Имидазол в активном центре фермента

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]

Трипсин и химотрипсин, очевидно, имеют второй активный центр, содержап ий гистидин. Второй участок удален от первого, но на спиральной цепочке они сближены. Установление активной роли гистидина основывалось частично на изменении скорости ферментативной реакции в зависимости от pH, что соответствовало предположению о стратегическом расположении слабоосновного остатка, имеющего характер гистидина. Даже сам имидазол также катализирует гидролиз простейших сложных эфиров (БрюИ С" и Шм Ир 1965—.19i57 Бендер, 1957). 7 о, что фермент в 10 раз эффективнее, чем имидазол, имеет аналогию в модельных опытах по мутаротации глюкозы — реакции, катализируемой кислотами и основаниями. о -Оксипиридин, содержащий кислотный и основной центры (оба относительно слабые), более эффективен как катализатор, чем смесь пиридина и фенола (Свайн, 1952). И в а-окси-пиридине, и в протеолитическнх ферментах бифункциональность повышает каталитическую активность, поскольку протоны могут быть одновременно поданы и отщеплены в сопряженной реакции. Механизм действия, предложенный, Нейратом (1957) для химотрипсина, сводится к следующему. При взаимодействии гидроксильной группы серина с имидазольным кольцом гистидина отщепляется протон и образуется активированный комплекс П, имеющий электрофильный и нуклеофильный центры. [c.714]

Сочетание рентгеноструктурных и химических данных позволило идентифицировать группы, связывающие 7п в активном центре. Среди них два имидазола, принадлежащие к остаткам гисти-днна-б9 и -196, и карбоксильная группа глутаминовой кислоты-72. Ион цинка можно обменивать на ионы других металлов, вновь полученные металлоферменты обладают собственными характерными реакционными способностями (или не обладают вовсе)- в отнощении амидных (и сложноэфирных) субстратов, но апофер-мент, не содержащий иона металла, полностью неактивен, как и следует полагать, если ион металла играет важную роль в катализе. Современные взгляды на механизм действия фермента частично опираются на химические данные, но особенно на кристаллографические работы, включающие трехмерные структуры не только нативного фермента, ио также его комплекса с глицил- -тирозином, полученным при диффузии дипептида в кристаллы фермента [78]. [c.502]

Это свойство имидазола играет важную роль в механизме действия гидролитических ферментов,, содержаш,их остаток аминокислоты гистидина (см. 11.1.1) в активном центре ферментов, расщепляющих пептидные связи в белках (см. 11.2.1). [c.288]

Согласно представлениям, которые сложились в гомогенном катализе, к каталитически активным радикалам бёлка относятся нуклеофильные группы (такие как имидазол гистидина, оксигруппы серина или тирозина, тиоловые группы цистеина, е-аминогруппы лизина, ионизованные карбоксилы аспарагиновой и глутаминовой кислот и др.) и электрофилы (ион имидазолия, неионизованные карбоксильные группы, ионы металлов и т. п.). В первичной структуре молекулы фермента группы активного центра обычно удалены друг от друга (см. рис. 1). Однако в третичной структуре аминокислотные остатки, принимающие участие в катализе, некоторым образом фиксированы [c.17]

У простых ферментов активные центры образуются за счет своеобразного расположения аминокислотных остатков в структуре белковой молекулы. К таким аминокислотным остаткам следует отнести 5Н-группы цистеина ОН-группы серина — МН-группы кольца имидазола в гистидине, а также некоторое значение придается карбоксильным группам аспарагиновой и глутаминовой аминокислот, индольной группе триптофана и др. Хотя вопрос о природе и механизме действия активных центров представляет большой интерес, но, к сожалению, наши сведения об этом являются пока ограниченными. Выяснено, что количество активных центров в ферментах, как правило, очень ограничено так, например, большинство ферментов имеют от 1 (трипсин, химотрипсин, карбокси-полипептидаза и др.) до 3—4 (уреаза) активных центров, и только отдельные ферменты содержат их в больших количествах (от 20 до 100 содержится в холинэстеразе и др.). [c.106]

