Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
Диоксиацетонфосфа D-Глицеральдегид-З-фосфат
Фермент относится к числу наиболее эффективных: скорость превращения субстрата определяется скоростью его диффузии. Хорошо изучено строение триозофосфатизомеразы трипаносом, которой структурно близок фермент живот-
ных. Триозофосфатизомераза — димер, образованный идентичными субъединицами. Каждая из них представляет собой полипептидную цепь из 250 аминокислотных остатков, третичная структура которой относится к а//3-типу и содержит правильно чередующиеся восемь а-спиралей и восемь отрезков Д-структуры. /^-Структурные
участки образуют внутренний цилиндр, защищенный от воды
о-спиралями (рис. 10.12). В формировании каждого из двух' активных центров участвуют обе субъединицы, поэтому мономер не активен. В то же время между активными центрами нет Рис. 10.12. кооперативное™ иными слова- Центра в
Активный центр
Размещение каталитического пространственной структуре
ми, функционирование любого тРиозоФосФатизомеРазы
ИЗ них не зависит от того, дей- Функциональные группы каталитического
центра размещены во впадине, которая
ствует ли другой центр, хотя
закрывается при связывании субстрата за счет
присутствие второй субъедини-1Перемещения петли, расположенной между
ЦЫ обязательно. отрезком /Зз и спиралью аз
246
< В связывании субстрата важнейшая роль принадлежит фосфатной группе которая образует с ферментом семь Водородных связей, дополняемых ионным взаимодействием с аммонийной группой Lys-13. Образование фермент-субстратного комплекса вызывает довольно значительное — на 3 — 5 А — перемещение подвижной петли, содержащей остатки 167—178. Главным результатом этого изменения конформации фермента является исключение води из активного центра, что благоприятствует протеканию изомеризации.
В связанном субстрате (в качестве которого далее рассматривается диоксиацстонфосфат) один из атомов водорода метиленовой группы оказывается в поле отрицательно заряженного карбоксилат-иона остатка Glu-167. Этот водород отщепляется от субстрата как протон и переходит к карбоксилу Glu-167. Освободившаяся электронная пара, которая обслуживала связь (Ml, мигрирует к соседней связи С—С, делая ее двойной. Это влечегг за собой поляризацию двойной связи С=0 с появлением на ее атоме кислорода отрицательного заряда, стабилизируемого электростатическим взаимодействием с катионной аммонийной группой остатка Lys-13:
Gly—167
Glu-167
-0/
С=0
С=0
\
н
Ilepi
Перенос
отона
I
—* 2-03Р—0-€Н2-С=С—Н
[ I
.0 о
У
Lys-13
—СН2-ЙНз н
Lys-13
[ IJ His-95
| || His-95
HN--------------С—
HN-------------С—
Вся эта цепь превращений переводит субстрат в анионную форму неустойчивого ендиола:
2-о3р-о-сн2~с=сн
Далее протон переходит от карбоксильной группы Glu-167 ко второму углеродному атому субстрата, присоединяясь к двойной связи С=С.
Одновременно между С-1 и атомом кислорода устанавливается двойная связь за счет отщепления протона от гидроксильной группы при С-1 и его миграции сначала к азоту имидазольной группы His-95, а затем к отрицательно заряженному кислороду при С-2 субстрата. Путь этой миграции предопределен, как и в механизме действия сериновых протеиназ, присутствием в активном центре имидазольной группы гистидина:
| Glu-167
C=fl
Н
I
2"03Р—О—сн2~с—с—н
I II
0 о
1
н
А
нс^ сн
| || His-95
HN------С—
Замена глутаминовой кислоты в положении 167 на аспарагиновую, проведенная методом белковой инженерии, отодвигает критически важную для катализа карбоксильную группу от субстрата примерно на
1 А, в результате чего скорость реакции снижается почти в 103 pa3i»> То, что модифицированный таким образом фермент все же сохраняет*' активность, можно объяснить колебаниями в структуре фермент-субст^' ратного комплекса, которые могут, хотя и с малой вероятностью, сблиМ жать карбоксильную группу аспарагиновой кислоты с углеродными7 атомами субстрата.
Таким образом, и в механизме действия триозофосфатизомеразы проявляются характерные черты ферментативного катализа — перенос реакции из водной фазы внутрь фермента, что обусловлено перемещением одного из участков структуры в ответ ца связывание субстрата; координированное действие ансамбля функциональных групп, включенных вместе с прочно связанным субстратом в единую интегрированную систему.
