Реакция - транспептидация
Cтраница 2
Освобождение деацилированной тРНК из транслирующей рибосомы сопряжено с транслокацией. Поэтому, если остаток тРНК молекулы пептидил-т РНК, удерживаемой в рибосоме, мечен, то после реакции транспептидации метка будет еще обнаруживаться в рибосоме ( деацилированная тРНК остается в Р - участке), и только транслокация будет освобождать метку в раствор. Поэтому для транслирующей рибосомы удержание деацилированной тРНК отражает претранслокационное состояние, а отсутствие деацилированной тРНК свидетельствует о посттранслокационном состоянии. Освобождение деацилированной тРНК из рибосомы в раствор является очень удобным количественным тестом для прослеживания хода транслокации в популяции рибосом. [16]
Например, из М - ацетил - Ь - тирозил - Ь - тирозина при инкубации с пепсином образуются как тирозин, так и тирозилтирозин. Поскольку пепсин не способен отщеплять N-ацетильную группу, наблюдаемые результаты можно объяснить только тем, что в этом случае протекают реакции транспептидации. [17]
Постановка систематических количественных исследований, возможно, даст ответ на этот вопрос. Эти исследования, по-видимому, дадут возможность приблизиться к решению еще двух важных аспектов общей проблемы биосинтеза белка - выяснению влияния реакций транспептидации на последовательность аминокислотных остатков в молекуле белка, а также на динамическое состояние белков, пептидов и аминокислот в живом организме. [18]
Содонзависимое связьюание аминоацил-т РНК с А-участком рибосомы может быть достигнуто также и без EF-TU ( см. эпиграф к гл. Это связывание является вполне функ - [ иональным: связанная аминоацил-т РНК может реагировать с рептидил-т РНК в Р - участке в реакции транспептидации. Отличием йесфакторного ( неэнзиматического) связывания аминоацил-т РНК от рЙР - Тц - промотируемого ( энзиматического) является его существенно Ценыпая скорость. [19]
В первой реакции переносится пептид, содержащий свободную аминогруппу, во второй реакции - пептид, имеющий свободный карбоксил. В результате реакций транспептидации синтезированные белки, или пептиды, оказываются специфичными для данного организма, так как исходные вещества также были продуктами биосинтеза данного организма. Реакции транспептидации энергетически выгодны для организма, так как при их течении свободная энергия системы существенно не изменяется и для синтеза пептидов и белков по этому пути требуется небольшая затрата энергии. [20]
В отношении акцепторного субстрата реакции некоторые сведения могло бы дать изучение пуромицина и его аналогов. Она подтверждается исследованиями пуромицина в растворе. Так как пуромицин - хороший акцепторный субстрат в реакции транспептидации, знание его структуры может навести на некоторые суждения о стереохимии амино-ацильного и аденозинЬвого остатков в пептидилтрансферазном центре. Далее, известно, что аналог с более фиксированной конфор-мацией, типа изображенного на рис. 105, тоже может служить в качестве акцепторного субстрата в реакции транспептидации, и даже более активен, чем пуромицин. [21]
В отношении акцепторного субстрата реакции некоторые сведения могло бы дать изучение пуромицина и его аналогов. Она подтверждается исследованиями пуромицина в растворе. Так как пуромицин - хороший акцепторный субстрат в реакции транспептидации, знание его структуры может навести на некоторые суждения о стереохимии амино-ацильного и аденозинЬвого остатков в пептидилтрансферазном центре. Далее, известно, что аналог с более фиксированной конфор-мацией, типа изображенного на рис. 105, тоже может служить в качестве акцепторного субстрата в реакции транспептидации, и даже более активен, чем пуромицин. [22]
EF-TU ( так же как и эукариотический EF-1) способен взаимо - йствовать с аналогом, так что белок приобретает сродство к амино - ИИл-тРНК. Белок, аналог ГТФ и аминоацил-т РНК образуют тройствен - jfafi комплекс. Тройственный комплекс связывается с рибосомой. Однако 1едующая реакция ( 2) не происходит, EF-TU продолжает сохранять одство к аминоацил-т РНК и рибосоме, и аминоацил-т РНК остается 1деть в рибосоме вместе с белком и нерасщепляемым аналогом ГТФ. РНК неспособна служить акцепторным суб - ратом в реакции транспептидации с пептидил-т РНК и следующая 1адия элонгационного цикла оказьюается блокированной. [23]
 |
Схемы претранслокационного ( слева и посттран-слокационного ( справа состояний рибосомы. [24] |
РНК ( или ее аналога) как донорного субстрата, в результате чего между ними происходит реакция транспептидации, и пептидилпуромицин выпадает из рибосомы. Пептидил - тРНК в пост-гранслокационной рибосоме реагирует с пуромицином, а в претрансло - Кационной рибосоме - нет. РНК в Р - участке, и является количественной мерой постгранслокационного состояния в изучаемом препарате рибосом. Наоборот, некомпетентность к пуро-мицину говорит о претранслокационном состоянии частиц. Кодонзависимое связывание аминоацил-т РНК с транслирующей рибосомой непосредственно после реакции транспептидации оказывается невозможным; метка будет связываться только после транслокации. Следовательно, неспособность к связыванию аминоацил-т РНК означает претранслокационное состояние рибосомы, а компетентность к связыванию аминоацил-т РНК характеризует посттранслокационное состояние. [25]
Механизм действия сульфгидрильных протеаз - папаина, фицина и бромелаина - принципиально аналогичен изображенному на рис. 6.3. В роли акцептора ацильной группы здесь выступает сульфгидрильная группа входящего в состав активного центра остатка цистеина. Об этом свидетельствуют данные, полученные при изучении действия химических ингибиторов и рН - зависимости каталитической реакции ( группа с р / Са 8 4 появляется на стадии ацилирования, а не на стадии деацилирова-ния), а также тот факт, что методами спектроскопии в ацил-ферменте была обнаружена сложная тиоэфирная связь. При замене воды на оксид дейтерия катализируемые папаином реакции лроявляют значительный кинетический изотопный эффект; следовательно, лимитирующей стадией является перенос протона. Поскольку сложные тиоэфиры легче взаимодействуют с аминами, чем с кислородными сложными эфирами, папаин является лучшим катализатором реакции транспептидации по сравнению с химотрип-сином. [26]
Во всех цитированных выше работах авторы, к сожалению, не выходят за рамки констатации самого факта протекания той или иной реакции и выяснения наиболее общих закономерностей этих реакций. Информация о механизме исследованных реакций отсутствует. Реакции переамидирования играют важную роль в реакциях образования как in vitro, так и, по-видимому, in vivo природных макромолекул, содержащих амидную связь, - белков. Их особенностью является то, что они протекают в водных средах, где пептидные связи могут подвергаться гидролизу. Обычно реакции гидролиза пептидных связей протекают под действием ферментов. Однако было показано, что под действием протеолитических ферментов могут протекать не только реакции гидролиза, но и реакции транспептидации. Эти факты свидетельствуют в пользу того, что переходное состояние в реакциях гидролиза амидов и в реакциях транспептидации является сходным. Это в свою очередь означает, что выводы о механизме реакций обмена производных карбоновых кислот [ реакции (V.3) и (V.4) ], сделанные на основании исследований главным образом реакций гидролиза сложных эфиров и амидов, следует считать корректными. [27]
Все это делает невозможным даже приблизительную оценку изменения свободной энергии в самой реакции транспептидации в процессе нормального элонгационного цикла на рибосоме. Конечно, из того факта, что реакция протекает, и быстро, следует вывод об уменьшении свободной энергии рибосомного комплекса при транспептидации. Однако это уменьшение не может быть столь значительным, как - 30 кДж / моль ( - 7 ккал / моль) в стандартных условиях, а должно быть меньше по следующим соображениям. Во-первых, свободная энергия гидролиза связанного субстрата, при условии освобождения продуктов гидролиза, должна быть меньше таковой свободного субстрата, так как часть энергии должна была освободиться при связывании, если оно было спонтанным. Во-вторых, свободная энергия гидролиза субстрата, когда продукт задерживается в связанном виде, тоже должна быть меньше таковой в случае, когда продукт освобождается, так как в связанном состоянии продукта аккумулирована часть свободной энергии, если освобождение продукта является в принципе термодинамически спонтанным. Можно считать, что свободная энергия около - 30 кДж / моль ( - 7 ккал / моль), которая освободилась бы в реакции транспептидации в случае, когда субстраты и продукты свободны, здесь распределяется на предыдущую стадию связывания аминоацил-т РНК и последующую стадию транслокации, таким образом питая весь элонгационный цикл. [28]
Во всех цитированных выше работах авторы, к сожалению, не выходят за рамки констатации самого факта протекания той или иной реакции и выяснения наиболее общих закономерностей этих реакций. Информация о механизме исследованных реакций отсутствует. Реакции переамидирования играют важную роль в реакциях образования как in vitro, так и, по-видимому, in vivo природных макромолекул, содержащих амидную связь, - белков. Их особенностью является то, что они протекают в водных средах, где пептидные связи могут подвергаться гидролизу. Обычно реакции гидролиза пептидных связей протекают под действием ферментов. Однако было показано, что под действием протеолитических ферментов могут протекать не только реакции гидролиза, но и реакции транспептидации. Эти факты свидетельствуют в пользу того, что переходное состояние в реакциях гидролиза амидов и в реакциях транспептидации является сходным. Это в свою очередь означает, что выводы о механизме реакций обмена производных карбоновых кислот [ реакции (V.3) и (V.4) ], сделанные на основании исследований главным образом реакций гидролиза сложных эфиров и амидов, следует считать корректными. [29]
Страницы: 1 2