Биологический каталог




Ферменты. Том 1

Автор М.Диксон, Э.Уэбб

, как молекула лимонной кислоты является симметричной, химически невозможно различить две СН2СООН-группы. Однако при ферментативном окислении этой лимонной кислоты с помощью препарата из митохондрий образуется 2-оксоглутарат, меченный толь» ко по сс-карбоксилу [2865]. Отсюда вытекает, что в лимонной

Cx2yz —»¦ Cx'xyz

(6.1)

(6.2)

22—2277 Глава 6

кислоте вся метка сосредоточивается только в одной из концевых карбоксильных групп и, следовательно, окислительная ферментная система способна различать эти концевые группы. Происходящая реакция может быть изображена в сокращенном виде следующим образом:

С* ООН

Ао

сн2

сн2 + со3 соон

с*он С* ООН С* ООН

j сн2 j СН2 j СНОН

сосоон j С(ОН)СООН j СНСООН

+ -»¦ 1 -*¦ 1

сн3 сн2 сн2

соон 1 соон СООН

(6.3)

Первые две стадии катализируются цитрат (si)-синтазой (КФ 4.1.3.7) и аконитат-гидратазой (КФ 4.2.1.3). Можно было бы ожидать, что в первой реакции двухуглеродный остаток будет присоединяться как с одной стороны плоскости С—СО—С-группы, так и с другой. Однако тот факт, что в лимонной кислоте метка обнаружена только в «верхней» карбоксильной группе, говорит о том, что фермент катализирует присоединение двухуглеродного остатка только с одной стороны плоскости молекулы; в противном случае метка обнаруживалась бы и в «нижней» карбоксильной группе. Это можно более наглядно представить на молекулярных моделях. Во второй реакции две —СН2СООН-группы, казалось бы, эквивалентны, однако ако-нитат-гидратаза действует только на «верхнюю» из этих групп.

Объяснение данного типа специфичности было впервые предложено Огстоном [3512—3513]. Теоретические обоснования были затем более детально разработаны Гиршманом [1967—1968]. В наиболее простом варианте предполагается, что в активном центре фермента имеются три группы, которые взаимодействуют с тремя группами субстрата Cx2yz в определенной конфигурации, так что субстрат может связываться с ферментом только при одной ориентации, хотя его молекула симметрична. Поэтому группа фермента, связывающая х-груп-пу субстрата, всегда будет соединяться с одной и той же х-груп-пой, и если реакцию осуществляет именно данная группа фермента, то реагировать будет только эта определенная х-группа субстрата. Рис. 6.2, на котором изображены две возможные структуры фермент-субстратного комплекса, помогает уяснить сказанное.

Если две х-группы в молекуле со структурой Cx2yz различны не химически, а по изотопному составу, то мы имеем дело со случаем «изотопной асимметрии». Примерами являются реакции, приведенные в уравнениях (6.2) и (6.3). Следует, конечно, учитывать, что проявляемая ферментом стереоспецифич-

Специфичность действия ферментов Рис. 6.2. Стереоспецифичность фермента по отношению к субстрату Сх^уг. На схеме представлены две возможные структуры фермент-субстратного комплекса. Молекула субстрата изображена в виде тетраэдра с группами х, у и г в вершинах. Слева фермент взаимодействует с обеими х-группами и (/-группой, а справа — только с одной х-группой, а также с у- и 2-группами. Буквы X, У и Z в кружках изображают группы на поверхности фермента, соединяющиеся с определенными группами субстрата — х, у и z соответственно. Особым кружком помечена группа X, при присоединении к которой х-группа субстрата становится реакционноспособной. В каждом случае в реакцию может вступить только одна из двух х-групп субстрата.

ность не связана с наличием изотопа, последний лишь позволяет обнаружить эффект.

Модель, основанную на взаимодействии трех групп субстрата с поверхностью фермента, не следует рассматривать как абсолютную, т. е. как применимую ко всем случаям, когда обнаруживается стереоспецифичность рассматриваемого типа; в то же время ясно, что молекула субстрата должна удерживаться в активном центре силами связывания, которые обусловливают значительную стерическую жесткость.

