Ферменты 2 - Диксон М.
Скачать (прямая ссылка):
изменения конформации активного центра при связывании относительно
невелики.
Для современных представлений о химических аспектах ферментативных
реакций характерна четко выраженная тенденция опираться на химические
свойства самого субстрата. Это вполне естественно: несмотря на всю
сложность, в действии ферментов нет ничего таинственного и в основе
ферментативных реакций, несомненно, лежат обычные химические процессы.
При этом, однако, следует понимать, что по существу речь идет о свойствах
не свободного субстрата, а совершенно другого соединения - фермент-
субстратного комплекса, который может обладать (и обычно действительно
обладает) новыми свойствами. В составе комплекса группы субстрата
взаимодействуют с определенными группами фермента, конформация субстрата
в комплексе может отличаться от той, которую он имеет в свободном
состоянии в растворе, и в нем могут возникать внутренние напряжения. В
связи с этим судить о химическом поведении субстрата в составе комплекса
на основании его свойств в растворе нужно с осторожностью.
Ситуация, однако, отчасти упрощается в тех случаях, когда составной
частью активного центра фермента является специализированная структура -
простетическая группа (например, пири-доксальфосфат), которая
взаимодействует с субстратом. Если такое соединение и его производное
могут быть исследованы в
Механизм действия ферментов
401
растворе и если оно может взаимодействовать с субстратом и в отсутствие
фермента, то с помощью спектроскопических или каких-либо других методов
удается идентифицировать промежуточные формы, образующиеся в ходе
ферментативной реакции. В этом случае исследование химических свойств
свободной про-стетической группы и ее комплексов с субстратом может дать
важную информацию о механизме ферментативного катализа.
Помимо простетических групп органической природы ферменты могут содержать
ионы некоторых металлов (один или несколько атомов), участвующие в
каталитическом процессе; при этом ионы часто претерпевают изменения
(например, меняется их валентность), которые могут быть обнаружены
физическими методами. Так, молекула одного из весьма сложных ферментов,
ксантиноксидазы (КФ 1.2.3.2), содержит одну молекулу флавина, один атом
молибдена, четыре атома железа, соединенные с лабильными атомами серы
(два атома железа находятся в одном состоянии, два - в другом), и
полисульфидную группу. Все эти компоненты принимают участие в катализе, и
изучение поведения различных компонентов в ходе реакции создает
благоприятные возможности для выяснения ее механизма.
АКТИВНЫЙ ЦЕНТР
Очевидно, что важным этапом при исследовании механизма действия фермента
является определение размеров и топографии активного центра. В этом
направлении за последние несколько лет достигнуты большие успехи
благодаря развитию методов определения химической и пространственной
структуры молекул ферментов (см. гл. 10).
В I960 г., рассматривая вопрос о протяженности активного центра и
критериях, которыми можно руководствоваться при решении вопроса о наличии
в нем тех или иных групп, Кошланд [2566] предложил выделить несколько
групп аминокислот в структуре фермента, (а) Группа "контактных"
аминокислот; они локализованы на расстоянии около 2 А от субстрата и,
следовательно, как можно полагать, находятся в контакте с субстратом в
том смысле, что один или несколько атомов этих аминокислот оказываются на
расстоянии, равном длине химической связи (около 2 А) от одного или
нескольких атомов молекулы субстрата. (б) "Дополнительные" аминокислоты,
которые могут и не находиться в контакте с субстратом, но играют
определенную роль в функционировании фермента; их можно рассматривать как
часть активного центра, поскольку они в какой-то мере определяют его
свойства и структуру. Входящие в активный центр аминокислоты групп (а) и
(б) могут быть значительно удалены Друг от друга на уровне первичной
структуры, однако благодаря тому, что полипептидная цепь складывается
определенным образом (третичная структура), эти аминокислоты сближаются.
Ами-
402
Глава 7
нокислоты групп (а) и (б) связаны с группой (в) "вспомогательных"
аминокислот, которые непосредственно не участвуют в катализе, но образуют
стабильный "каркас" активного центра. Наконец, в ферменте можно иногда
выделить группу (г) "инертных" аминокислот, которые не принимают в
катализе даже косвенного участия, поскольку при их удалении не изменяется
ни реакционная способность, ни специфичность фермента.
Следует отметить, что Кошланд высказал свои положения еще до того, как
развитие методов рентгеноструктурного анализа позволило установить
структуру активных центров некоторых ферментов и характер взаимодействия
субстрата с группами центра. В тех случаях, когда была получена
соответствующая информация, удалось идентифицировать "контактные"
аминокислоты группы (а) и с известной степенью вероятности также
некоторые из "дополнительных" аминокислот, принадлежащих к группе (б). По
