Ферменты 2 - Диксон М.
Скачать (прямая ссылка):
осуществляется по цис-типу) [123, 1512], что фермент специфичен к
фумарату (не действует на малеинат) и к L-малату (не действует на D-
малат). Результаты исследования влияния pH на скорость отдельных стадий
[381] согласуются с предложенным механизмом и подтверждают, что удаление
гидроксильного иона является наиболее быстрым процессом, однако авторы не
считают, что все другие механизмы следует исключить из рассмотрения. На
рис. 7.16 приведена схема строения активного центра фумарат-гидратазы.
На.этой схеме В'Н - это про-тонированная основная группа, которая
присоединяет гидроксил, В - непротонированная основная группа; две не
обозначенные буквами положительно заряженные группы взаимодействуют с -
СОСИ-группами малата или фумарата.
Фермент енолаза, как и фумарат-гидратаза, - это гидро-ли-аза, однако
механизм его действия существенно отличается от такового для фумарат-
гидратазы [1095]. В этом случае наиболее
Механизм действия ферментов
463-
Рис. 7.16. Схема строения активного центра фумарат-гидратазы со связанным
субстратом [381].
быстрой является стадия освобождения иона водорода (или дейтерия)
(наблюдается четко выраженный первичный изотопный эффект). Освобождение
гидроксильного иона осуществляется медленно, и не исключено, что оно
происходит даже после освобождения продукта реакции - фосфопирувата.
Таким образом, механизм действия енолазы является "обратным" тому,
который был рассмотрен для фумарат-гидратазы; интермедиат-ной формой
является не карбониевый ион, а карбанион. В отличие от фумарат-гидратазы,
енолаза нуждается в Mg2+, что, несомненно, связано с наличием в субстрате
фосфатной группы.
Особенностью, характерной для механизма действия обеих гидро-лиаз,
является то, что вода освобождается не в виде целой молекулы, а в виде
последовательно уходящих водородного и гидроксильного ионов. Однако
существенные различия в действии рассматриваемых ферментов показывают,
что предложить общий механизм катализа лиазами нельзя.
С фумарат-гидратазой во многом сходна аспартат - аммиак-лиаза; оба
фермента присоединяют к фумарату соответствую-щие группы по двойной связи
и имеют одинаковую стереохими-ческую специфичность [2586]. Если провести
в D20 реакцию превращения фумарата в аспартат под действием аспартат -
аммиак-лиазы, а затем из образовавшегося дейтероаспартата путем обработки
азотистой кислотой получить дейтеромалат, то окажется, что последний
идентичен дейтеромалату, образующемуся непосредственно из фумарата в ходе
реакции, катализируемой фумарат-гидратазой. Однако механизм удаления
аминогруппы аммиак-лиазой еще не выяснен.
Весьма обстоятельно изучен фермент карбонат-дегидрата-за (КФ 4.2.1.1),
для которого известно несколько форм. Трехмерная структура фермента
установлена методом рентгеност-руктурного анализа [2816]. В каждом
активном центре находится один атом цинка, который расположен на дне
глубокой щели (см. рис. 10.12, 10.13, 10.17 и 10.21); на стенках этой
щели локализованы 5 остатков гистидина, причем три из них являются
лигандами атома цинка. Данные ЯМР позволяют пред-
?>
\
о
\
Рис. 7.17. Механизм действия кар-бонат-дегидратазы f39231.
I
Н
положить, что четвертым лиагандом цинка является молекула воды или
гидроксильная группа; есть основания считать, что эта молекула воды (или
гидроксильная группа) участвует в ферментативной реакции.
Методом разностной инфракрасной спектрометрии [3923] получены данные,
которые позволили сделать определенные выводы относительно механизма
реакции. Одиночная молекула субстрата С02, связываясь в активном центре,
располагается в гидрофобной полости фермента, но не является лигандом Zn.
В то же время бикарбонат связывается через свой отрицательно заряженный
атом кислорода с Zn; молекула этого соединения расположена так, что
относительно нейтральные атом О и группа ОН находятся в полости. Азид-ион
(N3_), являющийся ингибитором, образует с Zn координационную связь; он
вытесняет С02 из области активного центра. Бикарбонат в свою очередь
вытесняет как (N3_, так и С02. Механизм действия карбонат-дегидра-тазы
схематически представлен на рис. 7.17.
Авторы работы [3923] пишут: "...в ходе реакции дегидратации расщепление
С-О связи должно сопровождаться переносом протона, при этом ОН~-группа
остается координационносвязанной с Zn, поскольку нам известно, что в
результате реакции в гидрофобной полости остается только С02. В ходе же
реакции гидратации в соответствии с принципом микроскопической
обратимости ион ОН", координационно-связанный с Zn, атакует связанную
молекулу С02 с образованием НС03"".
Карбонат-дегидратаза катализирует гидратацию не только С02, но и ряда
других карбонильных соединений, например гидратацию альдегидов (в
частности, ацетальдегида) [3702].
Обсуждался механизм действия и многих других лиаз, однако большинство из
предложенных механизмов являются весьмг гипотетическими и в ряде случаев
для одного и того же фермента построено две и более альтернативных схем.
