Холинэстераза анионные центры

Из результатов исследования рН-зависимости действия холинэстераз следует, что активность ферментов связана с функциями группировки, рк которой составляет 8,5—10. К таким группировкам может быть отнесен гидроксил тирозина (см. стр. 112). Однако каких-либо прямых доказательств участия гидроксила тирозина (как впрочем и имидазола гистидина) в каталитическом действии холинэстераз нет. Вместе с тем не подлежит сомнению тот факт, что в образовании фермент-субстратного-комплекса ацетилхолин — холинэстераза участвуют в качестве обязательных не менее трех связей. Поэтому во всех современных схемах механизма действия холинэстераз фигурируют гидроксил серина, связанный с имидазолом гистидина,— в качестве постулированной Уилсоном нуклеофильной группировки эстеразного центра ионизированная карбоксильная группа — в качестве анионного центра в некоторых схемах гидроксил тирозина — в качестве кислотной группы эстеразного центра [16, 18, 141, 156]. [c.238]

Рис. 10. Расположение тетраметиламмония — катионного ингибитора на анионном центре холинэстераз.

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]

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]

На основании этих данных можно полагать, что анионный центр активной поверхности холинэстераз выполняет не только якорную функцию при взаимодействии с катионной головкой ацетилхолина (см. также стр. 237). Это взаимодействие сопровождается изменениями конформации белка в районе активного центра в направлении, благоприятствующем образованию других связей с молекулой субстрата, необходимых для каталитического эффекта. [c.193]

Как уже отмечалось выше, в активном центре холинэстераз, помимо нуклеофильной группировки, способной реагировать с фосфорорганическими соединениями структуры (ХИ1) с образованием фосфорильных неактивных производных, существует анионная группировка, несущая отрицательный заряд. Этот анионный центр фермента может взаимодействовать с катионным центром субстрата — ацетилхолина — в процессе катализа, а также с другими катионами, в результате чего изменяется (как правило, падает) активность фермента. В связи с этим представляют интерес два вопроса вопрос о расстоянии между анионной и нуклеофильной группировками в активном центре холинэстераз и вопрос об их взаимном влиянии. Известный вклад в решение этих проблем внесли кинетические исследования взаимодействия холинэстераз с бифункциональными фосфорорганическими ингибиторами. [c.218]

Все эти данные подтверждают предположение о том, что реакционноспособность эстеразного центра находится в зависимости от состояния анионного центра активной поверхности холинэстераз. Об этом также свидетельствуют результаты исследований по кинетике взаимодействия необратимых фосфорорганических ингибиторов с холинэстеразами в присутствии субстрата. Выше (см. стр. 118) были приведены доказательства того, что в присутствии ацетилхолина фосфорорганические ингибиторы взаимодействуют лишь со свободными активными центрами фермента. При этом под свободным активным центром подразумевался такой, у которого все группировки были свободными. [c.228]

Выше было отмечено, что при реакции иона тетраалкиламмония (в составе субстрата холинэстераз или ингибитора) с анионным центром активной поверхности фермента, помимо чисто кулонов-ского взаимодействия, имеет значение строение алкильных радикалов у четвертичного атома азота. Это свидетельствует об участии определенным образом расположенных в пространстве алкильных групп при азоте в реакции с активной поверхностью холинэстераз. Возникает, однако, вопрос, какова относительная роль электро- [c.231]

VII. АНИОННЫЕ ЦЕНТРЫ В АКТИВНЫХ ЦЕНТРАХ ХОЛИНЭСТЕРАЗ [c.308]

МЕЖИОННЫЕ РАССТОЯНИЯ И ЧИСЛО АНИОННЫХ ЦЕНТРОВ в ХОЛИНЭСТЕРАЗАХ [c.315]

ВИДНО, что приведенные данные не свидетельствуют в пользу той точки зрения, что анионными центрами обладает только истинная холинэстераза. [c.319]

О силах, действующих между четвертичными аммониевыми ионами и анионными центрами в холинэстеразах [c.320]

СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ И МЕЖАТОМНОЕ РАССТОЯНИЕ В КОМПЛЕКСЕ АММОНИЕВОГО ИОНА С АНИОННЫМИ ЦЕНТРАМИ ХОЛИНЭСТЕРАЗ РАСЧЕТЫ ОСНОВАНЫ НА УРАВНЕНИИ (10) [c.322]

Интенсивное изучение избирательности субстрата и ингибитора, кинетики гидролиза и влияния изменения pH на реакции, катализируемые холинэстеразами, дало ценные сведения о структуре активной поверхности и механизме ферментативного гидролиза. Выводы, сделанные в различных разделах данной работы, были использованы для создания общей схемы (рис. 13), иллюстрирующей возникновение соединения катионного субстрата ацетилхолина с активной поверхностью истинной холинэстеразы. На этой схеме показан двойной анионный центр — имидазольное кольцо и фенильный гидроксил, обусловливающие прикрепление субстрата за счет электростатических, ковалентных и водородных связей. Из рис. 13 видно, что гидроксильная группа серина находится в непосредственной близости от поверхности белка, но в несвязанном состоянии. Несмотря на большой труд, затраченный в этих исследованиях, предложенная схема остается гипотетической (может быть, за исключением серинового фрагмента), так как высокий молекулярный [c.324]

Наиболее изучен механизм действия фосфорорганических инсектицидов, поэтому необходимость сродства молекул яда и рецептора можно показать на их примере. Все фосфорорганические соединения должны имитировать эфирную часть ацетилхолина и содержать функциональную группу, способную сорбироваться на анионном центре холинэстеразы. В противном случае токсичность их для насекомых будет невелика. [c.30]

Вначале было установлено, что активная поверхность холинэстеразы содержит центры двух типов один был назван эстераз-ным, а другой — анионным. Анионный центр имеет отрицательный заряд и связывается с четвертичным атомом азота ацетилхолина, тем самым повышая сродство фермента к субстрату. Эстераз-ный центр завершает гидролиз специфического субстрата, а также гидролизует менее специфические субстраты, кроме этого, он является местом атаки ФОС. Эстеразный центр содержит кислотную группу, которая неактивна в виде нейтрализованной формы (сопряженное основание), и основную группу, которая также неактивна в нейтрализованном виде (сопряженная кислота). [c.29]

В связи с тем, что истинная холинэстераза содержит больше чем один анионный центр (стр. 33), представило интерес синтезировать ФОС, имеющие в своем составе две соответственно расположенные четвертичные группы. Антихолинэстеразная активность таких соединений оказалась более высокой вследствие возможности связи молекулы ингибитора с ферментом в нескольких местах. [c.119]

Прежде всего было установлено, что ингибирующее действие солей тетраалкиламмония (во всяком случае низших членов гомологического ряда) является конкурентным, т. е. что они взаимодействуют в пределах активного центра обоих типов холинэстераз [126, 127]. Далее выяснилось, что ингибирующее действие ионов тетраметил- и тетраэтиламмония зависит от pH и уменьшается в области кислых значений pH (рис. 49). На этом основании был сделан вывод, что с ионами взаимодействует карбоксилат-анион, диссоциация которого подавляется в области низких значений pH [16]. [c.185]

Все эти, а также и другие кинетические данные, которые будут приведены ниже, с несомненностью свидетельствуют о том, что в активном центре холинэстераз имеется группировка анионного характера, играющая важную роль в каталитическом действии [c.187]

Вопрос о пространственном соответствии структур триметил-аммонийной и 3,3-диметилбутильной группировок о структуре анионного центра холинэстераз нельзя считать вполне ясным. Так, при исследовании субстратной специфически ацетилхолинэстеразы мозга крыс Меротра и Доутерман [178] нашли, что этильный аналог ацетилхолина (XXXIX) [c.236]

Далее происходит синхронный электромерный сдвиг и переход протона к холину с образованием ацетилированного по гидроксилу фермента и протонированного имидазола [141]. Следующий элементарный акт с участием воды может произойти лишь после того, как молекула холина покинет анионный центр фермента. Об этом свидетельствуют результаты изучения влияния холина на деацетилирование холинэстеразы, полученные Крупкой и Лейдлером, а также А. П. Бресткиным и сотрудниками [179]. По-види-мому, для успеха атаки воды необходимо новое изменение конформации активного центра, которое наступает после диссоциации комплекса фермент — холин и восстановления отрицательного заряда анионной группировки. Молекула воды образует связь с карбонильным кислородом и кислордом тирозина, после чего происходит обратный электромерный сдвиг и переход протона от воды к тирозину и от имидазола — к гидроксилу серина. При этом выделяется второй продукт реакции — уксусная кислота — и регенерируется фермент в исходной конформации. [c.239]

Можно сделать вывод, что для псевдохолинэстеразы ei = I, а для истинного фермента ei = 2 (см. также VII,6). В последнем случае было показано, что одиночный четвертичный ион соединяется с ферментом, по меньшей мере в интервале концентраций, используемых при определении (Iso) [57]. (При более высоких концентрациях ингибитора могут образоваться соединения ЕЬ. Результаты, представленные в табл. 2, свидетельствуют о том, что один положительно заряженный атом азота соединяется с двумя анионными центрами холинэстеразы, как показано на рис. 10 последний иллюстрирует тот факт, [c.316]

С эстеразным центром, то образуется неактивный комплекс Е5г. Здесь катионная группа связана по отдельности с каждым анионным центром. Отсутствие реакции гидролиза у такого образования является следствием заполненности поверхности, т.е. результатом конкуренции между молекулами субстрата и воды из окружающей среды. Аналогичным образом малая скорость гидролиза бутирилхолина под действием истинной холинэстеразы может явиться результатом конкурирующего действия между более длинной цепью ацила и водой. [c.320]

Антихолинэстеразная активность ариловых эфиров М-метил-карбаминовой кислоты, содержащих в арильном остатке алкилмеркаптогруппу, сильно зависит от полярности заместителей в ароматическом остатке [1]. Наибольшую активность проявляют ортоизомеры, наименьшую — пара-изомеры. Полагают, что это связано с взаимодействием атома серы с анионными центрами холинэстеразы. [c.304]

Однако, как видно на рис. 2, эта кривая имеет растянутый максимум, расположенный между pH 7,5 и 9 (это справедливо для аце-тилхолинэстеразы, а не для сывороточной холинэстеразы) и совсем не похожа на кривую зависимости ингибирующей активности ТЭПФ от pH (см. рис. И, стр. 102). Как показали Бергманн и Шимони [14], это объясняется тем, что анионный центр так же, как и эстеразный, чувствителен к изменению pH, а основное отличие во взаимодействии этих двух веществ с активной поверхностью фермента заключается в том, что ацетилхолин реагирует с обоими центрами, а ТЭПФ только с эстеразным. Для подтверждения своей точки зрения они исследовали действие четырех ингибиторов, имеющих четвертичный атом азота, два из которых не могли реагировать с эстеразным центром, и обнаружили лишь небольшое изменение степени угнетения при возрастании pH от 7 однако при понижении pH угне- [c.31]

Бергманн внес два важных изменения в ранее существовавшую теорию а) вандерваальсовы силы (поляризационные силы, действующие на небольшом расстоянии), возникающие между углеродной цепью субстрата и поверхностью фермента, играют столь же важную роль, как и описанные выше силы кулоновского взаимодействия, которые связывают карбонильную и четвертичную группы. Так, в ряду н-алкилтриметиламмониевых солей сила связывания, определенная по степени угнетения холинэстеразы, возрастала линейно с удлинением алкильной цепи. Вероятно, эта связь возникает не с эстеразным или анионным центром, а с другими участками поверхности фермента. Бергманн и Сегал [131 подсчитали, что энергия связи каждой метиленовой группы для ложной холинэстеразы со- [c.32]

Величина (и, следовательно, различные возможные значения /50) для взаимодействия ингибитора с определенным видом холинэстеразы зависит от pH и температуры. Влияние изменения pH на степень угнетения холинэстеразы под действием ТЭПФ было использовано Вильсоном для выяснения строения активной поверхности истинной холинэстеразы электрического угря (рис. И). Он считает, что строение молекулы ТЭПФ не зависит от pH, а изменения, которые видны на рис. 11, отражают изменения степени ионизации активных центров фермента. Об этом было сказано выше (стр. 34). Здесь же достаточно отметить, что наличие оптимума pH для процесса торможения холинэстеразы ФОС является результатом изменений эстеразного центра. Если молекула ФОС содержит группу, которая при реакции с холинэстеразой взаимодействует с анионным центром фермента, то картина оказывается еще более сложной, так как величина заряда анионного центра тоже зависит от pH [17]. Если группа, связывающая анионный центр, является, скажем, четвертичным азотом (например, в фосфопиристигмине), то она не изменяется при сдвигах pH. Но если эта группа содержит третичный азот (как в тетраме), то ее строение (или степень ее протонизации) в большой степени зависит от pH. Такая структурная модификация приводит к изменению сродства ингибитора к активной поверхности фермента, что в свою очередь влияет на другие эффекты, вызываемые изменением pH [81 ]. [c.101]

Стерические факторы не были детально изучены для фосфорорганических ингибиторов, но зато имеются обширные данные, полученные при исследовании специфичности на примере различных субстратов и ингибиторов, синтезированных специально для изучения природы активных центров. Данная книга не является трактатом о холинэстеразе, поэтому подробности этих исследований здесь не обсуждаются, но некоторые выводы из них играют важную роль при изучении механизма действия фосфорорганических ингибиторов. На основании ряда работ Фрисса и его сотрудников (см., например, работы [37—39]) стало очевидным, что совершенна не обязательно наличие в молекуле четвертичной группировки для взаимодействия с анионным центром фермента и карбонильной группы для реакции с его эстеразным центром. Для взаимодействия с холинэстеразой необходимо существование участка с повышенной электронной плотностью, удаленного на расстояние СНа — СНа-группы от полиметилированного атома азота (предпочтительнее четвертичного) [38]. Однако взаимодействовать с анионным центром холинэстеразы может и другая, отличная от четвертичного азота, катионная группа (например, в метилсульфате изо-систокса). [c.119]

Действие ацетилхоли н—г идролазы (ацет и л -холинэстеразы) . Активный центр ацетилхолин—гидролазы состоит из двух участков — эстеразного и анионного (см. стр. 213). При приближении ацетилхолина к ферменту происходит связывание триметил-аммониевой группы ацетилхолина с анионным участком. Это в свою очередь повышает вероятность и облегчает взаимодействие ацетильной группы ацетилхолина с гидроксилом серина эстеразного участка фермента, приводящее к разрыву связи ацетильной группы с холином и образованию ее связи с кислородом серина. В этом процессе принимают участие акцептор и донор протона. Акцептором протона является имидазольное кольцо гистидина. Роль донора предположительно отводится тирозину, находящемуся вблизи активного центра фермента (рис. 41). [c.238]

Субстрат обычрю связывается с двумя участникаш холинэстеразы. Карбо (- СО О) группа холиновых эфиров присоединяется водородными связями к эстеразному центру фермента, выполняющему собственно гидролизующую функцию, а группа aцeтилxoJшнa (катионная головка) соединяется с анионным центром холинэстеразы, который вьшолняет лишь функцшо правильной ориентации субстрата. [c.66]

В связи с вышеприведенной схемой (см. рис. 5.6) можно легко понять эффект ингибирования различными веществами холинэстераз. Например, соли карбаминовой кислоты (прозерин, эзерин) в низких концентрациях (10 М - 10 М) угнетают активность ферментов гидролиза холиновъг эфиров. Аминогруппа шиибитора, находящаяся рядом с карбонильной группой, связывается с анионным центром холинэстеразы, не затрагивая эстеразный центр. Ингибирование носит конкурентный характер и может быть обратным. [c.67]

Другие доказательства участия анионной группировки активного центра фермента в каталитическом действии холинэстераз были получены при исследовании субстратов и ингибиторов, содержащих способные к ионизации группировки. С этой целью изучалась кинетика гидролиза диметиламиноэтилацетата при различных значениях pH среды, т. е. при разной степени ионизации субстрата [c.186]