Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
98
Таблица 1.6
Сравнение поверхиостно-доступиых площадей боковых цепей остатков Р5— ингибитора СН-66 в комплексах с реиииом и эндотиопенсином
Остаток Доступная растворителю поверхность Разница, А2
СН-66 в комплексе с, А2
ренином эндотиопепсином
Р5 His 20,6 35,7 15,1
Р4 Pro 7,7 11,3 3,6
Р3 Phe 0,4 6,9 6,5
Р2 His 0,5 8,7 8,3
Pi Lei#) 0,0 0,5 0,5
P]' Leu 0,6 0,9 0,3
Pi Tyr 7,8 7,2 -0,6
Р3 Tyr 12,4 38,0 25,6
P4 Ser 13,9 20,2 6,3
структурах ферментов и их комплексов с субстратоподобными ингибиторами.
О механизме каталитической реакции аспартатных протеиназ.
Первую стереохимическую модель предложили М. Джеймс и А. Силец-ки [392] в 1985 г., использовав для этого кристаллографическую структуру молекулы пенициллопепсина, расшифрованную с разрешением 1,8 А [356, 392]. О механизме действия аспартатных протеиназ ранее был высказан ряд соображений, опирающихся на знание трехмерных структур ферментов [368, 393—397]. Однако все они имели незавершенный характер и не претендовали на последовательное описание всего процесса гидролиза пептидной связи, катализируемого аспартатными протеиназами. В стереохимической модели продуктивного ковалентного комплекса Михаэлиса, построенного Джеймсом и Силецки, важная роль принадлежит молекуле кристаллизационной воды W284- В активном центре пенициллопепсина она занимает место, одновременно удобное и для образования с боковой цепью Asp-ЗЗ эффективной водородной связи, что повышает ее нуклео-филъность, и для атаки на атом карбонильного углерода гидролизуемой связи, что ведет к ослаблению последней. В этом же направлении действует протонированная карбоксильная группа остатка Asp-213, поляризующая посредством водородной связи карбоксильную группу субстрата и выступающая таким образом в качестве электрофильного компонента системы (рис. 1.23).
Отмеченные три взаимодействия инициируют разрушение делока-лизованной л-тт-электронной системы расщепляемой пептидной связи,
4*
99
н
Н С“
W* /° /"Л,
но с
Asp-33
Asp-213 Asp-33
Asp-213
Asp-33
Asp-213
Рис. 1.23. Схема механизма катализа аспартатных протеиназ, предложенная М. Джеймсом и А. Силецки [392]
°--н.
Asp-35
Asp-218
Asp-218
Asp-35
Asp-218
Рис. 1.24. Схема механизма катализа аспартатных протеиназ, предложенная К. Сугуной и соавт. [369]
100
пирамидализацию атомов азота и карбонильного углерода, появление при последнем гем-гидроксильных групп, вовлеченных в водородное связывание протонированной карбоксильной группой Asp-ЗЗ. В результате образуется тетраэдрическое промежуточное соединение. Возвращение неподеленной пары электронов к атому азота усиливает его склонность к протонизации, которая, по мнению авторов, может осуществляться двумя равновероятными способами [392]. В одном из них предполагается инверсия конфигурации связей атома N, происходящая путем поворота аминной группы субстрата на ~ 60° вокруг связи С—N. В результате неподеленная пара оказывается экспонированной в сторону растворителя, и азот легко поддается протонизации, особенно у аспартатных протеиназ с сильно кислым pH оптимумом. Альтернативный способ включает переход протона к атому N от одной из гидроксильных групп тетраэдрического аддукта, находящегося в син-конфигурации по отношению к неподеленной электронной паре азота. Образовавшееся соединение неустойчиво и распадается на две части, одна из которых включает амино-, а другая
— карбоксильную группу (рис. 1.23).
Исходное предположение М. Джеймса и А. Силецки, состоящее в том, что нуклеофилом в каталитической реакции аспартатных протеиназ является молекула W284, оспаривается К. Сугуной и соавт., имеющими иное видение механизма действия ферментов [369]. Сконструированная ими стереохимическая модель основана на кристаллографических данных о трехмерных структурах нативного ризопуспепсина [367] и его комплекса с октапептидным ингибитором с восстановленной пептидной связью, расщепляемой в случае субстрата. В качестве нуклеофила авторы работы выбрали молекулу воды W5o7 (W39 в нумерации пенициллопепсина), локализованную между двумя карбоксильными группами остатков Asp-35 и Asp-218 и образующую с ними три водородные связи (рис. 1.24) [369]. Предполагается, что молекула W5o7 не подвергается вытеснению субстратом, поскольку при его сорбции гидролизуемая пептидная связь, испытывая стерические затруднения, принимает неплоскую, энергетически невыгодную конфигурацию. В этом положении субстрата карбонильный углерод расщепляемой связи оказывается против атакующего атома кислорода W507, а кислород карбонильной группы располагается на оптимальном для водородной связи расстоянии от гидроксила боковой цепи Asp-35. В результате образования тетраэдрического аддукта группа ОН молекулы воды переходит к субстрату, а атомы Н сначала к внешнему кислороду боковой цепи Asp-218, а затем к азоту. Реорганизация промежуточного соединения ведет к разрыву пептидной связи субстрата, десорбции продуктов реакции и восстановлению активного центра.
