Cтраница 1
Исследования фермент-субстратных взаимодействий, особенно проведенные в последние 25 лет, подтвердили и расширили эти идеи. Ферменты, обладающие подлинной специфичностью и использующие только один субстрат, трудны для систематических исследований. Существует, однако, много ферментов с весьма широкой специфичностью. Для них становится возможным измерение влияния изменения структуры субстрата на 7скат и / См в условиях, оптимальных для природного субстрата. Другим полезным подходом является использование соединений - конкурентных ингибиторов реакции. Последние представляют собой соединения, связывающиеся в том же участке фермента, что и субстрат, обычно в силу близости их структур, и тем самым мешающие протеканию реакции между ферментом и субстратом, так как занимают места, в обычных условиях занимаемые субстратом. Эффект ин-гибирования четко зависит от концентрации, и каждый отдельный ингибитор можно охарактеризовать, измеряя влияние изменения его концентрации на скорость ферментативной реакции. Эффективность процесса выражается посредством константы ингибиро-вания Ki, которая, подобно / Сч, в пределе равняется константе диссоциации. [1]
Взаимодействия между заряженными группами, безусловно, вносят вклад в специфичность фермент-субстратного взаимодействия. Однако, в какой степени электростатическое притяжение в состоянии обеспечить движущую силу межмолекулярных взаимодействий в водном растворе, еще не вполне ясно. Также недостаточно полно разработаны теоретические основы ионных взаимодействий в водных растворах. Существует обширная литература по теории ионных взаимодействий, однако при отсутствии детальных сведений о структуре воды и о природе микроскопических взаимодействий ион-вода и ион-ион в воде существующие теории не дают в общем случае возможности количественно описать их. В этой главе будет рассмотрен эмпирический подход, основанный на описании различных проявлений этих взаимодействий. Будут также сделаны, в основе своей феноменологические, попытки их корреляции и объяснения. [2]
Более внимательное рассмотрение изложенной выше концепции приводит к выводу, что для специфических фермент-субстратных взаимодействий вовсе не обязательны напряжение или деформация субстрата. Достаточно, чтобы взаимодействие фермента с субстратом было лучше в переходном состоянии по сравнению с основным состоянием фермент-субстратного комплекса. Например, если субстрат в ходе его ферментативного превращения и, следовательно, структурной перестройки изменяет свою конформацию так, что прочность его взаимодействия с ферментом в переходном состоянии возрастает, то уменьшается свободная энергия активации и ускоряется реакция. Он может связаться с ферментом, помещая свою реакционноспособную связь в непосредственной близости от каталитически активных групп, но так, что прочность связывания при этом еще достаточно далека от потенциально достижимой. Тем самым субстрат как бы резервирует свободную энергию связывания для переходного состояния, что также приводит к ускорению ферментативной реакции. [3]
Тем самым в переходном состоянии достигается комплементарность активного центра и субстрата ( вернее их измененных структур), возрастает прочность связывания за счет дополнительного фермент-субстратного взаимодействия, а следовательно, и скорость ферментативного катализа. [4]
Рапли, можно объяснить без привлечения гипотезы непродуктивного связывания, а именно с точки зрения возрастания специфичности ферментативного катализа за счет использования все возрастающей части свободной энергии нековалентного фермент-субстратного взаимодействия при увеличении длины цепи олигосахаридного субстрата. [5]
Сказанное здесь не следует понимать в том смысле, что ферментативная активность и другие свойства белков могут быть объяснены только на основании знания пространственной структуры: на самом деле фермент-субстратные взаимодействия достаточно сложны, и вряд ли какая-либо одна теория сможет охватить все разнообразие явлений, связанных с биологическими функциями белков. Однако сохранение нативной конформации всегда необходимо для того, чтобы белок мог функционировать. [6]
Важно отметить, что в пролиферативно покоящихся клетках происходит модификация ферментов, за счет изменения их конформа-ции, либо изменяется структура субстрата, что в любом случае влияет на фермент-субстратные взаимодействия. [7]
Теория позволяет связать специфичность действия фермента и структуру его активного центра: в данном случае важную роль играет число сайтов и расположение каталитического участка активного центра относительно сайтов, обеспечивающих фермент-субстратное взаимодействие. [8]
Для установления того, чем вызваны эти различия - изменением в связывании или в скоростях ацилирования фермента субстратом - необходимо детальное кинетическое исследование, однако, во всяком случае, очевидно, что присутствие положительного заряда усиливает фермент-субстратное взаимодействие в небольшой, но вполне ощутимой степени. Аналогично ингибирование ацетилхолинэстеразы соединением с четвертичной аммониевой группой неостигмином ( IV) не зависит от значения рН, в то время как ингибирование третичным амином физостигмином ( V) уменьшается в 16 раз при потере положительного заряда. [9]
На рис. 93 приведена плотность распределения констант Михаэлиса в ферментативном катализе. Для фермент-субстратного взаимодействия в большинстве случаев характерно связывание с константой диссоциации, большей чем КИМ. [10]
Водородные связи играют исключительную роль в биохимии. Они образуются при многочисленных фермент-субстратных взаимодействиях, иммунологических реакциях, обеспечивают и обусловливают специфику взаимодействия однований нуклеиновых кислот в двойной спирали ДНК, при переносе информации от ДНК к РНК и далее к белковым структурам. [11]
При получении соотношений ( 17) и ( 18) делается еще одно допущение ( также неочевидное), что k0 здесь принимается в качестве характеристической константы, величина которой не зависит от степени полимеризации субстрата или от конкретной позиции субстрата ( и расщепляемой связи) в активном центре фермента. Иначе говоря, величина k0 по гипотезе Хироми задается только химическим механизмом ферментативной реакции, но не вторичной специфичностью фермент-субстратного взаимодействия. [12]
Ионы марганца ( II), никеля ( II) и кобальта ( II) связываются со всеми тремя фосфорильными группами АТР, так же как и с атомом N-7 аденинового основания. Эти различия в характере комплексообразования между марганцем ( II) и магнием ( II), как следует из 31Р - ЯМР-спектров, необходимо принимать во внимание при проведении модельных опытов по изучению фермент-субстратных взаимодействий с использованием ионов марганца ( II) в качестве парамагнитного зонда. Механистические заключения, вытекающие из исследований, проведенных с использованием ионов марганца ( II), могут не иметь силу in vivo. [13]
Боковая цепь производных холана, содержащая пять атомов углерода, не создает непреодолимых препятствий для гидроксилирования, хотя и значительно его затрудняет. Наиболее существенным препятствием для введения оксигрупп являются длинные боковые цепи производных холестана и эргостана, о гидроксилировании которых имеются лишь отдельные и не совсем надежные данные [39, 40]; длинная боковая цепь, по-видимому, препятствует либо фермент-субстратному взаимодействию, либо проникновению стероида в клетку. [14]
Это свидетельствует об образовании комплекса, стабильность которого обеспечивается главным образом взаимодействием большого числа катионных и анионных центров па субстрате и полимере - катализаторе. Эта система представляет собой интересную модель фермент-субстратного взаимодействия. [15]