Наиболее эффективным из основных катализаторов является имидазол гистидина — распространенный компонент активного центра ферментов. Типичный механизм нуклеофильного катализа — атака молекулой катализатора карбоксильного атома углерода с образованием цвиттериона и последующим разрывом молекулы субстрата. [c.117]

Помимо имидазола и его сопряженной кислоты, в боковых цепях аминокислот и коферментов имеется целый набор групп, таких, как карбоксильная, сульфгидрильная, аммонийная, фенольная, которые являются эффективными общекислотными и общеосновными катализаторами и которые, как известно, содержатся в активных центрах ферментов. К сожалению, общий кислотно-основной катализ — это тема, о которой проще размышлять, чем проводить четкие эксперименты. Известно всего лишь несколько ферментативных реакций, в механизме которых было доказано участие общеосновного или общекислотного катализа. Несколько больше описано реакций, для которых существуют косвенные доказательства такого катализа, и для огромного числа реакций общий кислотно-основной катализ предполагается без соответствующих доказательств, поскольку он является разумным и привлекательным путем увеличения скорости реакции. [c.142]

Известен ряд нуклеофильных соединений, весьма эффективных в качестве основных катализаторов. Наиболее известным из них является имидазол. Имидазол гистидина — наиболее распространенный компонент активного центра ферментов гидролиза и многих других процессов. Каталитические функции имидазола подробно рассматриваются в 3 этой главы, где и приведены соответствующие механизмы реакций. [c.22]

Ферменты, как правило, работают в определенном диапазоне pH и. чарактери-зуются некоторым оптимальным значением pH, при котором при прочих равных условиях скорость реакции имеет наибольшее значение. Причины такого характера зависимости можно пояснить на примере кинетики гидролиза цитидин-2, 3 -фосфата, катализируемого панкреатической рибонуклеазой. Как следует из рис. 60, изображающего активный центр фермента на второй стадии реакции расщепления РНК, каталитически активной является форма фермента, у которой остаток имидазола, принадлежащий Н1з-12, протонирован и способен подать протон на атом 2 -0 циклофосфааного фрагмента, а остаток имидазола, принадлежащий Н18-119, не протонирован и способен принять протон у атакующей 212 [c.212]

К различиям ферментативных и модельных реакций можно отнести и то, что субстраты фермента (например, ацетилхолин) не являются субстратами каталитической реакции, проводимой имидазолом в растворе. И, наконец, очень многие из ферментативных процессов не удается осуществить в гомогенных системах, содержащих те же соединения, которые входят в состав активных центров ферментов. Помимо структурно сложных процессов, осуществление которых можно непосред- [c.262]

Это скорее всего связано с двумя обстоятельствами — изменением механизмов ферментативных реакций при переходе от гомогенных систем к ферментам и с изменением химических свойств каталитических групп в активных центрах. Поэтому, например, имидазол в растворе и имидазол в активном центре — это существенно различные химические объекты. Остатки аминокислот в активном центре фермента, выполняющие роль катализатора, сказываются в исключительных условиях выгоднее взаиморасположение с субстратом, избирательное необходимое окружение, ограниченные контакты с внешней средой и пр. Таким образом, причины, обусловливающие превращение плохой каталитической группы в мощный катализатор, в качественной форме сейчас ясны [I]. Они разбираются в 2 и 3 этой главы. [c.263]

Активный центр фермента включает кислоту и основание между ними образуется водородная связь. Креа-тинкиназа ускоряет реакцию переноса фосфатной группы с АТФ на креатин так, что получается АДФ, фосфокреа-тин и ионы Н+. Донором ионов водорода является тиоло-вая группа 5Н , а основная группа — это имидазол. Следовательно, в активном центре креатинкиназы имеется [c.184]

Остаток гистидина входит в состав активных центров многих ферментов, что связано со способностью имидазоль-ного цикла протонироваться и депротонироваться при значе- [c.28]