К числу хорошо изученных реакций принадлежит восстановление NAD дегидрогеназами, которое описано в нескольких последних разделах. Используя в качестве метки дейтерий, можно показать, что данный фермент присоединяет переносимый от субстрата водород только с одной стороны никотинамидного кольца. (Этот вопрос обсуждается более подробно в гл. 7.) Известно, что некоторые дегидрогеназы катализируют присоединение водорода с одной стороны кольца, а другие — с другой (табл. 7.2). Дегидрогеназы катализируют двухсубстратные реакции и проявляют стереоспецифичность по отношению к обоим | субстратам. По отношению к донору часто проявляется абсо-j лютная оптическая специфичность (например, к L- или D-фор-I ме, как в случае лактата), тогда как по отношению к акцептору

23* Глава 6

обнаруживается такая специфичность, которую можно выявить только с помощью изотопов. Даже если донор представляет симметрическую молекулу, то с помощью изотопов удается обнаружить асимметрическое действие фермента, как это было впервые показано в опытах с дрожжевой алкогольдегидрогеназой Левусом, Вестхеймером и Веннесландом [2854]. При восстановлении CH3CDO с помощью NADH образуется только один изомер CH3CHDOH; другой изомер образуется при восстановлении СН3СНО с помощью NADD. Изомеры обладают некоторой оптической активностью и различаются по знаку вызываемого ими вращения (aD = 0,18°).

Если в ферментативной реакции участвуют два оптически активных субстрата, то теоретически возможны четыре комбинации стереоизомеров. Однако любой фермент катализирует обычно реакцию только между формами одной пары; три другие возможности исключаются вследствие его специфичности. Для некоторых реакций известны ферменты с различной сте-реоспецифичностью (например, L- и D-лактатдегидрогеназы); однако обнаружить все четыре возможные комбинации в этих случаях не удалось (все известные лактатдегидрогеназы реагируют с одной и той же стороны никотинамидного кольца NAD+).

ГИПОТЕЗА ИНДУЦИРОВАННОГО СООТВЕТСТВИЯ

Исходя из высокоспецифической природы ферментативного катализа, а также кинетических данных (рассмотренных в гл.4) было сделано заключение, что субстрат взаимодействует с молекулой фермента в специфическом участке поверхности, «активном центре». Эмиль Фишер [1345, 1346] первый выдвинул аналогию с «замком и ключом», согласно которой белковая молекула фермента имеет форму более или менее жесткой матрицы; эта матрица содержит взаимодействующие с субстратом группы, расположенные надлежащим образом для контакта с молекулой специфического субстрата. Представление Фишера об активном центре как о жесткой преформированной матрице в течение полустолетия не подвергалось сомнению.

Имеется ряд данных, которые нелегко согласовать с теорией жесткой матрицы. Если молекула, имеющая те же взаимодействующие с ферментом группы, что и субстрат, но большая по размеру, не атакуется ферментом, то можно предположить, что именно большие размеры молекулы препятствуют ее правильной ориентации на матрице. Труднее объяснить неатакуе-мость молекулы с теми же группами, которые имеет специфический субстрат, но меньшего размера, особенно если эта молекула имеет примерно такое же, как специфический субстрат, сродство к ферменту; известно, однако, много примеров подоб-

Специфичность действия ферментов ного рода. В ряде случаев такие небольшие молекулы являются мощными конкурентными ингибиторами; следовательно, они связываются с субстратсвязывающим участком фермента, но при этом не активируются. Особенно трудно объяснить специфич-нось ферментов (например, киназ подгруппы 2.7.1), катализирующих реакции переноса, в которых акцепторами являются соединения со спиртовой группой. Эти ферменты совершенно не способны катализировать реакции гидролиза, хотя можно было ожидать (учитывая высокую концентрацию воды в среде), что молекула воды легко займет на матрице участок, специфичный для спиртовой группы и примет участие в реакции.

Приняв во внимание эти трудности, Кошланд предложил в 1959 г. теорию индуцированного соответствия субстрата и активного центра ([2625]; см. также [796], [2566], [2569] и гл. 7). Основной постулат этой теории, состоящий в том, что при взаимодействии фермента с небольшими лигандами происходит изменение его конформации, был выдвинут несколькими годами раньше Лейдлером [2681] для объяснения некоторых экспериментальных результатов, полученных в опытах по исследованию влияния давления на ферментативную активность. В присутствии субстрата изменения конформации фермента обеспечивают точную ориентацию каталитических групп, необходимую для протекания реакции. Соединения, не являющиеся субстратами, могут взаимодействовать с ферментом, но они не индуцируют требуемого перемещения его каталитических групп. Следовательно, по мнению Лейдлера, необходимое для взаимодействия с субстратом расположение каталитических групп активного центра не предсуществует, а индуцируется при связывании субстрата; когда продукты реакции диссоциируют из комплекса с ферментом, последний возвращается в исходную конформацию.

На изменение конформации фермента в результате связыва

страница 77
< 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

Скачать книгу "Ферменты. Том 1" (3.77Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(18.11.2018)