Ферменты 2 - Диксон М.
Скачать (прямая ссылка):
протекает в составе активного комплекса, образованного в результате
связывания субстрата с определенным участком молекулы фермента (активным
центром, или центром связывания), к которому субстрат обладает
специфическим сродством. Это взаимодействие обычно стабилизируется
образованием ряда связей между группировками молекулы субстрата и
определенным образом расположенными группами фермента (см., например,
рис. 10.23). Взаимодействие между ферментом и субстратом может
осуществляться с помощью ковалентных и водородных связей,
электростатических и гидрофобных сил и т. д. Активный центр является,
следовательно, весьма сложной структурой, которая может составлять
существенную часть молекулы фермента; часто он имеет форму щели, в
которой размещается субстрат (см. гл. 10). Поскольку фрагменты субстрата
связываются с конкретными участками активного центра фермента, субстрат
Механизм действия ферментов
399
фиксируется на ферменте, принимая определенную конфигурацию.
Конечно, в реакции могут участвовать разные субстраты; они' специфически
связываются с расположенными поблизости участками активного центра и
удерживаются в такой взаимной ориентации, которая наиболее благоприятна
для их взаимодействия друг с другом.
Связывание субстрата с активным центром фермента должно быть достаточно
легко обратимым, в противном случае активный центр окажется
заблокированным первой же присоединившейся молекулой субстрата, и
каталитический цикл не сможет осуществиться. Из этого следует, что,
несмотря на значительные различия в эффективности фермент-субстратных
взаимодействий в различных системах, связывание между группами фермента и
соответствующими группами субстрата должно быть довольно слабым. В то же
время наличие большого числа одновременно взаимодействующих групп
обеспечивает достаточно высокое сродство. Для этого различные группы
фермента должны быть расположены надлежащим образом, чтобы связывание их
с группами субстрата могло осуществляться одновременно. Это является
основой специфичности фермента, соответствия между ферментом и субстратом
по типу "замок - ключ".
Можно легко показать, что реакции, катализируемые подавляющим
большинством ферментов, обратимы, т. е. данный фермент катализирует
реакцию в обоих направлениях. Отсюда следует, что активный центр фермента
может специфически связывать как субстрат, так и продукт; связанный
реактант активируется и оказывается способным к соответствующему
превращению. Молекулы субстрата и продукта несколько различаются по
форме, и напрашивается вывод, что при превращении одного в другой
образуется соединение, имеющее "промежуточную" форму. Весьма заманчиво
предположить, что активный центр фермента комплементарен именно этому
интермедиату. Активный центр не может одновременно точно соответствовать
и субстрату, и продукту без некоторого изменения своей структуры; при
взаимодействии с активным центром субстрат или продукт приближаются по
своей конформации к интермедиату и, таким образом, активируются для
определенной трансформации. Чтобы различные группы субстрата (или
продукта), участвующие в связывании, могли взаимодействовать с
соответствующими группами фермента, должно произойти некоторое изменение
конформации как субстрата, так и фермента; масштаб этих изменений зависит
от жесткости химических структур молекул фермента и субстрата. В
изменении конформации активного центра, в который входят группировки из
различных участков пептидной цепи, сближенные благодаря ее характерной
укладке (см. гл. 10), определенную роль играет гибкость всей белковой
молекулы.
400
Глава 7
Концепция, изложенная выше в общих чертах, послужила основанием для
создания целого ряда теорий механизма действия ферментов - от "теории
напряжения" Холдейна if 1749, с. 182, 1930 г.] до теории "индуцированного
соответствия" Кошланда [2564, 1958 г.]. В основе первой теории лежит
представление о возникновении в молекуле субстрата напряжения,
обусловленного взаимодействием с активным центром, а во второй основное
внимание уделяется изменению конформации в области активного центра
вследствие взаимодействия с субстратом. Термин "индуцированное
соответствие" предполагает, что активный центр фермента в отсутствие
субстрата не комплементарен субстрату и что именно взаимодействие с
молекулой субстрата индуцирует формирование комплементарной конфигурации
(см. с. 344-347).
Изменения конфигурации активного центра при взаимодействии с субстратом
были подтверждены в нескольких случаях методом рентгеноструктурного
анализа путем сопоставления пространственных структур фермента и фермент-
субстратного комплекса (см. рис. 10.24). Полученные данные
свидетельствуют о том, что происходящие изменения представляют собой не
крупномасштабные изменения структуры фермента, а небольшие смещения
определенных связывающих групп. Поскольку свободный активный центр
способен присоединять субстрат, естественно, конечно, полагать, что
