Биологический каталог




Основы биохимии. Том 1

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

, зимогена, в результате действия протеолити-ческих ферментов; при процессах другого типа осуществляется модификация одного фермента другим, приводящая к ковалентно-му присоединению к модифицируемому ферменту небольшой группы.

8.7.2.1. Активация зимогенов

Некоторые ферменты, которые функционируют вне клеток (в пищеварительном тракте или в плазме крови), синтезируются в виде зимогенов и активируются только после гидролиза одной или нескольких определенных пептидных связей. Примерами зимогенов являются трипсиноген и химотрипсиноген, которые синтезируются поджелудочной железой и секретируются в тонкий кишечник, где происходит их активация; в результате образуются трипсин и химотрипсин. Фермент кишечника энтеропептидаза гидролизует в трипсиногене одну пептидную связь лизил — изолей-цил (между остатками 6 и 7); в результате освобождаются трипсин и гексапептид. На рис. 8.14 показаны серии реакций, которые приводят к активации химотрипсиногена. Гидролиз трипсином одной пептидной связи в химотрипсиногене приводит к образованию активного п-химотрипсина, который в результате аутогид-ролнза превращается в другую активную форму — ?-химотрип-син. Несовершенный, лишь частично преобразованный активный центр в химотрипсиногене при активации претерпевает неболь*

278

II. КАТАЛИЗ

Ch--

~»I Thr

Asn

ch-----> I

Ala

-Asn

I

COOH

(S-S)4

CyS-NH„

lie

7

Ser

,1

Leu

химоглрипсиноген

TyrCOOH

Thr-Asn + AlaNH2

I-Asn

I

COOH

(S-S)4

s I

CyS-

NH,

He

»1 **-

Are Ser Leu

неохимотрипсиноген

-Tr

-Ch

TyrCOOH

TyrCOOH Thr

Asn I

Ala

-Asn

(S-S)4

I

CyS-I

COOH NH2 л-химотрипсин

A

IleNH,

IleNHz ArgCOOH

sir

I <¦----??

Leu

(S-S)4

AlaNH, S LeuCOOH

I 1 I

1-Asn CyS-*

I I COOH NH2

et-химотрипсин

Рис. 8.14. Схема активации химотрипсиногена А. В результате гидролиза связи Arg—Пе образуется ?-химотрипсин. Затем следует отщепление дипептида Ser—Arg, что приводит к образованию б-химотрипсина; последний в результате освобождения дипептида Thr—Asn превращается в ?-химотрипсин. При осуществлении другого пути активации вначале в качестве промежуточного продукта образуется неактивный неохимотрипсиноген. Далее при действии трипсина образуется активный ?-химотрипсии. В то время как химотрипсииоген образован одной полипептидной цепью, химотрипсин построен из трех цепей, соединенных дисуль-фидными связями (условно обозначены на схеме). Тг — трипсин, Cli — химотрипсин (из работ Нейрата, Деиюэля и сотр.).

8. ФЕРМЕНТЫ. I

279

inne структурные изменения, в результате чего формируется активный центр химотрипсина.

Активация зимогенов происходит также при осуществлении ряда тонко регулируемых процессов, например при свертывании крови (гл. 29) и связывании комплемента (гл. 30).

•8.7.2.2. Регуляция активности ферментов путем ковалентной модификации

Ковалентная модификация ряда ферментов происходит не путем расщепления пептидных связей, а в результате ферментативной модификации, приводящей к присоединению специфической группы к молекуле модифицируемого фермента. Примером группы ферментов, которые осуществляют подобную модификацию, являются протеинкиназы, фосфорилирующие другие ферменты. Про-теинкиназа скелетных мышц находится в форме неактивного хо-лофермента (молекулярная масса 160 000), имеющего субъединичную структуру R2C2, где R (молекулярная масса 48 000)—регу-ляторная субъединица, а С (молекулярная масса 38 000)—каталитическая субъединица. При наличии в среде небольших количеств 3',5'-циклического аденилата (сАМР) (гл. 10) фермент обратимо диссоциирует, как показано ниже:

R2C2 + 2с.АМР <—ь Яп (сАМР). + 2С

Присоединение сАМР к R-субъединицам освобождает ранее прочно связанные С-субъединицы, которые могут далее катализировать фосфорилирование белков и других ферментов. Например, гликогенсинтаза, катализирующая следующую реакцию:

гликогенсинтаза

гликоген + nUDP-Glc « --*~ (С1с)„-гликоген + nUDP

может находиться в двух формах: фосфорилированной и нефос-форилированной. Протеинкиназа фосфорилирует (при участии АТР) нефосфорилированную форму I фермента, переводя ее в фосфорилированную форму D, у которой фосфорилированы гидроксидные группы остатков серина.

¦атр 4- О-ОН "J^;aDP+ О-О-РСЦН.

\__У киназа _у J

гликогенсинтаза (I) гликогенпинтаэа (D)

?-форма гликогенсинтазы более активна, чем D-форма, однако D-форма является аллостерическим ферментом, активируемым специфическим эффектом — глюкозо-б-фосфатом. Фосфорилирование и дефосфорилирование гликогенсинтазы играет ключевую роль в тонкой регуляции синтеза гликогена; фосфорилированные

240

II. КАТАЛИЗ

и дефосфорилированные формы ряда других ферментов также имеют важное значение в деградации гликогена гликогенфосфори-лазой (гл. 15).

В последующих главах встречаются и другие примеры кова-лентной модификации регуляторных ферментов.

8.7.2.3. Регуляторный контроль, осуществляемый в результате белок-белковых взаимодействий

Регуляция скорости при функционировании аллостерических ферментов достигается в результате кооперативного взаимодействия между субъединицами. Некоторые ферменты, например такие,, как протеинкиназа, вследствие определенных белок-белковых взаимодействий субъединиц находятся в неактивном состоянии. Другой пример участия белок-белковых взаимодействий в регуляции ферментативной активности встречается в случае лактозосинтазы — фермента, который функционирует на завершающей стадии синтеза лактозы в лактирующих молочных железах. Лактозосинтаза катализирует реакцию

UDPraлактоза + глюкоза ->¦ галактозил-?? -> 4-глюкоза (лактоза)-I-UDP

Лактозосинтаза является, по существу, модифицированной UDP-галактоза: ?-ацетилглюкозамин-галактозилтрансферазой — ферментом, который помимо молочной железы находится во многих тканях; этот фермент катализирует «надстройку» олигосахарид-ных простетических групп ряда гликопротеидов:

UDP-Gal + GlcNAc- · -белок -*¦ Gal-pi-~4-GlcNAo - ¦ белок + UDP

В секреторных клетках лактирующей железы связанная с мембраной галактозилтрансфераза взаимодействует с находящимся только в молоке растворимым белком а-лактальбумином, образуя лактозосинтазу, катализирующую синтез лактозы. В результате этого взаимодействия субстратная специфичность трансфера-зы так изменяется, что глюкоза становится субстратом-акцептором. Глюкоза является плохим акцептором (Km от 1 до 2 моль/л) для исходной трансферазы, но становится хорошим субстратом-акцептором (/Ст~10~3 моль/л) последней в присутствии а-лакт-альбумина.

См. литературу к гл. 9.

Глава 9

ФЕРМЕНТЫ. II

Субстратная специфичность. Увеличение скорости реакций. Активный центр и механизм действия

От обычных химических катализаторов ферменты отличаются высокой субстратной специфичностью и каталитической эффективностью. Большинство ферментов действует лишь на небольшое число «своих» природных субстратов, которые превращаются в определенные продукты с поразительно высокими выходами. Специфичность ферментов обусловлена уникальными структурами их активных центров, которые обеспечивают не только эффективное связывание определенных субстратов, но и исключают нежелательное связывание различных соединений, не являющихся субстратами. Между активным центром и субстратом осуществляется сильное взаимодействие благодаря нековалентным силам; можно считать, что действие ферментов объясняется именно «притягиванием» субстрата к активному центру, в котором субстрат претерпевает уникальные структурные превращения. Будучи высокоспецифичной, ферментативная реакция протекает в 106—1012 раз быстрее, чем спонтанная некатализируемая реакция в водном растворе.

В данной главе рассмотрены общие аспекты субстратной специфичности, предполагаемые механизмы, обеспечивающие значительное увеличение скоростей реакций, природа активных центров и механизмы действия некоторых ферментов, структурно-функциональные характеристики которых были изучены достаточно детально, что позволило постулировать весьма обоснованные механизмы. Поскольку перечисленные вопросы слишком обширны, иллюстрация общих принципов осуществляется с помощью только отдельных примеров. В то же время исключительно интересные химические превращения, осуществляемые при действии ферментов, неоднократно рассматриваются в последующих главах.

9.1. Субстратная специфичность ферментов

При изучении специфичности ферментов используют ряд соединений, -структуры которых имеют определенные систематнче-

282

II. КАТАЛИЗ

ские различия. Многие ферменты обладают абсолютной специфичностью к одному субстрату (и одному продукту). В качестве примеров можно привести сукцинатдегидрогеназу (разд. 8.5.1) и фумаразу (разд. 8.1.3), которые катализируют обратимые превращения сукцината в фумарат и фумарат в малат соответственно. Другие ферменты имеют менее узкую специфичность, например, трипсин гидролизует пептидные, амидные или эфирные связи, образованные лизином или аргинином (табл. 6.3). Модельными субстратами, характеризующими специфичность трипсина, являются ?-?-бензоилпронзводные L-лнзинамида, L-аргининамида, L-лизинэтилового эфира и L-аргинннэтилового эфира, при гидролизе которых образуется ?-?-бензоиламинокислота и либо аммиак, либо этанол. Однако ни а-1Ч-бензоил-ь-гомоаргининамнд, ни а-Ы-бензоил-ь-орнитинамид, структурно отличающиеся от ?-?-бензоилпроизводных аргинннамида и лизинамида только на одну метиленовую группу, не гидролизуются трипсином; это показывает, что рассматриваемый фермент обладает определенной степенью специфичности. В случае трипсина известно, что его специфичность обусловлена взаимодействием катионной группы субстрата с ?-карбоксильной группой аспарагиновой кислоты фермента. Удаление катионной группы субстрата от атакуемой связи на расстояние, соответствующее одной СН2-группе, не позволяет субстрату связаться надлежащим образом и препятствует ферментативному гидролизу.

с=о

с=о

??3+ ?? О

I I II

Н2С—(СН2)3—СН—С—??.

<2

?? + ?? О

II I II

?2?—С—??—(СН2)3—СН—С— ??2 оС-бензоил-Ь-аргининамиЭ

К-бензокп-ь-лизинамиЭ

с=о

с=о

Nh3;" ?? О I ! II

Н2С—(СН2)2—СН—С—?

страница 53
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 1" (7.28Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.10.2019)