Химия протеолиза - Антонов В.К.
Скачать (прямая ссылка):
D20(E)
О
О
специфичность удается описать количественно соотношениями типа линейных зависимостей свободных энергий, а в более сложных случаях - получить эмпирические корреляции на основе статистического анализа специфичности. Однако специфичность многих амидгидролаз не поддается такому анализу. Особенно это касается некоторых ферментов, специфичность которых приближается к абсолютной (например, ренин). Эффективность амидгизролаз изменяется в зависимости от типа субстратов в широких пределах. В то же время для ряда ферментов найдены субстраты, гидролизуемые с константами скоростей, близкими к диффузионно-контролируемым процессам. Таким образом, эффективность ферментативного гидролиза, по-видимому, не лимитируется какими-либо особенностями химических механизмов катализа.
РЕГУЛЯЦИЯ И ВЛИЯНИЕ BHFJfflE ФАКТ >РС«
Регуляция активности амидгидролаз может осуществляться как на уровне их биосинтеза, так и на посттрансляционном уровне. В этой главе мы рассмотрим лишь второй тип регуляции, причем рассмотрим возможности изменения активности этой группы форментов как In vivo, так и в энзимологических экспериментах вне органчзма.
Проблемы регуляции активности амидгидролаз рассмотрены в многочисленных обзорах [6,2197-21991. Наиболее распространенный способ, особенно характерный для протеаз животных, заключается в активации зимогенов - неактивных предшественников протеолитических ферментов. Образующиеся при ограниченном протеолизе зимогенов активные ферменты сами могут служить активаторами других зимогенов, давая начало "каскад1'" последовательных ступеней активации.
Активность ферментов, в том числе и амидгидролаз, сильно меняется при изменении состава среды - концентрации водородных ионов, ионной силы, характера микроокружения. Последнее имеет особенно важное значение для амид-х'идролас, связанных в мембранных структурах. Важное значение имеет и температура среды, в которой они функционируют.
Еще один весьма эффективный способ регуляции активности амидгидролаз -это действие на них ингибиторов. Ниже мы рассмотрим действие как „риродныт так и синтетических ингибиторов.
Наконец, протеолитические ферменты обладают присущей только им способностью к самоинактивации - автолизу.
Все эти воздействия создают весьма сложную и, очевидно, достаточно тонкую систему регуляции активности амидгидролаз в организме.
5.1. Зимогены и их активация
Как стало ясно, особенно при анализе структур генов, подавляющее большинство белков синтезируется клеткой в виде предшественников, которые затем ’'созревают", превращаясь в биологически активные белки.
Не составляют исключения и амидгидролазы. Предшественники обычно содержат на N-конце полипептидной цепи так называемую сигнальную последовательность, состоящую из 15-30 аминокислотных остатков (см. обзор: [2200]). Эта последовательность в различных белках не имеет практически никакой гомологии, однако в ней можно выделить три участка: п - участок, включающий различные остатки, но в целом характеризующийся положительным зарядом, h -участок (около 10-30 остатков) богат гидрофобными аминокислотными остатками и образует гидрофобный кор и с - участок, обычно незаряженный, но включающий полярные остатки. Собственно участок, расщепляемый сигнальными протеазами структурно соответствует так называемому правилу "-1,-3”, согласно которому в положении -1 находится преимущественно Ala, а в положении -3 нет ароматических или заряженных остатков [1854].
Сигнальный пептид связан с пропоследовательностью. Размеры этой последо-
Химотрипсиногены А, В, С Химотрипсины А, В. С
ПрокарбпнсипептиВазь/ А, В Карбоксипвптидазы А, 8
Прозластаза Эластаза
Профосфолипаза Фоаролипаза
Рис.70. Схема активацш зимогенов пищеварительных ферментов 15]
вательности довольно сильно различаются. Так, у химотрипсиногена она включает 15 остатков [2201], а у субти.изчна из Вас11\из subtills - 77 остатков [2202]. Эта последовательность уже связана с последовательностью зрелого белка. В случае химотрипсиногена после отщепления проучастка (по связи krg-Ile) образуется неактивный зимоген, а в случае субтилизина - активный фермент.
Ключевое положение в системе активации многих ферментов поджелудочной железы занимает трипсин, который образуется из трипсиногена под действием энтеропептидазы (энтерок;шаз! и активирует большинство других зимогенов (рис.70) [5,22031.
Активация бычьего и некоторых других трипсиногенотз происходит в присутствии ионов Са2+ и сопровождается отщеплением N-концевого гексапептида [22041:
i
'vtlAepAspAspAspLys---IleVal...
В случае свиного трипсиногена отщепляется октапептид [2205]:
i
PheProThrAspAspAspAspLys-----IleVal...
Энтеропептидаза катализирует этот процесс примерно в 2000 раз эффективнее, чем "рипсин, который также способен активировать трипсиноген.
Для активационного пептида трипсиногена характерно наличие четырех остатков аспарагиновой кислоты, что позволяет N-концевому фрагменту локализоваться на поверхности глобулы и препятствует мелированию расщепляемой связи. Наличие большого числа заряженных аминокислотных остатков в активационном гептчде типично для многих зимогенов.
