Регуляция ферментативной активности - Коэн Ф.
Скачать (прямая ссылка):
Синтез протеиназ в виде зимогенов имеет существенное значение по двум причинам. Во-первых, наличие этого механизма предотвращает расщепление других белков поджелудочной железы; во-вторых, исключается возможность переваривания одного фермента другим внутри гранул, до того как эти ферменты начнут секретироваться. Образование специфических гранул облегчает регуляцию секреции и делает невозможной активацию зимогенов другими протеиназами, находящимися в клетках вне гранул. С панкреатическим соком секретируется также белок, являющийся специфическим ингибитором трипсина [1, 18]. На его долю приходится только 2% белка панкреатического сока, что значительно меньше содержания трипсиноге-на [19]. Функция данного ингибитора, вероятно, состоит в том, чтобы не допустить автокаталитическую активацию трипсиногена следовыми количествами трипсина, которые могут образоваться в гранулах; благодаря этому активация зимогенов происходит только тогда, когда они встречаются с энтеропептидазой.
Активация панкреатических зимогенов может служить примером усиления первоначального сигнала путем регуляции активности ферментов. Каждая молекула энтеропептидазы превращает большое число молекул трипсиногена в трипсин; в свою очередь каждая молекула трипсина катализирует образование новых молекул трипсина; трипсин активирует другие зимоге-ны, и активированные протеиназы гидролизуют пептидные связи. Другие примеры усиления сигналов будут рассмотрены далее в этой главе и в гл. 4 и 5. То обстоятельство, что участки пептидной цепи, в которых в процессе активации происходит гидролиз, локализованы около N-конца зимогена и что для появления активности необходимо расщепить только одну связь, хорошо иллюстрирует принцип биологической экономии. Нативная конформация зимогена создает
благоприятные условия для расщепления трипсином лишь определенной связи Arg-X или Lys-X, в то время как многие другие, потенциально расщепляемые связи становятся доступными только после денатурации зи-могенов.
Не всегда принимается во внимание, что поджелудочная железа человека ежедневно секретирует около 10 граммов гидролитических ферментов; это весьма значительная доля по отношению к количеству белка, поступающему в организм при некоторых рационах [20]. Отсюда следует, что возможность достаточно эффективного взаимного расщепления протеиназ с образованием аминокислот, вновь абсорбируемых в кишечнике, очень важна для организма.
3.1.3. Превращение химотрипсиногена в химотрипсин
Третичная структура химотрипсина и химотрипсиногена установлена с помощью метода рентгеноструктурного анализа (разрешение 0,25 нм) [21, 22]. Необходимым для катализа остатком у химотрипсина является Ser 195. Он образует водородную связь с His 57,. который в свою очередь связан с Asp 102 (рис. 3.3). Эта пара водородных связей является системой с переносом заряда; благодаря ей отрицательный заряд.
Civ' 193
Рис. 3.3. Расположение и конформация некоторых функционально важных аминокислот в активном центре химотрипсина. Вид. с поверхности молекулы по направлению к ее внутренней области. О — углерод, азот, #— кислород [10].
переносится от погруженного в глобулу остатка Asp 102 через гидрофобную область к кислороду се-рина. Это повышает электроотрицательность атома кислорода, в результате чего обычно инертный гидроксил серина становится сильным нуклеофилом, способным осуществлять нуклеофильную атаку на карбонильный кислород, участвующий в образовании гидролизуемой пептидной связи. То, что Ser 195 важен для катализа, было очевидно до кристаллографических исследований, поскольку известно, что этот остаток легко вступает в реакцию с диизопропилфторфосфатом (ДФФ) с образованием ковалентного производного, лишенного активности. Трипсин, эластаза и энтеропептидаза также инактивируются ДФФ. Значение этого факта обсуждается ниже.
Характер укладки полипептидной цепи химотрип-синогена и химотрипсина очень сходен. Сравнение структуры этих белков показывает, что при активации происходит лишь несколько важных перемещений некоторых участков цепи. Наиболее неожиданным оказалось то обстоятельство, что при превращении зимогена в активный фермент положение Ser 195, His 57 и Asp 102 фактически не меняется [22]. Это согласуется с данными о том, что Ser 195 зимогена обладает повышенной реакционной способностью, однако он значительно медленнее, чем Ser195 активного фермента, реагирует с ДФФ или с цианатом.
В процессе активации наиболее важны следующие события. Свободная аминогруппа Не 16, освобождающаяся при триптическом расщеплении (рис. 3.2), погружается в глубь молекулы, где образует ионную пару с Asp 194 (рис. 3.3). В результате этого боковые цепи Не 16 и Val 17 также оказываются погруженными в глубь молекулы, что в свою очередь приводит к разрыву имевшейся в зимогене водородной связи между Asp 194 и His 40. Gly 193 образует новую водородную связь с His 40. Arg 145 перемещается с поверхности в глубь молекулы и взаимодействует с карбоксильной группой боковой цепи Asp 194. Met 192 выходит глубины молекулы на поверхность, на тот ее участок, который в зимогене занимал остаток
