Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
Связывание субстрата. Зона связывания субстрата располагается в глубоком "кармане", канале между каталитическим и нуклеотидсвязы-вающим доменами одной из субъединиц, но в нее входят и отдельные аминокислотные остатки второй субъединицы. Этот канал как бы выстлан гидрофобными боковыми цепями, что позволяет установить гидрофобные контакты с радикалом & спирта. Интересно, что формирование этого канала завершается после связывания NAD и вызванного этим изменения конформации фермента. Алкогольдегидрогеназа печени может связывать весьма различные спирты — от этанола до производных бензинового спирта СбЩСНгОН, иьоксикислот и даже стероидных спиртов., Важно лишь, чтобы они содержали гидрофобный фрагмент в своей, структуре. Среди остатков, участвующих в связывании бензилового спирта, Leu-116 и Ьец-^7, Уа1-294 и Phe-93. Сорбируясь, субстрат выталкивает из зоны связывания несколько молекул воды и р определенной мере стягивает прилегающую часть фермента в более компактную структуру. Не исключено, что это весьма небольшое изменение строения фермента, наведенное, связавшимся субстратом, играет существенную роль в катализе.
241
Hls-Sf
Компоненты каталитического Центра. Каталитический центр алко-гольдегидрогеназы содержит ион цинка, который окружен четырьмя лигандами, расположенными в вершинах: неправильного тетраэдра.
Три из них принадлежат белку — это тиоловые группы остатков Cys-46 и Cys-174 и имидазол His-67. Четвертое координационное место занимает кислород субстрата, а в его отсутствие — молекула воды. Гидроксиль-Рис. 10-1Q- Размещение субстрата ная группа остатка Ser-48 способна в активном центре алкогольдегид- обрадовать водородную связь с кислородом лиганда — воды или спирта.
Вероятный механизм действия фермента. Предполагают, что спирт, гидрофобная цепь которого связана в гидрофобном канале фермента, ориентируется так, что его кислород устанавливает непосредственную связь с ионом цинка, вытесняя из четвертого координационного положения находившуюся там молекулу воды (рис. 10.10). Это приводит к отщеплению протона гидроксильной группы, причем связь с ионом цинка образует алкоголят-анйон спирта R~CH20-:
рогеназы
При связывании субстрата (спирта) его гидроксильная группа сближается с ионом цинка и утрачивает протон, превращаясь в алкоголят. В отщеплении протона и стабилизации алко-гол ята участвует система водородных связей с Ser-48 и His-61
Cys
NJ
R—CH20H 4- JO—Zn2+—Cys
H-
I
His
Cys
1
R-CH2-0-Zn2+-Cys + H+
I
His
i )
Понятно, что существование такой структуры, чрезвычайно чувствительной к гидролизу, возможно только внутри каталитического центра, где реакция разыгрывается в отсутствие контактов с водой. В этом еще раз проявляется характерная особенность ферментативного катализа — перенос реакции в благоприятную среду.
Алкоголят-анион далее стабилизируется путем смещения электронной плотности от атома кислорода алкоголята к связи С-0, которая в’ конечном счете превращается в двойную, а гидрид-ион от атома углерода переносится, видимо, по структурно детерминированному пути в 242
положение 4 никотинамидного ядра кофермента, причем NAD* превращается в восстановленную форму NADH:
Никотинамидный фрагмент NAD
/СН=С>.
Vy's —
Н Перенос
| / гидрид-
R—С—0—Zn— иона
Г \
н
Никотинамидный фрагмент NADH
2
R—С=0 Zn—
I \
Альдегид
При обратной реакции перенос гидрид-иона происходит от NADH к углероду альдегидной группы, двойная связь которой оказывается поляризованной за счет влияния связанного с ферментом иона цинка на атом кислорода. Такая поляризация усиливает частичный положительный заряд на атоме углерода карбонильной группы, что благоприятствует присоединению, к этому атому гидрид-иона.
Рассмотренный пример показывает возможность обогащения функциональных свойств ферментов путем включения лигандов — иона металла и кофактора — в структуру активного центра.
I
10.8. ЛАКТАТДЕГИДРОГЕНАЗА
* *
Описанный механизм не является единственным для дегидрогеназ. Известны ферменты, которые способны катализировать сходную реакцию, не прибегая к использованию иона цинка иди другого металла.
Таковы, например, лактат- и малатдетдрогецазы. Каталитический
*1' ,
243
