Биологический каталог




Ферменты. Том 1

Автор М.Диксон, Э.Уэбб

шенно определенные требования к субстрату и гидролизует только те пептидные связи в белках, которые удовлетворяют этим требованиям. При исследовании наиболее важных протеолитических ферментов были использованы сотни синтетических субстратов и родственных соединений. Многие из полученных ранее полуколичественных данных были сведены в таблицы (см. предыдущие издания книги); в этом издании они не приведены. Однако в полученной информации имеются значительные пробелы, в частности специфичность рассматриваемых ферментов охарактеризована далеко не полностью. Число ди- и трипептидов, которые теоретически можно синтезировать из известных аминокислот, составляет около 10 000; исследована только часть таких пептидов, причем преимущественно в опытах с одним или двумя ферментами. Во многих случаях были найдены несколько соединений, которые можно рассматривать как «специфические субстраты», расщепляемые только одним определенным ферментом.

Специфичность действия ферментов

37Г

Большинство белков гидролизуются в той или иной степени многими протеолитическими ферментами, поскольку они содержат большой набор различных пептидных связей, который с большой вероятностью включает связи, чувствительные к действию определенного фермента, как об этом свидетельствуют опыты с небольшими синтетическими пептидами. По мере того как становились доступными крупные пептиды с известной последовательностью аминокислот, проводились исследования специфичности пептидаз непосредственно на крупных субстратных молекулах.

В большинстве случаев результаты, полученные на крупных пептидах, совпадают с теми, которые были получены раньше на более простых субстратах; иногда, однако, в крупных пептидах обнаруживаются дополнительные чувствительные связи. Так, пепсин гидролизует в инсулине связь между лейцином и валином, которая не попала в число чувствительных по данным гидролиза ди- и трипептидов.

Наряду с природой аминокислот, образующих гидролизуе-мую связь, важной характеристикой специфичности пептидаз является положение гидролизуемой связи; по этому признаку различают две главные группы пептидаз. Экзопептидазы — это ферменты подгрупп 3.4.11—15, для действия которых требуется либо свободная концевая аминогруппа (аминопептидазы), либо свободная концевая карбоксильная группа (карбоксипеп-тидазы). Остальные пептидазы гидролизуют определенные связи внутри цепи; действие некоторых из них тормозится, если около гидролизуемой связи находится свободная концевая группа.

Ниже приведены краткие данные о специфичности некоторых наиболее важных пептидаз (в последовательности, соответствующей их положению в Списке ферментов).

Аминопептидаза (цитозоля) (КФ 3.4.11.1)

Этот фермент раньше назывался лейцинаминопептидазой, поскольку он с высокой скоростью отщепляет от пептидов N-концевой L-лейцин; он отщепляет также N-концевые изолей-цин, валин и ароматические аминокислоты и гидролизует амиды многих аминокислот. Фермент стереоспецифичен к L-амино-кислотам.

Трипептид-аминопептидаза (КФ 3.4. 11. 4)

Этот фермент необычен в том отношении, что гидролизует только трипептиды, у которых свободны как а-аминогруппа, так и а-карбоксильная группа. Не атакуются дипептиды, амиды дипептидов, ацилированные трипептиды и тетрапептиды. Иа Глава б

числа изученных лучшими субстратами являются трипептиды алифатических аминокислот, например глицилглицилглицин и L-аланилглицилглицин.

Дипептид-гидролазы (КФ 3.4.13)

Известен ряд истинных дипептидаз, для действия которых необходимо наличие у субстрата-дипептида свободных а-ами-ногруппы и а-карбоксильной группы. Типичным примером является глицилглицин-дипептидаза (КФ 3.4.13.1). Пептидная связь должна быть немодифицированной, в то же время один (но не оба) водородный атом аминогруппы может быть замещен метальной группой.

Описаны дипептидазы, которые специфичны к пролину и оксипролину либо в N-концевом положении [(КФ 3.4.13.8), пролил-дипептидаза, ранее называвшаяся пролиназои], либо в С-концевом положении [(КФ 3.4.13.9), пролин-дипептидаза, ранее называвшаяся пролидазой]. Последний фермент отличается от большинства пептидаз тем, что он гидролизует не обычную пептидную связь, а имидную связь между а-карбоксильной группой и циклической иминокислотой.

Карбоксипептидаза (КФ 3.4.16.1)

Карбоксипептидаза атакует субстраты со свободной а-карбоксильной группой и в отличие от многих ферментов, описанных в этом разделе, не гидролизует амиды или эфиры, образованные простыми спиртами. Специфичность фермента определяется главным образом той аминокислотой, которая несет свободную карбоксильную группу, и лишь в значительно меньшей степени — частью молекулы; расположенной в направлении N-конца от этой аминокислоты; эта часть может быть представлена даже ацильной группой.

Активность этого фермента мало зависит от длины пептидной цепи; однако дипептиды гидролизуются очень медленно, если не ацилирована их аминогруппа. Фермент используют для последовательного гидролиза пептидов с целью идентификации С-концевых аминокислот, но некоторые аминокислоты либо отщепляются очень медленно, либо вообще не отщепляются. Наиболее быстро отщепляются концевые аминокислоты с ароматическими или разветвленными алифатическими боковыми цепями. Ароматические аминокислоты в третьем с С-конца положении (и в меньшей степени во втором, четвертом и пятом положениях) значительно/ увеличивают сродство субстрата к ферменту, но не влияют существенно на каталитическую константу [14].

Специфичность действия ферментов Химотрипсин (КФ 3.4.21.1)

Химотрипсин был исследован, вероятно, более детально, чем какой-либо другой очищенный фермент; охарактеризована его специфичность по отношению к большому числу синтетических субстратов. Некоторые из них уже упоминались в связи с во-лросом о стереоспецифичности фермента (с. 336—338). Наряду с пептидами фермент гидролизует амиды и эфиры, при этом он расщепляет предпочтительно связи, образованные остатками .ароматических аминокислот. Лучшими субстратами являются эфиры, особенно эфиры N-ацилтирозина; эфиры фенилаланина тидролизуются медленнее. Гидролизуются также и некоторые эфиры триптофана и метионина; эфиры аргинина, норлейцина и валина расщепляются чрезвычайно медленно. Если бензольное кольцо фенилаланина в субстрате заменить на циклогекса-ловое, то скорость гидролиза не уменьшается. Если же фенил-аланин заменить на О-алкилтирозин или 4-иодфенилаланин, то скорость гидролиза уменьшается в 1000 и более раз. Эти результаты были интерпретированы в рамках представлений о способности субстрата комплементарно связываться в гидрофобном кармане молекулы фермента (рис. 10.9), сформулированных на основе данных рентгеноструктурных исследований 1466].

Наличие в субстрате свободной а-аминогруппы снижает атакуемость, поэтому N-ацилпроизводные являются более эффективными субстратами, особенно если в ацильной группе содержится ароматическое кольцо. Вместе с тем N-метилирова-ние гидролизуемой —СО—NH-группы приводит к значительному снижению атакуемости.

Для объяснения наблюдаемой специфичности химотрипсина Хейн и Ниман [1873] сформулировали общие представления о взаимодействии между субстратами и активным центром фермента (см. также с. 339). Постулируется, что три участка активного центра рь р2 и р3 взаимодействуют с группами Rb Pv2 и R3 субстрата RiCHR2COR3 соответственно. Активными являются только те фермент-субстратные комплексы, в которых группа —COR3 находится в надлежащей ориентации по отношению к р3; эти комплексы оказываются более реакционноспо-собными, когда R3 представлен —OR' (по сравнению с R3 = = —NHR" при сходных размерах R' и 'R"). При увеличении размера R2 взаимодействие между данной груИпой и участком р2 становится доминирующим фактором, определяющим скорость гидролиза. Для высокой эффективности гидролиза необходимо, чтобы участок pi занимала а-ациламиногруппа; замена се менее полярными группами может снизить скорость гидролиза в 104 раз. Разветвление боковой цепи на расстоянии двух углеродных атомов от реактивного карбонила приводит к стеГлава 6

рическим препятствиям как для связывания, так и для гидро лиза.

Трипсин (КФ 3.4.21.4)

Трипсин гидролизует связи (не обязательно пептидные), в которых карбоксильные группы принадлежат основным аминокислотам — лизину или аргинину. Амиды расщепляются быстрее, чем пептиды, а сложные эфиры — быстрее, чем амиды. На скорость гидролиза эфиров не влияет природа спиртовой группы. Даже такое простое соединение, как этиловый эфир лизина, быстро гидролизуется трипсином. Замещение аминогруппы в боковой цепи делает гидролиз невозможным, тогда как замещение а-аминогруппы, наоборот, благоприятствует гидролизу. В то же время при удалении а-аминогруппы гидролиз оказывается невозможным. Так, бензоилглициллизинамид или бензоиллизиллизиллизин гидролизуется быстро, в то время как бензоилглицил (ю-карбобензоксилизил)-амид или этиловый эфир 6-аминокапроновой кислоты не атакуются. Наличие кислотной боковой цепи у соседнего с атакуемым аминокислотного остатка снижает эффективно

страница 84
< 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
(20.11.2018)