Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Г.Дюга, К.Пенни

рибосомы, на что опять требуется энергия, доставляемая молекулой GTP. Аминоацил-тРИК-связывающнй центр теперь свободен, а мРНК сдвинута (произошла транслокацня), так что она вновь определяет связывание следующей аминоацил-тРНК в амнноацил-тРНК-связываю-щем центре. Как только это произойдет, вновь образуется пептидная связь (образуется трнпептид). Далее вся описанная последовательность событий повторяется (рис. 2.1).

60

Г лава 2

Такова в общих чертах схема синтеза белка in vivo; некоторые детали, например роль белковых факторов элонгации, опущены. Очевидно, что синтез белка — очень сложный процесс; его основу составляет активация карбоксильной группы с последующим упорядоченным присоединением аминокислот на направляющей (организующей) матрице, которая делает практически невозможным образование неправильной последовательности или другие побочные реакции. Важное значение этих соображений станет ясным в дальнейшем, при кратком рассмотрении проблем химического синтеза белков. Тем не менее, имея представление о синтезе белка in vivo, можно оценить фармакологическое действие лекарств или антибиотиков, которые нарушают белковый синтез. Такие антибиотики, вообще говоря, токсичные соединения, поскольку нарушают синтез белка и у болезнетворных бактерий, п у пациента, однако и они могут оказаться весьма полезными терапевтическими препаратами.

NH2

остаток тРНК—О

пуромицин Н3С XHj N

НО

NH2

аминоацил- т РНК

ОСН.

н2Ы—СН—С—О-тРИК" R

присоединен к nenmuflu/i-TPHrt е Р-центре

следующая оминоацил- тРНК. е А-центре

Рис. 2.2. Структура антибиотика пуромицниа. Пуромицин прерывает синтез белковой цепи, имитируя аминоацил-тРНК и связываясь с рибосомой. Пуромицин своей аминогруппой атакует пептидил-тРНК в Р-центре, но затем не подвергается атаке аминоацил-тРНК, обрывая таким образом синтез. В верхнем правом углу показан концевой аденнловый остаток тРНК.

Антибиотик пуромицин обладает структурой, весьма сходной с концевым остатком адеинловон кислоты в тРНК (рис. 2.2). Однако первичная 5'-гидро-ксильная группа пуромицнна не присоединена эфирной связью к молекуле тРНК, аминогруппа аденина диметилнрована. а З'-гндрокснльная группа замещена путем образования амидной связи с карбоксильной группой я-метоксифеиилаланина. При синтезе белковой цепи молекула пуромицнна может попасть в аминоацнл-тРПК-связчвающей-центр в тот момент, когда, например, тирозил-тРНКт''г дол-

Биоорганическая химия аминокислот

61

жна входить в рибосому. После присоединения пуромицин своей аминогруппой способен атаковать пептидную цепь в пептидилсвязывающем центре. Однако затем он не будет реагировать с аминогруппой следующей аминоацил-тРНК, поскольку последняя не сможет разорвать более прочную пептидную связь в З'-по-ложенпи антибиотика. Далее после транслокации такая пептидная цепь не связана более с рибосомой посредством тРНК и диссоциирует с поверхности рибосомы, унося с собой частично синтезированную полнпептндную цепь. Пуромицин с равной эффективностью влияет на синтез белка также в организме млекопитающих и поэтому ие относится к действенным антибактериальным лекарственным препаратам. СН2ОН В то же время антибиотик х.торамфеинкол связы- НО у ^

вается с бактериальными рибосомами, но не с более _^_сн^

крупными рибосомами животных, проявляя таким обра- и -\

зом большую специфичность. Он ннгибирует образова- О пне пептидной связи. Хлорамфеннкол относительно мало токсичен, однако его следует использовать с осторож- хлорамфеникол ностью нз-за возможного побочного действия; например,

он может вызывать анемию. Среди других антибиотиков, ннгнбирующнх белковый синтез, следует назвать тетрациклин, стрептомицин и цнклогсксимид.

В некоторых микроорганизмах синтез пептидной связи происходит по более простому, примитивному, механизму. В этом случае пептидный синтез идет очень эффективно, хотя и в отсутствие высокоупорядоченного синтезирующего аппарата, обеспечиваемого структурами рибосомы и тРНК. Поэтому таким путем синтезируются лишь короткие белки (полипептиды), например грамицидин S [5]. Грамицидин S считается интересным антибиотиком по нескольким причинам. Во-первых, он содержит фенил-аланин в D-конфигурации. D-Аминокислоты встречаются в природе очень редко, а в белках присутствуют только L-аминокислоты. Во-вторых, грамицидин S содержит аминокислоту орнитин, которая обычно не входит в состав белков.

Грамицидин S представляет собой циклический декапептид, выделяемый из BaciUius brevis; его способность выступать в роли антибиотика связана со свой-

D-Phe-* L-Рго-> L-Val-> l-Orn -> L-Leu e

1 *Т\ J h2n-(ch2),-ch/ "3

cooe

l-Leu *-• L-Orn «-L-Val i- L-Pro «-D-Phe орьиггшн (Orn)

Структура антибиотика грамицидина S; декапептид состоит из двух комплементарных пеитапептидных цепей; молекула обладает осью симметрии второго

порядка.

ством образовывать комплексы с нонами щелочных металлов и транспортировать пх через мембраны *. Он действует подобно ионному каналу, что легко объяснить формой декапептида, напоминающей бублик, благодаря чему он способен

* По имеющимся данным грамицидин S не связывает ионов металлов и не является их переносчиком. Вместе с тем антибиотик обладает чрезвычайно высокой поверхностной активностью, что и лежит в основе его биологического действия [The Protein (Н. Neurath, R. L. Hill, eds.) 3rd ed., Academic Press, New York, 1976, vol. 5, p. 310-387]. — Прим. ред.

62

Глава 2

заключить ион металла внутрь себя (разд. 5.1.3). К сожалению, такое действие не ограничивается только бактериальными мембранами, поэтому грамицидин S можно применять как лекарство только крайне редко *.

Рассмотрим, каким образом в природе несимметричный мак-ромолекулярный белковый комплекс участвует в синтезе этого циклического полипептида без помощи рибосом. Механизм синтеза, присущий лишь простым организмам, подобным бактериям, расшифрован биохимиком Липманом.

Липман обнаружил, что добавление АТР к сырому гомоге-нату клеток и экстрактам из В. brevis приводит к синтезу грамицидина S. Подобная активность, обнаруженная во фракциях бесклеточного сунернатанта, оказалась устойчивой к известным ингибиторам белкового синтеза, а также к обработке рнбонуклеа-зой, что исключало участие в этом процессе молекулы РНК-В этом биохимическом превращении АТР играл роль конденсирующего агента, подобного, например, карбодиимидной группировке (разд. 2.G.3).

В синтезе грамицидина S участвуют два фермента: легкий (Л/ =100 000) и тяжелый (М = 280 000). Синтез начинается на легком ферменте, который действует также как «рацемаза», превращая ь-фенилаланин в D-энантиомер. Нуклеофильная тиольиая ipynna легкого фермента атакует активированный феннлаланин (АТР и аминокислота реагируют с образованием ангидрида), образуя (катализ основанием) высокоэнергетический тиоэфир, ДС,„др « —38 кДж/моль (—8 ккал/моль). Различие свойств тио-эфиров и ацильных эфиров связано с гораздо большей степенью делокалпзации неспаренных электронов кислородом карбонильной группы, чем атомом серы. Такая делокализация понижает электро-фильность карбонильной группы. Кроме того, тиольная группа — более хорошая уходящая группа, чем соответствующая гидроксиль-ная. Напомним, что для меркаптана рКа « 10, тогда как для спирта рКа « 15 (табл. 2.1).

НО ОН

На следующей стадии пролин, присоединенный к тяжелому ферменту тиоэфирной связью, атакует легкий фермент, перенося

* О химическом синтезе грамицидина S см. работу [364].

Биоорганическая химия аминокислот

63

таким образом дипептид на тяжелый фермент. Функции легкого фермента на этом заканчиваются.

тяжелый фермент

До р .

/5 легкий фермент

—L ^ *

.1 , %о NH3

тяжелый фермент

NH,

Аналогичным образом на тяжелом ферменте аминогруппа ва-лина, присоединенного тиоэфирной связью, атакует дипептид и образует трипептид. Напомним, что энергия на образование пептидной связи выделяется при аминолизе тиоэфира.

тяжелый фермент

тяжелый фермент

-SH

сн—сн,

о

II

S—С—Val—Pro—Phe

В следующем этапе участвует «рука» тяжелого фермента Эта «рука» «подхватывает», или, иначе, атакует, тиольную труп

-СН,—О

0 CHj

II I

-р—о—сн2—с—сн—С—NH—снг

1 I I II

тяжелый фермент s?/

СН3ОН О

HS—СН2—СН,—NH—С—СН, II

О

Структура «поворачивающейся руки» тяжелого фермента, содержащего тиоль-

ную группу; «рука» включает 6-меркаптоэтиламин и пантотеновую кислоту (важный компонент кофермента А); последняя соединена фосфодиэфирной связью с серииовым остатком фермента.

пу трипептида. Затем орнитин атакует образующееся соединение так, что получается тетрапептид; «рука» связывает тетрапептид (по той же тиольной группе), и тетрапептид атакуется лейцином

64

Глава 2

Phe -» Pro -» Val — Orn — Leu

I I

Leu «- Orn «- Val Pro *- Phe

грамицидин S

Рис. 2.3. Ферментативный синтез пептидного антибиотика грамицидина S по

Липману.

с образованием пентапептида. «Рука» вновь удерживает пента-пептид, но теперь пеитапептид взаимодействует с комплементарным пентапептидом, присоединенным к другой «руке», с образованием циклического декапептида.

Короче говоря, взаимодействия между двумя ферментами обеспечивают достаточное для образования пептидной связи

Биоорганическая химия аминокислот

65

сближение двух аминокислот. Процесс повторяется пять раз, пока не образуются две половинки молекулы. В белковом комплексе две идентичные цепи соединяются, и образуется циклический пептид (рис. 2.3).

На рис. 2.4 показано, что только легкая цепь ответственна за наличие D-Phe в последовательности. Остальная часть антибиотика синтезируется тяжелой цепью.

тяжелый фермент L-Pro -> L-Val -» L-Orn -» L-Leu

м \ 1 .

d-Phe 1>РЬе1легкии

\ j j фермент

L-Leu <- L-Orn <- L-Val *- L-Pro

тяжелый фермент

Рис. 2.4. Аминокислотная последовательность грамицидина S. Указаны ферменты, активирующие соответствующие аминокислоты.

легкий фермент

В заключение следует отметить, что два фермента достаточно строго ориентированы в пространстве, чтобы узнавать нужные аминокислоты и соединять их в процесс

страница 11
< 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 89

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (8.62Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(13.12.2017)