Функциональная организация ферментов. В трехмерной структуре простого и сложного ферментов различают несколько участков, которые выполняют определенную функцию (рис. 30). При ферментативного катализа происходит контакт между ферментом и субстратом. При этом образуются промежуточные фермент-субстратных комплексы (ЭБ). Та часть (зона, место) ферментной молекулы, в которой происходит связывание и превращение субстрата, называется активным центром фермента (на его долю преимущественно выпадает лишь небольшая часть молекулы). Использование рентгеноструктурного анализа и других методов (электронного, парамагнитного и ядерно-магнитного резонанса) позволило установить, что активный центр формируется на поверхности ферментной молекулы, в ее впадинах, щелях, углублениях, которые образуются путем сгибания и наложение полипептидной цепи при образовании третичной структуры белка. В результате субстрат, соединяясь с активным центром, находится не в водной среде цитозоля клетки, а в специфическом окружении функциональных групп активного центра. На рис. 30 активных центр (А) изображен в виде впадины. Активный центр простого фермента образуется совокупностью определенных боковых радикалов аминокислотных остатков полипептидной цепи, а в двухкомпонентных ферментах в него и некоторые группировки небелковой части. В ферментов, имеющих четвертичную структуру, количество активных центров, как правило, совпадает с количеством субъединиц. Субстрат соединяется в активном центре в нескольких точках, что обеспечивает высокую избирательность связывания (выявляется соответствие субстрата и активного центра) и ориентацию субстрата, необходимую для катализа. Активный центр функционально неоднороден, в нем условно можно выделить посадочную или якорную, или контактную участок, в состав которой входят группировки, обеспечивают присоединение субстрата и закрепления его в зоне связывания. Те группы активного центра, которые принимают непосредственное участие в синтезе или расщеплении связей субстрата, получили название каталитического. В молекуле фермента существуют такие остатки аминокислот, которые находятся рядом с активным центром, не имеют прямых контактов с субстратом, но способствуют катализа, фиксируя группы каталитического в активном состоянии. Их называют вспомогательными группами. При пространственной укладки остатки аминокислотных остатков полипептидной цепи обеспечивают правильную пространственную конфигурацию активного центра и влияют на реакционную способность его групп. Чаще всего в состав активных центров входят такие аминокислоты, как сэр, гис, глу, асп, цис-SH, тир, три, лез, гидрофобные цепи алифатических аминокислот и ароматическое кольцо фенилаланина.

 

Физико-химические свойства перечисленных остатков полипептидной-й цепи ферментов определяют контакт с соответствующими субстратами и их преобразования. Гидрофобные радикалы имеют сродство с неполярными участками субстрата. Полярные группы имеют кислотные, щелочные или соединены кислотно-основные (например, ГИС) свойства. Смещение рН среды вызывает изменение их кислотно-основных свойств и способствует контакта с различными группами субстрата. Боковые радикалы активного центра сложного фермента создают условия для правильной конформации активного центра и помогают кофактора в связке, ориентации, а следовательно, и в превращении субстратов. Аминокислоты, которые образуют активный центр, зачастую значительно удалены друг от друга в полипептидной цепи (неактивный фермент) и размещаются блитзько при формировании пространственной структуры активного центра. Например, к активному центру фермента химотрипсина входят ГИС-57, асп-102, сэр-195, а всего фермент состоит из 246 аминокислотных остатков.

 

Для многих ферментов сейчас известны аминокислоты, которые образуют активный центр. Вывод о наличии тех или иных аминокислотных остатков в активном центре можно получить, изучая кинетику ферментативных реакций и используя специфические реагенты на определенные группировки. Специфические реагенты подобраны для многих аминокислот, например, для цис-SH (органические производные ртути, например, n-хлормеркурибензоат - ПХМБ, монойодоцтова кислота), для серина (диизопропилфторфосфат - дифф) и ряда других. Сведения о функциональные группы в активных центрах можно получить, используя протеолитические ферменты, которые расщепляют избирательно пептидные связи в активном центре фермента. Ценную информацию предоставляет сравнения рентгенограмм пространственных структур фермента в условиях отсутствия и наличия ингибиторов (веществ, которые тормозят активность ферментов). Микросреда активного центра имеет важное значение. Оно отличается от остальных окружение фермента более низкой диэлектрической проницаемостью, что приблизительно такой же для некоторых органических растворителей. Среду с пониженной диэлектрической проницаемостью является благоприятным по сравнению с водой для протекания реакций с переносом заряда, которые характерны для работы большего количества ферментов. Кроме того, микросреда активного центра характеризуется повышенной микровязкость, ограничивающий свободу вращательного движения групп активного центра.

 

Кроме активного центра в ферментов является регуляторный, или алос-теричний центр (рис.30), который в молекуле фермента пространственно разделен с активным центром. Алостеричним (греч. alios - другой и steros - пространственный, структурный) он называется потому, что есть молекулы, но не субстраты, которые связываются с этим центром (так называемые модуляторы или алостерични эффекторы), по строению (стерически) не похожи на субстрат, и, связываясь с алостеричним центром, изменяют конформацию молекулы фермента, формируя активный центр разъединяя его. Согласно алостерични эффекторы называются положительными (активаторы) или отрицательными (ингибиторы). Алостеричны-ми эффекторами могут быть гормоны и их производные, различные метаболиты (нормальные продукты обмена веществ), медиаторы и т.д.. Молекула фермента может иметь несколько алостеричних центров.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+