаимодействия с ферментом в переходном состоянии возрастает, то уменьшается свободная энергия активации и ускоряется реакция. При этом субстрат совершенно не обязательно должен подвергаться какой-либо деформации (т. е. изменению длин ковалентных связей и искажению валентных углов) при образовании комплекса Михаэлиса. Он может связаться с ферментом, помещая свою реакционноспособную связь в непосредственной близости от каталитически активных групп, но так, что прочность связывания при этом еще достаточно далека от потенциально достижимой. Тем самым субстрат как бы резервирует свободную энергию связывания для переходного состояния, что также приводит к ускорению ферментативной реакции. [c.163]

Схема (157) так подробно разбирается по нескольким причинам. Во-первых, рассмотрением именно этой схемы или ее модификаций (еще более усложненных) в настоящее время ограничивается кинетический анализ реакций лизоцима (см. [131 —133]). Во-вторых, что более важно, стремительно возросшие в последнее время возможности машинной обработки данных приводят в ряде случаев к тому, что авторы стремятся включить в исходную кинетическую схему все мыслимые варианты взаимодействия фермента с субстратом и его фрагментами, образующимися в ходе реакции, а также с продуктами трансгликозилирования вплоть до высоких степеней полимеризации (см. [133]), а также множество равновесных и кинетических параметров реакции. При этом зачастую упускается из виду, что анализ экспериментальных кинетических кривых может дать сравнительно немного кинетических параметров. В итоге результаты эксперимента, с одной стороны, и теоретического анализа соответствующих усложненных схем, с другой, оказываются несопоставимыми. [c.185]

На этом основании было высказано предположение, что одним из факторов, определяющих взаимодействие фермента с субстратом при образовании комплекса Михаэлиса, служит ионная реакция между катионным центром ацетилхолина и анионным центром на активной поверхности фермента. Такое взаимодействие должно быть первичным в реакции фермента с субстратом, поскольку ионные силы проявляются на большем расстоянии, чем другие виды химических взаимодействий. Образованию ионной связи приписывали лишь якорную функцию, в результате реализации которой молекула субстрата ориентируется на поверхности фермента, чем значительно облегчается образование других необходимых химических связей (уже ближнего действия) с группировками активного центра фермента. В связи с этим исследованию кинетики и механизма ингибирования холинэстераз ионами тетраалкиламмония было уделено особое внимание. Задача этих исследований — изучение особенностей строения и роли анионного центра холинэстераз в каталитическом действии указанных ферментов. [c.185]

В свое время Фишер предложил модель ключ — замок для рассмотрения фермент-субстратного взаимодействия. Фермент и субстрат обладают жесткими структурами, причем фермент подогнан к субстрату как замок к ключу. Ряд фактов противоречит такой модели — взаимодействие фермента с субстратом имеет, по-видимому, не статический, а динамический характер. Кошланд предложил модельную теорию индуцированного структурного соответствия фермента и субстрата. Перечислим исходные положения этой теории, задачи которой состояли прежде всего в объяснении специфичности ферментов, катализируюхцих реакции переноса связи [c.189]

Взаимодействие фермента с субстратом А приводит к образованию формы Е через комплекс ЕА. Е — это модифицированная форма фермента, в которой кофермент часто оказывается химически модифицированным (примером может служить реакция переаминирования гл. 8, разд. Д, 1). Одновременно субстрат А превращается в продукт Р, все еще связанный с ферментом. Отщепление продукта Р приводит к высвобождению формы Е, которая затем может взаимодействовать со вторым субстратом, В, и проходить вторую половину цикла с превращением формы Е в форму Е. [c.22]

У молекул ферментных, как и всех иных, белков конфигурация макроструктуры не является абсолютно жесткой. И пространственная, и электронная конфигурации подвержены динамическим изменениям, которые называют флуктуациями. Они придают макроструктуре белков гибкость и, в целом, значительно повышают ее общую реакционную способность. Известны, например, флуктуации распределения электрических зарядов в молекуле белка, которые происходят под влиянием диэлектрических свойств растворителя, взаимодействий с внешними диполями или, чаще всего, спонтанно. Известно, что спирализованные и неупорядоченные участки макроструктуры могут обратимо переходить друг в друга под влиянием сдвигов pH, температуры. Все это определяет возможность изменений, гибкость третичной структуры, которые выявляются при взаимодействии фермента с субстратом. [c.80]

Взаимодействие фермента с субстратом вызывает локальное конформационное изменение некоторых сайтов белковой макромолекулы фермента, в результате чего комплементарность его активного центра к субстрату резко повышается и обеспечивает возможность осуществления каталитического процесса. Изменение конформации фермента под действием субстрата было впервые показано Д. Кошландом и носит название индуцированное соответствие. [c.69]

Для понимания механизма действия ферментов большое значе ние имеет исследование кинетики торможения ферментов высокими концентрациями субстрата. Как уже говорилось выше, при взаимодействии фермента с субстратом происходит образование сразу нескольких связей между реакционными центрами в молекуле субстрата и фермента. Именно такой мультиплетный характер взаимодействия лежит в основе субстратной специфичности ферментов и их высокой активности. [c.90]

В результате взаимодействия фермента с субстратом энергия активации соответствующей ферментативной реакции [c.538]

В наиболее наглядной форме взаимодействие фермента с субстратом можно представить следующим образом (рис. 19). [c.119]

Таким образом, координационная связь определяет как характер взаимодействия металла с белковой частью фермента, так и взаимодействия фермента с субстратом. [c.258]

Конкурентные ингибиторы связываются в том же активном центре, что и субстраты, предотвращая взаимодействие фермента с субстратом уже на стадии связывания. При этом образуются комплексы, аналогичные комплексам Михаэлиса, но не способные к дальнейшим превращениям, или реагирующие очень медленно. В итоге фермент выводится из строя. [c.431]

Весьма важно, что, по современным представлениям, молекулы белка в растворе, в частности молекулы фермента, находятся в состоянии постоянного динамического изменения. Меняется распределение зарядов и ориентация диполей воды вокруг ионогенных группировок изменяется даже третичная структура, т. е. конфигурация молекул в пространстве. Таким образом, принято считать, что молекулы фермента в растворе образуют ряд конфигурационных и ионизационных изомеров В частности, изменения третичной структуры молекул фермента, связанные с напряжением валентных связей как в молекуле субстрата, так и в активном центре фермента, повидимому, имеют место при взаимодействии фермента с субстратом. В этих случаях говорят о конформационных изменениях молекул фермента, т. е. о деформации отдельных частей молекул без разрыва сил химического сродства. [c.120]

Таким образом, из этого далеко не полного перечня основных функций белков видно, что указанным биополимерам принадлежит исключительная и разносторонняя роль в живом организме. Если попытаться вьщелить главное, решающее свойство, которое обеспечивает многогранность биологических функций белков, то следовало бы назвать способность белков строго избирательно, специфически соединяться с широким кругом разнообразных веществ. В частности, эта высокая специфичность белков (сродство) обеспечивает взаимодействие ферментов с субстратами, антител с антигенами, транспортных белков крови с переносимыми молекулами других веществ и т.д. Это взаимодействие основано на принципе биоспе-цифического узнавания, завершающегося связыванием фермента с соответствующей молекулой субстрата, что содействует протеканию химической реакции. Высокой специфичностью действия наделены также белки, которые участвуют в таких процессах, как дифференцировка и деление клеток, развитие живых организмов, определяя их биологическую индивидуальность. [c.22]

От геометрии поверхности и каличи.я электрического зар.яда зависит, будет ли взаимодействовать фермент с субстратом. Если да, то активный центр фермента окажется около той связи, которая должна разорваться. [c.348]

На данных, полученных с инвертазой, в большой степени базировалась первая формулировка гипотезы, объясняющей кинетику взаимодействия фермента с субстратом. Экспериментальные данные, полученные с инвертазой, приведены на фиг. 43 и 44. На основании анализа таких данных Михаэлис и Ментен [21] предположили, что молекула фермента (Е) реагирует с сахарозой (8) с образованием фруктозы (Р) и глюкозы (О) следующим образом [c.104]

Данные изучения кинетики говорят о том, что во взаимодействии фермента с субстратом, а также в разложении ацильного производного фермента принимает участие карбоксилатный ион. Согласно классической схеме взаимодействия фермент — субстрат — продукт [c.109]

То, что речь может идти именно о порядках величин, видно нз следующего сопоставления (Turkova, 1978]. Для взаимодействия фермента с субстратом в большинстве случаев s 10 М. Для пары антиген — антитело на иммуносорбенте вариации могут быть. [c.400]

В зтой наглядной модели рассматриваются колебания атомных ядер, возникающие в результате образования ФСК, т. е. взаимодействия фермента с субстратом. При этом взаимодействии изменяются состояния электронных оболочек субстрата и атомных групп активного центра. Электронные оболочки испытывают возмущение вследствие взаимодействий в ФСК. Превращение субстратов в продукт есть химический процесс, т. е. изменение состояния электронных оболочек молекул. Как и в любой иной химической реакции, при этом происходят перемещения атомных ядер. Среди движений атомных ядер наименьшей энергии требуют низкочастотные деформационные колебания и повороты вокруг единичных связей, т. е. изменения конформаций, В 6.4 уже рассматривались конформационные изменения в ФСК. Важнейшее значение для ферментативного катализа имеют взаимодействия электронных и конформационных степеней свободы — электронно-конформационные взаимодействия (ЭКВ), ЭКВ рассмотрены в работах Волькенштейна, а также Блюмен-фельда, Чернавского и их сотрудников. [c.194]

Оценивают меру кооперативности при взаимодействии фермента с субстратом в низких концентрациях, исследуя полученную зависимость в координатах Силоновой—Курганова (с. 335) для случая, когда скорость реакции в отсутствие эффектора равна 0. Рассчитывают значение коэффициента кооперативности д по формуле [c.356]

Взаимодействию фермента с субстратом предшествует сближение и ориентация субстрата по отношению к активному центру фермента. Затем образуются фермент-субстратные комплексы, реальное существование которых может быть зафиксировано различными способами. Наиболее наглядным и эффективным является метод рентгеноструктурного анализа. В качестве примера можно привести идентификацию фермент-субстратного комплекса карбоксипептидазы А и ее субстрата глицил-ь-тирозина. Метод дает возможность не только установить сам факт образования комплекса, но и определить типы связей. Более простым, но достаточно эффективным методом является спектральный анализ фермента и соответствующего фермент-субстратного комплекса. Таким образом, бьши, в частности, идентифицированы фермент-суб-стратные комплексы для ряда флавиновых ферментов. В последние годы широкое распространение получило применение синтетических субстратов, благодаря которым можно моделировать ряд стадий ферментативного процесса, в том числе и связанных с образованием фермент-субстратного комплекса. [c.69]

Поэтому фермент помогает организовать реагирующие молекулы в пространстве таким образом, что их реакционные центры сближаются и взаимодействуют. Нетрудно видеть, что Взаимодействие фермента с субстратом в биосистемах во многом повторяет сольватацию реагирующих молекул в растворах. При этом эффекты при сольватации и ферментативном взаимодействии одни и те же. Разница состоит лишь в том, что молекулы растворителя более свободны, кинетически более независимы и подвижны, чем сольвати-рующие группировки молекул белка (фермента). [c.728]

Из конформационной лабильности макромолекулы белка следует специфическое взаимодействие фермента с субстратом и другими лигандами. Возможно, что в некоторых конформациях белок более эффективно связывает субстрат, чем в других. При связывании может происходить отбор конформаций субстрата. Каруш объяснил способность альбумина плазмы связывать различные вещества конфигурационной адаитабильностью этого белка [63]. [c.387]

Спектрополяриметрия позволяет выявить структурные изменения, происходящие в активном центре и в глобуле в целом. Выше уже было сказано об исследовании аспартатаминотрансферазы (см. стр. 379, а также [68, 86]). В ряде ферментов наблюдалось изменение степени а-спиральности, возникающее при взаимодействии фермента с субстратом, коферментом и другими лигандами (см. [68]). Подробное изучение ДОВ лактатдегидро-геназы и глицеральдегидфосфатдегидрогеназы показало, что [c.390]

Изменения активности некоторых белков коррелируются, как правило, с изменениями ряда физических свойств. Так, изменение формы белковой молекулы можно установить по изменению некоторых гидродинамических характеристик (например, коэффициента трения, инкремента вязкости), по изменению светорассеяния, поверхностных свойств, диффузии через полупроницаемые мембраны и скорости седиментации [90]. Изменения термодинамических свойств (энтальпии и энтропии), объема, растворимости, оптического вращения, поглощения в инфракрасной области, дифракции электронов, а также некоторые другие характеристики, приведенные Каузманом [90], используются для Оцейки изменений формы белковых молекул. Большинство этих измерений было проведено па макромолекулах неизвестной структуры, для которых не была установлена последовательность аминокислотных остатков. В настоящее время благодаря усовершенствованию методов деградации белков, аналитического определения Концевых групп, методов разделения и идентификации отдельных фрагментов можно успешно изучать белки с молекулярным весом порядка 20 ООО. Хотя эта работа еще не достигла молекулярного уровня, тем не менее она дает возможность лучше использовать значения физических констант белковой молекулы известной структуры для объяснения механизма взаимодействия фермента с субстратом. Структура такого белка, как фиброин (белковое вещество натурального шелка), в настоящее время хорошо изучена благодаря сравнению рентгенограммы и ИК-спектров нативного волокна с рентгенограммами [35, 38, 108, 140] и ИК-спектрами [168] небольших фрагментов белка известной структуры, полученных при деградации, а также синтетитегаихпмшнептидо [c.386]

Филлипс и сотрудники, установившие структуру лизоцима, исследовали также строение комплексов лизоцима с ингибирующими аналогами субстратов-полисахаридов [36]. Установлено внедрение лиганда в полость, существующую в глобуле лизоцима, и выявлены контакты между функциональными группами фермента и лиганда. На рис. 6.10 показана структура комплекса лизоцима с р-М-ацетальглюкозамином. Эти работы позволили дать детальную расшифровку взаимодействий фермента с субстратом [37, 38]. [c.376]

Недавно показано [7], что щелочная фосфатаза сыворотки крови гидролизует замещенные в ядре фенилфосфаты. При этом образование комплекса энзим-субстрат облегчается введением в бензольное кольцо электроноакцепториых заместителей. Константа взаимодействия фермента с субстратом следует уравнению Гаммета с отрицательным значением р, что свидетельствует об электронодонорном характере щелочной фосфатазы. [c.365]

Рассмотрение таблицы показывает, что, несмотря на все многообразие аминокислотных последовательностей, в их составе имеется большое число универсальных аминокислот, например ТЬг45, 1118-12 и Н18-119. в 6.1 при описании строения активного центра рибойуклеазы по1 азано, что все эти три остатка непосредственно участвуют в специфическом взаимодействии фермента с субстратом. [c.90]

Обращает на себя внимание необычно высокая положительная величина А5 для миозина (аденозинтрифосфатазы). Такое изменение энтропии, согласно результатам исследования Лейдлера, Оллета и Моралеса [1], объясняется по крайней мере двумя причинами а) нейтрализацией положительного и отрицательного зарядов при взаимодействии фермента с субстратом, сопровождающейся дегидратацией ионов б) существенными конформационными изменениями третичной структуры фермента при комплексообразовании. Исследование влияния температуры на скорость отдельных стадий ферментативной реакции базируется на теории переходного состояния. Согласно этой теории, взаимодействующие молекулы при их сближении образуют переходное состояние (переходный или активированный комплекс), причем между исходным и переходным состоянием устанавливается динамическое равновесие. Вместе с тем, переходный комплекс претерпевает непрерывное превращение с образованием продуктов реакции. С этой точки зрения простейшую ферментативную реакцию Е + З ЕЗ- Е + Р следует рассматривать как многостадийную [c.131]

При взаимодействии фермента с субстратом можно вьщелить три стадии [c.68]

У всех перечисленных ферментов гидроксильная группа серинового остатка является местом связывания ацильной группы. При изучении характера взаимодействия специфического парализатора ДФФ и химотрипсина были получены сведения о механизме действия активного центра последнего было найдено, что ацилфермент образуется как необходимый промежуточный продукт при взаимодействии фермента с субстратом. При действии химотрипсина, например на п-нитрофенилацетат, образуется ацильное производное фермента — ацетил-химотрипсин, а п-нит-рофенол освобождается. Поскольку он, в отличие от своего ацетата, интенсивно окрашен, то эту реакцию можно было детально исследовать фотометрически. [c.83]

На рис. 4 (взятом из статьи Бра-унштейна) показано изменение, происходящее при взаимодействии фермента с субстратом. Как видно, после связывания фермента с субстратом часть молекулы АВ располагается дальше, чем в исходной молекуле, что приводит к растяжению и ослаблению связи (рис. 4). [c.12]

При взаимодействии фермента (/ ) с субстратом (5) обра- [c.21]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология