Ферменты взаимодействие с лигандами

Рис. 6.1. Изотерма адсорбции для четырех 1, 2, 3 1 4) ферментов, взаимодействующих с одним и тем же иммобилизованным аффинным лигандом [35].

Следующим этапом рецепции является связывание молекулы лиганда—гормона, нейромедиатора — с рецептором, ведущее к восприятию сигнала. В результате взаимодействия лиганда с рецептором образуется лиганд-рецепторный комплекс, формально аналогичный фермент-субстратному комплексу (см. гл. XIV) [c.262]

Мы остановились на этих примерах, чтобы показать возможности расшифровки взаимодействий между активным центром фермента и лигандами. Химия выявляет поведение функциональных групп фермента и кофакторов. Однако этого недостаточно для количественного объяснения ферментативной активности, характеризуемой понижением энергии активации. Для ферментативного катализа необходима вся белковая глобула. Нельзя отрезать часть белковой цепп без ущерба для активности фермента. Химия не отвечает на вопрос о роли глобулярной структуры, описывая лишь события в активном центре. Эти задачи стоят перед физикой. [c.186]

Пусть ферментативная реакция протекает с образованием п -(- 1 ферментных комплексов EXi, включая свободный фермент, т. е. I = О, 1,. .., п. Сопоставим с каждым комплексом узел графа I, I и т. д., а с каждой стадией взаимодействия — две противоположно направленные ветви, если стадия обратима, или одну направленную ветвь, если стадия необратима. Каждую ветвь охарактеризуем ее величиной— вероятностью осуществления данной стадии равной константе скорости кц или константе кц, умноженной на концентрацию лиганда в стадиях взаимодействия фермента с лигандом. Скорость стадии Vij вдоль ветви I / равна [c.462]

Афинная хроматография основана на специфичности биомолекул Принципиально этим методом возможно получение абсолютно чистых веществ В нативном состоянии ферменты за счет своего активного центра и регуляторного участка (одного или более) взаимодействуют с небольшим числом лигандов, которые представляют собой субстраты, либо эффекторы Благодаря высокому сродству активного участка фермента к лиганду, их обратимому связыванию и отсутствию какой-либо другой реакции между лигандом и матрицей возможно эффективное проведение афинной хроматографии [c.51]

Для оценки эффективности гидрофобного взаимодействия фермент — органический лиганд оказалась полезной экстракционная модель, в рамках которой сравнивают термодинамические показатели комплексообразования [c.139]

Метод афинной хроматографии основан на единственной в своем роде биологической специфичности взаимодействия между биологическими макромолекулами, такими как ферменты, и лигандами — субстратами, специфическими ингибиторами и коферментами. Этот мощный метод приобретает все возрастающее значение для очистки ферментов. Обычным экспериментальным приемом в связи с этим является образование ковалентной связи между специфическим лигандом и нерастворимой матрицей-носителем. Результирующий материал пакуют в колонку, на которой, в принципе, будет сорбироваться только фермент (ферменты), обладающий значительным сродством к лиганду, в то время как все другие белки будут беспрепятственно проходить через нее. Элюция специфически адсорбированного белка достигается изменением состава растворителя, благоприятствующим диссоциации комплекса фермент-лиганд [127]. [c.642]

Во всех мостиковых комплексах фермент — металл — лиганд ион металла благодаря своим уникальным координационным свойствам играет важную роль во взаимодействии белок — лиганд. Однако обычно предполагается, что ион металла в комплексах фермент — металл — субстрат оказывает также и каталитическое влияние [8]. Предположение о каталитической роли часто вытекает из рассмотрения катализа ионами металла в модельных системах, которые лишь имеют сходство с биологическими реакциями [8, 26, 27]. Хотя предположение о каталитическом участии ионов металла и весьма привлекательно, однако убедительные доказательства их каталитической роли в биологических системах были получены лишь в нескольких случаях. Итак, роль иона металла в связывании и в катализе в биологических системах не легко разделить, а модельные исследования обладают лишь некоторой степенью приближения. [c.446]

Можно предположить, что при взаимодействии фермента с лигандом заряд фермент-лигандного комплекса равен сумме зарядов фермента и лиганда [c.97]

Чтобы определить путь, по которому протекает на самом деле образование мостикового комплекса, необходимо исследовать начальную скорость реакции и скорости связывания лиганда и металла, причем образование мостикового комплекса фермент — металл — лиганд должно протекать в кинетически контролируемой стадии. Однако до сих пор лишь для немногих систем проведено столь детальное кинетическое исследование. Для пируваткиназы из мышц [35, 38, 39] данные, описывающие механизм образования комплексов мостиковых металлов с ФЕП и АДФ, хорошо согласуются со всеми тремя возможными путями их образования (ср. гл. 18). Эти данные противоречат предположению [16] о том, что все комплексы нуклеотидов с ферментами, в которых принимают участие ионы двухвалентных металлов, образуются в результате взаимодействия фермента с комплексом металл — лиганд [уравнение (3)]. [c.448]

Кь—константа равновесия взаимодействия лиганд — фермент на стадиях сорбции [определяется уравнением [c.35]

Взаимодействия фермента с лигандом осуществляются благодаря и электростатическим, и гидрофобным силам. Коэффициент активности уг г-го компонента, проявляющего и электростатические, и гидрофобные свойства, согласно расширенной теории Дебая — Хюккеля, описывается уравнением [c.97]

При таком подходе клеточные рецепторы до некоторой степени уподобляются ферментам, а лиганды — субстратам, поскольку их соединение влечет за собой определенную реакцию, т. е. отклик (Волькенштейн, 1981). Для случая, когда кооперативность отсутствует, т.е. и = 1, и взаимодействие лиганда осуществляется с единичными рецепторами, это уравнение идентично уравнению Михаэлиса—Ментен для ферментной кинетики. В случае положительной кооперативности взаимодействия (л > 1) результирующий отклик системы на сигнал возрастает. Принято считать, что это происходит из-за взаимодействия мембранных рецепторов друг с другом. Примером могут служить высокочувствительные хеморецепторы ракообразных, различающие запахи аминокислот и пептидов (Belli, Re hnitz, 1989). Эти рецепторы расположены на окончаниях дендритов нервных клеток. Чувствительность хеморецепторов голубого краба к запаху аминокислот обнаруживается при концентрации 10 М и определяет дальнейшее поведение краба. Предполагается, что после взаимодействия хотя бы одного рецептора с единичным лигандом кооперативный отклик всех рецепторов вызывает локальную деполяризацию мембраны нервной клетки и соответствующий потенциал действия. Чувствительность мембранного рецептора к изменению состояния соседа определяется интефирующими свойствами бислойной липидной мембраны, в которой располагаются гидрофобные части рецепторов при этом значения показателя степени п могут достигать нескольких единиц. [c.131]

В методе аффинного элюирования наиболее часто используемыми полимерами являются ионообменники. Если сорбируемая молекула связывается с помощью групп, расположенных в связывающем участке фермента, то любой ионообменник может рассматриваться в качестве аффинного полимера, содержащего Oi6-щие лиганды . Когда образуется комплекс белка со свободным аффинным лигандом, заряженные группы в его связывающих центрах становятся защищенными от взаимодействия с ионообменником. Это защита может быть обусловлена стерическими факторами или, в наиболее благоприятных ситуациях, нейтрализацией противоположными зарядами на аффинном лиганде. Если различия в доступности заряженных групп в ферменте и в комплексе фермент — аффинный лиганд значительны, то фермент [c.160]

Большое разнообразие физиологических процессов является отражением взаимодействия лигандов с макромолекулами, особенно с белками. В первую очередь сюда относятся взаимодействия ферментов с их субстратами и другими молекулами, в результате которых изменяется ферментативная активность. Кроме того, существуют взаимодействия между гормонами и их рецепторами, между малыми молекулами и белками, участвующими в активном транспорте этих малых молекул, взаимодействия ионов с нуклеиновыми кислотами и белками, и т.д. Ясно, что фактически все биологические явления связаны с взаимодействиями макромолекул с лигандами, и не удивительно, что множество биохимических и биофизических исследований направлено на всестороннее изучение этих взаимодействий. [c.6]

При взаимодействии фермента с лигандом и с ионами кальция. [c.319]

Рис. 4.28. Различные кривые зависимости а от pH (для катионообменника) в присутствии лиганда, рассчитанные для взаимодействия моновалентного фермента с лигандом из уравнения (4.9). Предполагается, что а) сдвиг, индуцируемый лигандом, происходит только вследствие увеличения заряда и 6) суммарный заряд белка линейно зависит от величины pH в этой области. Кривые справа налево отвечают концентрациям лиганда, превышающим Ль соответственно в О, 1, 3, 10 и 100 раз.

Энергия взаимодействия выражается как ДСо=—и можно предположить, что она состоит из специфического взаимодействия фермента с лигандом и неспецифического взаимодействия [c.154]

Следует заметить, что прямое присоединение красителя к остову матрицы не уменьшает способность красителя связывать ферменты, т. е. в этом случае не нужен удлиняющий мостик. Как упоминалось в предыдущем разделе, причина, по которой при слабом взаимодействии фермента с лигандом необходим мостик, заключается не столько в возможности расположить лиганд на некотором расстоянии от матрицы, сколько в том, что введение мостика приводит к появлению неспецифических сил взаимодействия, усиливающих связывание. При величине /Сг(/Ср), лежащей в пределах 10 М, и высоких значениях т< для хорошей адсорбции белка на колонках с окрашенным адсорбентом не требуется дополнительных взаимодействий. Это видно из уравнения (4.5), например, при т< = 0,1 мМ, р<= =0,05 мМ и /Гр=0,001 мМ а = 0,98. Из сказанного должно следовать, что окрашенные адсорбенты идеально приспособлены для белков, связывающих нуклеотиды, особенно в сочетании с аффинной элюцией. На практике же возникает ряд трудностей. Главная из них заключается в неспецифических силах связывания, которые могут быть причиной менее эффективной аффинной элюции. Кроме того, существует такое множество белков, связывающих нуклеотиды, что если все эти белки, присутствующие в смеси, адсорбируются на колонке, то высокой степени очистки получить не удастся. [c.166]

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]

Пусть фермент взаимодействует с неким модифицирующим, но не реагирующим лигандом М Имеем для двухстадийной реакции модификации [c.475]

Другой вопрос касается протонакцепторной группы фермента. Взаимодействие с протоном, наблюдаемое по спектрам ЭПР, указывает на то, что протонакцепторная группа во всяком случае расположена вблизи молибдена, и, возможно, является одним из его лигандов. [c.285]

Способность фермента снижать АС+, вероятно, не является свойством, независимым от других его каталитических параметров. Например, как мы уже говорили в предположительном плане, повышенная каталитическая эффективность в смысле снижения ДС+, возможно, могла бы достигаться только за счет уменьшения эффективности на других этапах реакции — скажем, на этапе связывания субстрата. Поэтому отбор мог бы приводить к некоторому балансу между изменениями величин и изменениями во взаимодействиях ферментов с лигандами. Возможная степень снижения ДС могла бы определяться только после того, как фермент приобрел надлежащее сродство к субстрату. В заключение мы упомянем ряд нерешенных вопросов относительно роли изменений Д0+ в компенсации температурных эффектов. Играют ли такого рода изменения важную роль в эволюционной адаптации различных эктотермных видов Снижают ли ферменты эктотермных животных, акклимированных к холоду, величину ДС+ в большей степени, чем ферменты особей, акклимированных к теплу Может ли непосредственная компенсация температурных сдвигов интенсивности обмена осуществиться в результате мгновенных термически обусловленных изменений в каталитической эффективности фермента Этот последний вопрос, на который (как и на первые два вопроса) имеющиеся данные еще не позволяют ответить, подводит нас к рассмотрению второго свойства, важного с точки зрения эволюции ферментов,— способности их изменять свое сродство к субстратам при изменении температуры. [c.260]

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]

Пытаясь сделать какое-то обобп1ение относительно природы этих неподатливых параметров, мы можем только сказать, что они причастны к самой основе каталитического действия данного фермента. Ни в одном случае они не определяют ключевые регуляторные функции фермента. Эти 1юследппе функции, от которых зависит, в какой мере фермент будет использовать свой каталитический потенциал, уже не являются постоянными фиксированными сво11ствами, одинаковыми у всех вариантов данного фермента. Эти регуляторные параметры, включающие все взаимодействия фермента с лиганда.ми (субстратами, модуляторами, кофакторами), фактически определяют изменчивость ферментов, по крайне мере в функциональном плане. Какое же влияние оказывает давление на эти важные регуляторные реакции между ферментами и лигандами с меньшим молекулярным весом Какова их роль в адаптации ферментов к давлению [c.334]

Постсинаптические лиганл-зависимые каналы обладают еще двумя важными свойствами. Во-первых, как рецепторы они, подобно ферментам, взаимодействуют лищь с определенными лигандами и поэтом реагируют только на один нейромедиатор - тот, который высвобождается из пресинаптического окончания другие медиаторы не вызывают практически никакого эффекта. Во-вторых, как каналам им свойственна различная ионная специфичность одни могут избирательно пропускать К , другие - СГ и т.д.. в то время как третьи, например, могут быть относительно мало избирательны по отнощению к различным катионам, но не пропускают анионов Как мы увидим, природа постсинаптического ответа зависит от специфичной ионной проницаемости лиганд-зависимых каналов. [c.313]

О высокой комплементарности потенциальных поверхностей активного центра ренина и декапептидного ингибитора (субстрата), а следовательно, их предрасположенности к эффективным невалентным взаимодействиям можно судить по многочисленности межатомных контактов фермента с лигандом. Количественно это подтверждают данные, представленные в табл. 1.5, и показывающие резкое сокращение при сорбции ингибитора доступной растворителю поверхности аминокислотных остатков, образующих локусы 8 —8 Около половины остатков, в том числе А5р-32, А5р-215 и некоторые остатки флепа, оказываются полностью экранированными лигандом от контактов с внешней средой. Доступная растворителю общая площадь активного центра 460 А уменьшается в комплексе до 220 А. [c.98]

Чтобы не путать с предыдущим разделом, этот раздел, в котором описано то, что обычно понимается под названием аф- финная хроматография , озаглавлен Аффинная адсорбционная хроматография . В этом случае биоспецифический отбор происходит на стадии адсорбции, так как выделяемый белок обладает специфическим сродством к адсорбенту благодаря его способности связывать лиганд (рис. 4.32). Нет четкого разделения между действительно специфическими аффинными адсорбентами, которые кроме белков, имеющих центры связывания для иммобилизованного лиганда, связывают мало других белков, и адсорбентами общего типа, которые хотя и проявляют специфичность к определенным классам белков, связывают также и многие другие. Описание адсорбентов второго типа можно начать сокращенных адсорбентов, обладающих значительной избирательностью к ферментам, имеющим нуклеотидсвязывающие центры, а затем перейти к таким адсорбентам, как фосфоцеллюлоза, которая, будучи в основном ионообменником, часто используется в качестве псевдоаффинного носителя для белков, связывающих нуклеиновые кислоты [70], и ферментов, взаимодействующих с фосфорилированными сахарами [62, 63]. Хотя [c.146]

Во ВСЯКОМ случае, первый этап взаимодействия - это неполная "подстройка" фермента и лиганда. Для истишшх субстратов амидгидролаз, очевидно, конечный комплекс (ЕЪ или ЕЗ ) должен быть продуктивным фермент-субстратным комплексом. Первый же комплекс может быть результатом "заякоривания" субстрата ферментом по участку наибольшей специфичности, например участку первичной специфичности. Тогда можно себе представить, что вторая стадия заключается в реализации вторичных взаимодействий (вторичной специфичности) и она может сбпровождаться конформационными перестройками, вызывающими изменение структуры фермент-субстратного комплекса. Следствия таких представлений для понимания специфичности и эффективности катализа амидгидролазами будут изложены в разд.В.9. [c.278]

Необходимым условием образования стабильного комплекса фермента и лиганда является комплементарность взаимодействующих участков реагирующих молекул. Коыплементарность можно определить [3089] как наличие в таких участках вза- [c.285]

В биологии существует много примеров, когда взаимодействия лигандов с макромолекулами представляют собой кооперативные процессы. Одним из наиболее хорошо изученных примеров является связывание кислорода гемоглобином, которое подробно обсуждается в гл. 17. Кроме того, кооперативно связывают субстраты и другие молекулы многие л<1ультисубьединичные ферменты. Например, подобным образом функционирует фермент аспартат-карбамоилтрансфераза (рассмотренный в гл. 17). И наконец, нуклеиновые кислоты в некоторых случаях также связьгаают отдельные лиганды кооперативно. Таким образом, кооперативные взаимодействия широко распространены в биологических системах.. [c.17]

Описанный метод получил дальнейшее развитие, и на его основе был разработан прием аффинной хроматографии [122], который сводится к тому, что в буферный раствор добавляют лиганд, изменяющий адсорбционные характеристики. Будь то гидрофобные адсорбенты или агароза, принципы аффинной хроматографии остаются теми же, что и в случае использования более специфических адсорбентов (разд. 4.5) или ионообменников (разд. 4.4). Сначала в отсутствие лиганда находят условия, которых еще не вполне достаточно, чтобы вызвать нужный эффект (в данном случае элюцию). Затем добавляют лиганд, что слегка нарушает установившееся равновесие и приводит к ожидаемому эффекту. Важно, чтобы при добавлении лиганда происходило заметное изменение существенного для очистки свойства, в данном случае — гидрофобного взаимодействия. Лиганд должен сохранять способность связываться с ферментом в условиях, существующих в колонке, т. е. при высокой концентрации соли. Примером аффинного осаждения может служить очистка некоторых тРНК-аминотрансфераз [122] связывание крупной молекулы тРНК приводит к заметному снижению адсорбционной способности колонки, что позволяет осуществлять элюирование. [c.187]

Биологически активное вещество может связываться с клеткой специфически и неспецифически. Неспецифическое связывание представляет собой сорбцию на определенных структурах клетки (например, встраивание гидрофобных молекул вещества в липидный бислой) и имеет линейную зависимость от концентрации вещества (рис. 50). Специфическое связывание происходит за счет комплементарного взаимодействия лиганда с определенными молекулами клетки, количества которых ограничено. Такими молекулами могут быть ферменты, участвующие в метаболизме данного вещества, или рецепторы, опосредующие действие данного вещества на клетку. Специфическое связывание протекает по кршетике с насыщением (см. рис. 50). Это-быстрый и обратимый процесс. Б отличие от неспецифического такое связывание блокируется химическими [c.132]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология