Белка-фермент

Cтраница 2

Активаторы ферментов - это вещества: 1) формирующие активный центр фермента ( Со2, Mg2, Zn2, Fe2, Ca2); 2) облегчающие образование фермент-субстратного комплекса ( Mg2); 3) восстанавливающие SH-группы ( глутатион, цистеин, меркаптоэтанол); 4) стабилизирующие нативную структуру белка-фермента. Анионы менее активны, хотя ионы хлора и анионы некоторых других галогенов могут активировать пепсин, амилазу, аденилатциклазу. [16]

Редактирование, происходящее в процессе эволюции, затрагивает биологически функциональную часть глобулы, ее активный центр. Активный центр белка-фермента включен в каркас, обладающий некоторой конформационной подвижностью. Точная структура каркаса не играет определяющей роли. Поэтому структура белка как целого мало связана с его функцией. Это создает важные возможности для белковой инженерии, для искусственного построения белков, применимых в биоэлектронике. Первые шаги в этом направлении уже сделаны. [17]

Этот необычный в данном случае эффект происходит в результате образования оптически активного комплекса между ферментом и коферментом. Асимметрическое связывание хромофорной молекулы с молекулой нативного белка-фермента индуцирует появление оптически активной полосы поглощения хромофора. Точка перегиба на графике, иллюстрирующем эффект Кот-тона алкогольдегидрогеназы печени лошади при длине волны 327 нм, соответствует близко расположенному максимуму поглощения комплекса фермент - НАД-Н. [18]

Эффективный активный центр фермента формируется в несколько этапов. В простейшем варианте это связано с образованием третичной структуры белка-фермента, а также достижением индуцированного соответствия определенному субстрату. В случае образования ферментов в неактивном состоянии их активация ( например, за счет ограниченного протеолиза) приводит к изменению конформации, что обеспечивает взаимодействие функциональных группировок активного центра. Формирование активных центров сложных ферментов обусловлено также присоединением небелкового компонента. [19]

Ингибиторы ферментов - это соединения, которые, взаимодействуя с ферментом, препятствуют образованию нормального фермент-субстратного комплекса, уменьшая тем самым скорость реакции или прекращая ее. Ингибиторы делят на две группы: неспецифические, вызывающие денатурацию белка-фермента ( соли тяжелых металлов, кислоты, щелочи и др.); их действие не связано с механизмами ферментативного катализа; специфические, действие которых связано с механизмами ферментативного катализа. Различают два типа ингибирования: необратимое и обратимое. [20]

Активность таких ферментов зависит от состояния этих структур. Любое изменение связи между ферментом и субклеточной структурой или изменение конформации связанного белка-фермента приводит к изменению активности этого фермента. [21]

Второе важнейшее положение, вытекающее из всего опыта энзимологии, состоит в том, что ферменты используют только хорошо известные в химическом учении о катализе типы каталитических механизмов. В простейшем случае это может быть просто кислотно-основный катализ, осуществляемый с помощью нескольких кислотных или основных групп белка-фермента. [22]

По строению ферменты бывают простыми и сложными белками. Для сложных белков-ферментов используют следующие обозначения: апофермент - полипептидная часть молекулы фермента; холофермент - прочный природный комплекс апо-фермента и небелковой части; кофактор - небелковая часть сложного белка-фермента; простатическая группа - прочно связанный с апоферментбм кофактор ( металлы, гем и др.); кофермент - легко отделяемый от апофермента, например диализом, кофактор ( витамины, нуклеотиды и др.) Апофермент всегда синтезируется в организме, кофакторы ( витамины, металлы и др.) должны поступать с пищей. [23]

Большие успехи за последние годы были достигнуты в исследовании строения белков - органических молекул, состоящих из тысяч атомов. Укажем в качестве примера полную расшифровку структуры лизоцима [40-42] - белка, состоящего из 129 аминокислотных остатков, или примерно из 1950 атомов. Важно отметить, что была изучена не только структура этого изолированного белка-фермента, но и комплекс белок - субстрат ( точнее белок - ингибитор), что позволило объяснить действие лизоцима на молекулярном уровне. [24]

Изменения структуры активного центра фермента, вызванные субстратом, согласно модели индуцированного соответствия Д. Кошленда. [25]

Для каталитической активности фермента существенное значение имеет пространственная структура, в которой жесткие участки а-спиралей чередуются с гибкими, эластичными линейными отрезками, обеспечивающими динамические изменения белковой молекулы фермента. Этим изме-неням придается большое значение в некоторых теориях ферментативного катализа. Кошлендом была разработана теория индуцированного соответствия, допускающая высокую конформационную лабильность молекулы белка-фермента и гибкость и подвижность активного центра. Эта теория была основана на весьма убедительных экспериментах, свидетельствующих о том, что субстрат индуцирует конформационные изменения молекулы фермента таким образом, что активный центр принимает необходимую для связывания субстрата пространственную ориентацию. На рис. 4.10 видно, что присоединение субстрата S к ферменту Е, вызывая соответствующие изменения конформации активного центра, в одних случаях приводит к образованию активного комплекса, в других-неактивного комплекса вследствие нарушения пространственного расположения функциональных групп активного центра в промежуточном комплексе. [26]

В дальнейшем, развивая свои работы в области структуры ферментов, Вильштетер сузил представление о ферментных системах в тех случаях, когда не были найдены специфические простетические группы, которые должны были бы быть вторыми компонентами активной системы. Его идеи были подхвачены некоторыми русскими биохимиками ( А. В. Благовещенский и др.), которые еще более расширили универсальность представления о двухкомпонентной системе почти всех ферментов и некоторых тканей, а работы В. А. Энгельгардта и М. Н. Любимовой [5] показали, что и тканевые белки ( миозин) могут в сочетании с активатором являться ферментом, даже как функционирующая гистологическая ткань. Так не только утвердилось представление о том, что фермент - белок, но и создалась необходимость шире понимать важное биологической значение белка, белка-фермента. [27]

В регуляции этих процессов, в осуществлении последовательности протекания множества реакций гормоны занимают промежуточное звено между нервной системой и действием ферментов, которые непосредственно регулируют скорость обмена веществ. В настоящее время получены доказательства, что гормоны вызывают либо быструю ( срочную) ответную реакцию, повышая активность пред образованных, имеющихся в тканях ферментов ( это свойственно гормонам пептидной и белковой природы), либо, что более характерно, например, для стероидных гормонов, медленную реакцию, связанную с синтезом ферментов de novo. Как будет показано далее, стероидные гормоны оказывают влияние на генетический аппарат клетки, вызывая синтез соответствующей мРНК, которая, поступив в рибосому, служит матрицей для синтеза молекулы белка-фермента. Предполагают, что и другие гормоны ( имеющие белковую природу) опосредованно через фосфорилирование негистоновых белков могут оказывать влияние на гены, контролируя тем самым скорость синтеза соответствующих ферментов. Таким образом, любые нарушения синтеза или распада гормонов, вызванные разнообразными причинными факторами, включая заболевания эндокринных желез ( состояние гипо - или гиперфункции) или изменения структуры и функций рецепторов и внутриклеточных посредников, приводят к изменению нормального синтеза ферментов и соответственно к нарушению метаболизма. [28]

В молекуле лизоцима 129 аминокислот, расположенных отчасти по типу а-спирали, а главным образом так, что получается вытянутая и сложенная в петлю нить, форма которой поддерживается дисульфидными и водородными связями. Лизоцим расщепляет полисахарид, входящий в состав клеточной стенки бактерии, вызывая его гидролиз и последующее разрушение стенки. Норт, Филиппе и Блэйк, применив рентгеноструктурный анализ кристаллов лизоцима и затратив много усилий на расшифровку сложных рентгенограмм, пришли к выводу, что в процессе катализа молекула полисахарида попадает в своеобразную щель в молекуле белка-фермента и внутри щели, подвергаясь действию специфически расположенных участков молекулы фермента, распадается. В этом случае точная геометрическая настройка фермента на субстрат играет решающую роль. Исследование структуры было проведено с кристаллами лизоцима, но его каталитические свойства не испытывают при кристаллизации существенных изменений. [29]

Все перечисленные здесь проблемы очень сложны. Для успешного развития их нужны большие теоретические исследования, которые, несомненно, за короткое время осветят дорогу практике. Важнейшим из теоретических вопросов является расшифровка механизма действия ферментов, которую справедливо называют наиболее фундаментальной проблемой ферментологии. Определяющим моментом в ней является выяснение химической структуры белка-фермента и, в первую очередь, его активного центра. [30]

Страницы: 1 2 3