Эта молекула похолш на нормальный субстрат фермента при связывании на активном центре—в течение короткого времени хлоркетон VIII функционирует как конкурентный ингибитор фермента, а другие конкурентные ингибиторы защищают фермент от необратимой инактивации этим соединением,— однако затем происходит медленная, но специфическая реакция с имидазольной группой [79]. Поскольку нет свидетельств, что эта имидазольная группа действует как нуклеофильный катализатор, чаще всего полагают, что она выступает в качестве общеосновного катализатора, облегчая перенос протона. Известно, что имидазол действует таким образом при катализе ферментативного гидролиза эфиров [10, 80, 81]. Существует два рода свидетельств, подтверл<дающих такую роль имидазола в ферментативных реакциях. [c.177]

Ц. получен с высоким выходом реакцией хлорангидрида коричной кислоты с имидазолом в бензоле при 10—25° [1]. Ц. быстро и количественно реагирует с активным центром а-химотрипсина, поэтому его можно использовать для спектрофотометрического определения концентрации раствора фермента титрованием. [c.227]

В химотрипсине (фермент группы гидролаз) каталитическое действие осуществляют три группы — имидазольная, гидроксильная и карбоксильная. Альдолаза катализирует конденсацию фосфорных эфиров диоксиацетона и глицеринового альдегида при участии двух групп — е-аминогруппы остатка лизина и имидазоль-ной группы. Специфичность действия ферментов зависит от строения белка в целом и от особенностей белковой молекулы вблизи активного центра. [c.301]

В состав активного центра ферментов входят кислотные или основные группы, находящиеся в необходимом для данного типа реакции состоянии ионизации. В состав каталитических центров большинства изученных ферментов в различном сочетании входят имидазол гистидина, флавины, тиоловая группа цис еина, карбоксильные группы аспарагиновой и глутаминовой кислот, спиртовая группа серина, пиродоксалевая группа и некоторые другие группы. [c.499]

Аналогичный механизм реакции с участием двух остатков имидазола в активном центре фермента предложен для енолазы или фосфопи-руват-гидратазы КФ 4.2.1.11), которая ускоряет реакцию взаимопревращения 0-2-фосфоглицерата и фосфоенолпирувата [27] [c.177]

Установление природы каталитических групп активного центра ферментов является достаточно сложной задачей. Рентгеноструктурные данные имеются только для нескольких объектов. Обычный метод, связанный с определением зависимости констант скоростей отдельных процессов от pH, позволяет установить рК каталитических групп, но эти значения рК еще не характеризуют однозначно сами группы. Например, для протеолитических ферментов — папаина (КФЗ.4.4.10) и фицина (ЕФ 3.4.4.12) еще относительно недавно принималось, что активные центры не содержат гистидина на том основании, что рК каталитической группы папаина равно 3,5 (карбоксильный анион) [2], а для фицина обнаружены группы с рК 4,4 и 8,5 [3—7], которые приписывались карбоксильному и аммонийному ионам. Однако более поздние работы, обсуждаемые подробнее в [8], показали, что в работе активного центра принимает участие имидазол как в папаине, так и в фицине, что существенно изменило взгляды на природу реакций, происходящих при катализе. [c.182]

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]

Наличие рядом с ОН-группой серина положительно заряженного имидазольно-го кольца резко облегчает ионизацию этой группы серина, так что в значительной, а возможно, и подавляющей части молекул она находится в виде соответст вующего аниона. Протонирование имидазольиого цикла 1Из-57 осуществляется с помощью расположенной рядом с ним карбоксильной группы остатка Азр-Ю2. Ионизация резко повышает нуклеофильный характер остатка серина, который атакует пептидную связь с отщеплением С-концевой половины расщепляемого полипептида и образованием продукта ковалентного присоединения его N-кoнцe-вой половины по остатку 5ег-195 в виде ацилфермента. На второй стадии ацил-фермент гидролизуется с отщеплением N-кoнцeвoй половины гидролизуемого полипептида и регенерацией активного центра. Схема двустадийного гидролиза пептидной связи сериновыми протеазами, таким образом, может быть записана в виде [c.205]

Ацилированные производные ферментов, найденные в реакциях, катализируемых пептидазами и эстеразами, вероятно, во всех случаях содержат ацил, связанный эфирный связью с гидроксилом серина или с сульфгид-рильной группой. Это не удивительно, поскольку и анион гидроксила серина, и сульфгидрильный анион являются сильными нуклеофильными агентами. Но, поскольку наличие имидазольных групп в активных центрах этих ферментов доказано независимыми методами, механизм каталитического действия имидазола должен быть ка-ким-то иным. Этот механизм, по-видимому, основан на [c.104]

Полученные результаты позволили сделать определенные выводы о трех группировках активного центра, значения р/С для которых составляли 5, 6 и 6, 7. На основании зависимости этих величин от температуры был сделан вывод, что наименьшее значение р/С относится к карбоксильной группе (слабая температурная зависимость), а наибольшее — к имидазольной группировке (сильная температурная зависимость). Природа группировки с промежуточным значением р/С, равным 6, оставалась (и остается до сих пор) неясной. Сама величина р/С 6 может быть отнесена к имидазолу, но вместе с тем она не зависит от температуры, что характерно для карбоксила. Авторы предполагают, что это имидазол с аномальной величиной АН ионизации, однако признают, что для окончательного доказательства этого предположения, нужны дополнительные данные. В этой работе были установлены детали механизма действия рибонуклеазы, в том числе обнаружены реакции изомеризации свободного фермента и комплекса фермент—продукт. Тшатель-ность кинетического анализа, проведенного в этой работе, позволяет отнестись с доверием к предложенному авторами химическому механизму действия рибонуклеазы, хотя не вполне ясно, действительно ли все обнаруженные реакции изомеризации входят в последовательность каталитических реакций. [c.218]

Перенос кислотных, особенно фосфорильных ациль-ных групп, катализируемый имидазолом, изучен хорошо, причем установлено, что свободный имидазол обнаруживает каталитическую активность. В гидролитических ферментах имидааол в виде гистидина входит в состав активного центра наряду с серином, оказывая на него активирующее действие, природа которого не вполне выяснена. Склонность имидазола образовывать комплексы с металлами, а также давать водородные связи через пиридиновый азот с сульгидрильными и гидроксильными группами, по-видимому, лежит в основе действия таких важных каталитических систем, как металлопорфирины и некоторые фосфотрансферазы. [c.177]

Успехи в этой области достигнуты благодаря применению к эстеразам электронной теории органической химии. Для холинэстеразы Уилсон [38] получил веское доказательство преимущественного образования комплекса (ЕЗ)] (I), сопровождаемого отщеплением спирта и образованием ацетилирован-ного фермента (Е5)2, который затем гидролизуется. Фосфорные ингибиторы действуют путем образования крепко связанного фосфорилированного фермента, и имеются доказательства того, что активным центром является имидазол. Этот вывод подтвердили Догерти и Васлоу [39] в случае химотрипсина. Лейдлер [40] более склонен принять механизм для гидролитической активности, предложенный на основании работы Свена и Брауна по каталитической активности 2-оксихинолина [41], который предполагает наличие промежуточного комплекса (Е5)1 (II), содержащего молекулы эфира и воды. [c.319]

В то же время цикламы очень слабо захватывают щелочные и щелочноземельные металлы, а из переходных металлов заметно взаимодействуют лишь с Со и Ациклические полиамиды вообще не проявляют никакой избирательности. Таким образом, специфичность к Си достигается на низкомолекулярном уровне. Следует отметить, что в большинстве металлсодержащих ферментов (таких, как карбо-ангидраза, щелочная фосфатаза, карбоксипептидаза и т. д.) имеются соединения (типа имидазола, цистеина, аспарагиновой кислоты, глутаминовой кислоты и т. д.), создающие в целом активные центры для удерживания ионов металлов. Для придания полимерам избирательной способности к захвату ионов Си " могут использоваться два следующих метода [c.97]

Смотреть страницы где упоминается термин Имидазол в активном центре фермента: [c.109] [c.214] [c.98] [c.270] [c.64] [c.65] [c.179] [c.262] [c.224] [c.84] [c.482] [c.240] [c.84] [c.424] [c.698] [c.84] [c.150] [c.151] [c.74] [c.141] [c.355] [c.347]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология