Четвертичная структура значение для ферментов

Из 102 элементов периодической системы в живых организмах обнаружено не менее 60. Многие из них относятся к металлам и встречаются в живых клетках в виде разнообразных комплексных соединений. Уже давно стало ясно, что металлы, даже встречающиеся в живых тканях в крайне низких концентрациях (так называемые микроэлементы), и их комплексы — это не случайные примеси, а биологически важные компоненты клетки. Множество патологических нарушений, связанных с недостаточностью в клетке железа, меди, цинка, марганца, молибдена, кобальта, не говоря уже о более распространенных в живых тканях металлах кальции, магнии и др., имеют большое значение для биохимии животных и растений, а также для прикладных областей. Исследования биохимических процессов, в которых участвуют ионы металлов, представляют сравнительно новую, но уже вполне определившуюся и быстро развивающуюся область науки, называемую бионеорганической химией. К ней относится также и моделирование структурных и функциональных параметров природных комплексов металлов. Несмотря на значительные различия выполняемых физиологических функций, типов катализируемых реакций и структур реакционных центров, ферменты, являющиеся предметом исследования в бионеорганической химии, объединяет одна особенность— участие ионов металлов или в самом каталитическом акте, или в поддержании третичной или четвертичной структуры белка, необходимой для оптимального функционирования фермента. Это определяет известную общность подходов к изучению ферментов указанной группы и выбор некоторых методов исследования, заимствованных, с одной стороны, из арсенала энзимологии, а с другой - из химии координационных соединений. [c.5]

Из того факта, что многие ферменты утрачивают при низких температурах свою четвертичную структуру, был сделан предположительный вывод об особом значении гидрофобных взаимодействий для стабилизации агрегатов из полипептидных субъединиц. Как уже упоминалось, из всех слабых связей и взаимодействий, стабилизирующих структуру высших порядков, только гидрофобные взаимодействия ослабевают с понижением температуры. Высказывалась мысль, что само существование ферментов, состоящих из нескольких субъединиц, связано с избытком гидрофобных остатков в их полипептидных цепях, что таких остатков здесь больше, чем их может быть заключено внутри одной свернутой в третичную структуру цепи (фиг. 73). Судя по некоторым оценкам относительной доли гидрофобных остатков, необходимых для образования четвертичной структуры, наличие около 30% таких остатков почти всегда будет неизбежно вести к образованию четвертичной структуры. Как показывает анализ аминокислотного состава белков, состоящих из одной цепи и из нескольких субъединиц, ферменты первого из этих двух типов содержат 13—31% гидрофобных остатков, а ферменты второго типа —от 29 до 38% гидрофобных остатков. [c.219]

Меркаптидные связи имеют значение для поддержания макромолеку-ля]шой структуры некоторых ферментов (глутаматдегидрогеназы, алкогольдегидрогеназы и др.). Так, в случае алкогольдегидрогеназы ионы образующие меркаптидные связи, соединяют отдельные субъединицы фермента в каталитически активный полимер (четвертичная структура). [c.205]

По-видимому, биологический смысл образования четвертичной структуры с кооперативными взаимодействиями между активными центрами в данном случае и заключается в создании фермента, обладающего сильно отличающимися значениями Кт и Кв для кофактора. Такая особенность позволяет, с одной стороны, крайне прочно связывать кофактор в двух из четырех активных центров,, что обеспечивает эффективную конкуренцию за НАД с другими дегидрогеназами и высокую стабильность молекулы фермента, а с другой — эффективно осуществлять катализ (практически так же, как и в мономерной форме). Кооперативные взаимодействия между субъединицами позволяют создать ферментативную систему, в минимальной степени зависящую от концентрации НАД. Учитывая, что глицеральдегид-З-фосфатдегидрогеназа катализирует центральную стадию гликолиза, на которой возникает первое макроэрги-ческое соединение, а НАД эффективно используется в целом ряде конкурирующих процессов, указанный механизм должен играть важную роль в обеспечении эффективного функционирования энергетического обмена. [c.92]

Вопрос об интерпретации термодинамических констант реакций ингибирования ферментов столь же сложен, как и для реакций с субстратами, и в литературе освещен в еще меньшей степени. Имеющиеся экспериментальные данные о термодинамике взаимодействия холинэстераз с ингибиторами типа четвертичных солей алкиламмония говорят о важной роли энтропийного фактора в этом процессе, что свидетельствует о значении анионных центров фермента в поддержании его трехмерной структуры, необходимой для организации активного центра (см. стр. 190). [c.136]

Однако на основании близости структуры катионной части молекулы ацетилхолина и тетраметиламмония и, вследствие этого, близости их в отношении сродства к холинэстеразам (ср. величины Кт и Кс в табл. 12 и 23), можно высказать предположение, что при взаимодействии холинэстераз с четвертичным ионом ацетилхолина первоначально образующаяся ионная связь имеет не только якорное значение. Образование этой связи приводит, по-видимому, к существенным конформационным изменениям молекулы фермента, и именно на этом этапе процесса организуется необходимый для высокого каталитического эффекта активный центр. [c.191]

Четвертичная структура может быть как гомогенной, так и гетерогенной. В первом случае в функциональную структуру ассоциированы только идентичные полипептидные цепи, в то время как элементами белков с гетерогенной четвертичной структурой являются неидентичйые цепи. Оказалось, что у глобулярных белков с Л/ > 50 ООО всегда доминирует четвертичная структура. До 1974 г. было известно приблизительно 650 белков с четвертичной структурой, из них 500 ферментов. Принцип образования четвертичной структуры имеет важное значение для функции белка. Например, становятся возможными кооперативные реакции, имеющие значение для регуляторных процессов в клетке. [c.386]

При специфич. взаимодействии белка с др. соед. (напр., при образовании фермент-субстратного комплекса, формировании четвертичной структуры) Т. с. может щ)етерпевать локальные перестройки, имеющие важное функц. значение. Необходимую для функционирования белка точность организации Т. с. обеспечивает система водородных связей, пронизывающая всю глобулу. В. М. Степанов. [c.588]

Фермент альдолаза (мол. вес. 150 000) прн обработке К сло-той (pH 2,9 или ниже) диссоциирует на три цепи с молекулярным весом 50 000 каждая, имеющих идентичную иерЕичи то структуру. При возвращении pH раствора к нейтральным значениям три полипептидные цепи ассоциируют, образуя натшзную четвертичную структуру. Известно много другпх примеров ассоциации одинаковых полипептидных цепей. Крайним случаем такого рода является белок вируса табачной мозаики, образующийся при ассоциации 2000 идентичных единиц, причем л олеку-лярный вес агрегата достигается 3-10 . Некоторые белкп состоят из цепей нескольких типов. Например, гемоглобин, белок крови, переносящий кислород, состоит из четырех цепей, по две каждого вида. [c.382]

Б. с четвертичной структурой привлекают внимание потому, что именно наличие четвертичной структуры обусловливает ряд важных свойств Б., необходимых для выполнения важных биологич. функций. Так, четвертичная структура определяет функции опорных (структурных) белков, напр, коллагена, ферментативную функцию ряда ферментов, иммунные свойства антител (у-глобулинов) и т. д. При нарушении четвертичной структуры утрачиваются соответствующие свойства этих Б. Еще большее общебиологич. значение имеет участие Б. с четвертичной структурой в регуляторных системах живых организмов. Особого внимания в этом отношении заслуживает аллостерич. регуляция. [c.123]

ДОЛЖНО происходить за счет тех же множестьенных сил, которые ответственны за стабилизацию третичной и четвертичной структуры белков. И лишь для субстратов значительно меньшего молекулярного веса могут оказаться успешными попытки оценить индивидуальные силы связывания в чистом виде . Связывание белками различных небольших молекул, например неорганических ионов и некоторых ароматических структур, изучалось совершенно независимо от развития проблем ферментативного катализа. Но при этом были получены результаты, имеющие важнейшее значение для понимания механизма образования фермент-субстратных комплексов. [c.57]

До сих пор рассматривалась лишь ассоциация идентичных белковых молекул. Однако строго определенные комплексы могут образовываться и из различных компонентов. Важным случаем взаимодействия этого тина является гемоглобин человека и высших млекопитающих. В целом он состоит из четырех субъединиц, которые при низких значениях pH могут быть отделены одна от другой [983, 984]. Эти субъединицы попарно подобны, причем подобные пары в менее диссоциирующей среде, по-видимому, существуют в виде димеров [985, 986]. Асимметричное расщепление гемоглобина — обратимый процесс, и строительные блоки гемоглобина различного происхождения (значительно различающегося по своему химическому составу) могут рекомбинироваться с образованием гибридного гемоглобина [987]. Расшифровка кристаллической структуры гемоглобина подробно объяснила способ точной укладки четырех субъединиц и позволила сделать вывод о наличии строго определенной четвертичной структуры белка. Аналогичное положение, по-видимому, наблюдается и для фермента — триптофансинтетазы, который создается в некоторых живых организмах в виде двух различных белков. После разделения этих двух белков они проявляют совершенно различную каталитическую активность в процессе ассоциации, приводящей к образованию комплекса [988, 9891. Экспериментальные данные позволяют высказать предположение о том, что каждая субъединица комплекса несет часть ферментативного центра, и, таким образом, две субъединицы должны соответствовать друг другу точно установленным геометрическим образом. Подобное явление представляет образование комплекса из трех или четырех ферментов, которые катализируют ряд реакций, приводящих к дегидрогенизации а-кетокислот [990]. Этот комплекс исключительно устойчив и диссоциирует с большим трудом. Очевидно, такая ассоциация ферментов, участвующих в катализе последовательности метаболических процессов, с биологической точки зрения более предпочтительна, так как она устраняет необходимость обновления комплекса фермент-субстрат для каждой стадии реакции. [c.337]

Таким образом, исследование Са +-связывающих свойств холофермента и выделенной из него б-субъединицы хорошо демонстрировало значение четвертичной структуры фермента в регуляции его ионами Са +. По-видимому, на связывание Са + с б-субъ-единицей оказывает влияние не только прочносвязанная с ней -у-субъ-единица [122], но и другие, а- и р-субъединицы, в отсутствие которых комплекс у6 лишь частично проявляет свою активность без добавления Са + [120, 121]. [c.71]

Для изучения четвертичной структуры НАД-киназы из скелетных мышц кролика использовали препараты фермента, очищенные в 150—300 раз. Тремя независимыми методами электрофорезом в однородном геле и в градиенте концентрации полиакриламидного геля, путем разделения в тонком слое сефадекса С-200, с помощью гель-фильтрации через колонку с сефадексом С-200 — была обнаружена большая гетерогенность препарата в отношении НАД-киназы [2, 4]. Локализацию фермента в геле определяли по измерению активности в элюатах, полученных после разрезания столбика геля на диски толщиной 2 мм. При это оказалось, что по данным диск-электрофореза в однородном геле ферментативной активностью обладают четыре зоны, характеризующиеся значениями Rf 0,1, 0,52, 0,73 и 0,98. Повторный электрофорез белка с электрофоретической подвижностью, близкой к 1,0, после его элюции и кондентрирования обнаружил несколько белков с более низким, чем у исходного, значением Rf (0,73, 0,52, 0,07). [c.137]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология